JP2008506848A - クリーン・ルーム状態のために適切なコーティング装置 - Google Patents

Abstract

真空チャンバーの壁および／またはチャンバー内に配置された構成要素を、層原材料の望ましくない堆積から保護する少なくとも１つの遮蔽装置が、本発明によるコーティング装置の真空チャンバー内に配置され、その中でガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック層が蒸気相からの蒸着によって基板に付与される。真空チャンバー内で温度が変化する場合には、遮蔽装置の膨張または収縮がガラス状のガラス−セラミックまたはセラミックの層または堆積の膨張または収縮に対応することが重要である。

Description

本発明は、気相蒸着プロセスのための、特にはガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック材料をコーティングするための真空コーティング装置に関し、その真空コーティング装置は、真空チャンバー内での好ましからざる層堆積を防止し、これら堆積物の剥離、離脱その他を防ぐために真空チャンバー内に遮蔽装置を有する。このコーティング装置は、したがってクリーン・ルーム技術にとって特に適切である。

気相蒸着工程（気相からの層の蒸着）は、実質上全ての工業分野において最新製品生産の或る基本的な部分を形成している。例えば、光、光電子または半導体技術における発展は、ずっと小さな構造、より高い機能性、より高い生産性およびより高い品質要求によって促進されてきている。

この状況で、無機質の、特にはガラス状のガラス−セラミックまたはセラミックの材料の層が非常に広い範囲の用途に使用される。

例として、ガラス状のコーティングを用いて基板上にパシベーション、カプセル封入を実施し、パターン化された層を生成するためのプロセスが、光、光電子、ＭＥＭＳおよび半導体技術の適用分野において最新技術を実施するために開発されてきた（ＳＣＨＯＴＴの特許出願ＤＥ １０２ ２２ ９６４ Ａ１、ＤＥ １０２ ２２ ９５８ Ａ１、ＤＥ １０２ ２２ ６０９ Ａ１）。

ガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層の蒸着のためには、例えばＣＶＤ（化学気相蒸着）またはＰＶＤ（物理気相蒸着）プロセスのような基本的に別個の技術が適している。適切なプロセスの選択は、コーティング材料、所要のコーティング・レート、コーティング品質に対する要求とともに、とりわけ基板の熱的安定性によっても決められる。

コーティングしようとする基板、例えばシリコン・ウェーハ上の集積回路は、温度に敏感であることが多いので、適切な工程は、１２０℃未満でのコーティングを可能にするものが圧倒的である。ガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層を、高い純度をもって高いコーティング・レートで蒸発させ、次いでガラス状の多成分層として蒸着させることができるので、ＰＶＤプロセス、特に電子ビーム蒸発法は、ガラスまたはガラス−セラミック層で、温度に敏感である基板をコーティングするのに適切なプロセスであることが証明されてきた。

対応するコーティングプロセスおよび装置が、とりわけ前記文献から知られている。

真空チャンバー内、およびその中に収納された装置部品上におけるガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層材料の望ましくない堆積物が、このコーティング技術の使用を制限していることが知られてきた。コーティングプロセスの後にこれらの堆積物は、装置の冷却中および真空チャンバーを開いている最中に脱離し、非常に小さな粒子を形成し、これが基板、チャンバーおよび周囲区域の汚染につながる。チャンバーが開かれたとき、周囲空気からの水分子の蓄積が剥離の過程を相当に加速させる。

微細構造のマイクロエレクトロニクスの構成要素は、一般的にクリーン・ルーム状態の下で生産しなければならないので、従来型コーティング装置を使用してガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層でコーティングすることは、クリーン・ルームで実施することができない。コーティングがクリーン・ルームの外で行われる場合には、真空チャンバーを開く度にチャンバーおよび基板を清浄にするための複雑な処置が要求される。

チャンバー壁上およびチャンバー内に設置された装置部分上の、層材料の望ましくない堆積を回避するためにライニング、例えばアルミニウムの薄片を使用することが知られている。しかし、この場合も温度変化があり、層材料がライニングまたはシールドに十分に張り付いておらず、その結果、シールドまたはライニングからの層剥離が発生する。
温度差に起因する粒子の脱離を回避するために、遮蔽装置を加熱することによって、遮蔽装置の温度をスパッタリングによって付着された材料の温度と一致させることが、例えば、ＥＰ ０ ６７９ ７３０ Ｂ１から知られている。

これは、コーティング動作中にチャンバーおよび基板が脱離した粒子によって汚染されることを実質上防止するが、チャンバーが開かれたとき粒子がはがれるのを防止することは可能ではなく、したがってコーティング装置および周りの部屋を汚染する。
特許出願 ＤＥ １０２ ２２ ９６４ Ａ１ 特許出願 ＤＥ １０２ ２２ ９５８ Ａ１ 特許出願 ＤＥ １０２ ２２ ６０９ Ａ１ ＥＰ ０ ６７９ ７３０ Ｂ１

したがって本発明の目的は、試料／真空チャンバーおよびその構成要素を望ましくない層の堆積から保護し、基板および真空チャンバーおよびその周囲区域の汚染を回避することである。本発明のさらなる目的は、クリーン・ルーム状態の下でガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック材料でコーティングをするために、従来型コーティング装置の使用を可能にすることである。

本発明によれば、この目的を達成するために、真空チャンバーの壁および／またはチャンバー内に配置された構成要素を層原材料の望ましくない堆積から保護する少なくとも１つの遮蔽装置がコーティング装置の真空チャンバー内に配置され、その中でガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック層が蒸気相からの蒸着によって基板に付与される。真空チャンバー内で温度が変化する場合には、少なくとも層原材料の堆積を伴う領域における遮蔽装置の膨張または収縮が、ガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層または堆積の膨張または収縮に対応することが重要である。

半導体、光微細構成要素、ＭＥＭＳ、光電子構成要素等をガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層で密封状態で封入または微細構造化するための層の一般的な厚さは、０．０１μｍと１００μｍの間の範囲にある。したがって、これは、遮蔽装置上の相応した「厚く」て脆いガラス状の堆積層につながる。本発明によるコーティング装置は、遮蔽装置によってこれらの層が装置の部品上に堆積するのを防ぎ、その遮蔽装置は、温度変化の際の遮蔽装置と堆積層の間の応力の形成を防ぎ、その結果、層剥離およびそのために生ずる脱離層粒子による汚染が回避される。

このことは、遮蔽装置が基板に付与しようとするガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層と同じ膨張率を有する場合に、これら膨張率に小さな偏差が存在することもあり得るが、先ず可能であることが好ましい。許容偏差は、温度変化時に遮断装置と層の間に発生する応力によって最終的に決められるが、層剥離が起こり得るレベルより低い値にとどまらなければならない。

遮蔽装置は、ガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック材料、具体的には付与しようとする層と同じ材料から成ることが好ましいが、これは遮蔽装置および層の両方が大体等しい、好ましくは全く等しい膨張係数を有するからである。

クリーン・ルームに適用するのに適切なコーティング装置が、特に、電子および光電子構成要素の生産のためのウェーハのコーティング用に求められている。これら構成要素を例えば封入、チップ・サイズのパッケージ化、ウェーハ・レベルのパッケージ化、等のためにコーティングするには、パシベーション層および拡散障壁として機能するガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック層が必要である。さらに、特殊な構成要素は透明でありおよび／または長寿命を有しなければならない。気相蒸着プロセス用に特に適切な層材料はホウケイ酸塩、例えばＳＣＨＯＴＴガラス番号８３２９またはＧ０１８−１８９である。

同じようにホウケイ酸塩ガラスを含む遮蔽装置はこのタイプのコーティングに好都合に適切である。

一方、ガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層の堆積がみられる領域内の遮蔽装置の膨張および収縮が、層の膨張および収縮に対応する、本発明のさらに好都合な構成によれば、遮蔽装置は、高真空に耐え、熱的に安定なポリマー膜を備える。

コーティング動作中にその膜の上に形成されたガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層の堆積が、その上に存在する層の収縮および膨張に追随する弾性膜の収縮または膨張を決定し、したがって温度変化の際に層剥離は起こらない。

適切な膜には、無機質膜のようなポリエステルまたはポリイミドの膜のようなポリマー膜、例えば、マイラ(Mylar)膜またはカプトン(Kapton)膜がある。

チャンバーの内壁およびチャンバー内に配置された構成要素の両方、例えば基板保持装置、シャッター、等を保護するために、遮蔽装置は複数部品設計のものであることが有利である。例として、チャンバーの内壁がガラス要素からできているパーティションで保護されることもあり、基板保持装置が基板のための対応する切り欠きを備えるガラスの被覆で保護されることもあり、またその他の構成要素が適切に合わされた、ガラスからできている被覆で保護されることもある。

構成要素を膜で覆い、内壁を膜で裏打ちするか、あるいは、遮蔽要素の組合せ、例えばガラスまたはガラス−セラミックからできている基板保持装置の遮蔽ならびにポリマー膜からできているチャンバー内壁の遮蔽を使用することも考えられる。

本発明によるコーティング装置のさらに有利な実施形態によれば、ターゲットの形態をした層原材料は、ガラス状のガラス−セラミックまたはセラミック層を気相から蒸着させるための電子ビーム蒸発器を用いて蒸発させることができる。

その結果、例として、マイクロエレクトロニクス構成要素のための絶縁層を、適切なガラス材料を使用してＰＶＤコーティングまたは蒸着法により基板上に蒸着させることができる。これは、特に基板の中程度の熱負荷にしかつながらないので特に有利である。電子ビーム蒸発法、特にプラズマ・イオン・アシスト電子ビーム蒸着法によるガラス層の蒸着は、非常に薄い均質な絶縁層の生産を可能にする。

ホウケイ酸塩ガラスのターゲット、例えばＳＣＨＯＴＴガラス番号８３２９またはＧ０１８−１８９から形成される層原材料は、蒸発ソースに向かいソース（ターゲット）によって放射される蒸気に曝される基板の表面に、ガラス層またはガラス状の層を形成するように電子ビーム蒸発法により蒸発させることができる。この性質は、全てのガラス材料によって実現されるわけではない。多くのガラス材料では、ガラス層またはガラス状の層は形成されず、むしろ単に非ガラス状の酸化被膜が堆積されるが、これらは一般に良好なカプセル封入および／または高周波特性を有することがない。

蒸発させることができ、かつガラス状の層またはガラス層として再度蒸着させることができる特に適切なガラス材料は、少なくとも二元材料系を含むガラスである。このタイプのガラスを蒸発させることによって蒸着されたガラス層は、その欠陥のレベルが低いので、特に良好な封入および高周波特性を有する。

コーティング装置のさらに適切な実施形態では、基板保持装置は、複数の基板を受けるように、具体的には、コーティングしようとする複数のウェーハを受けるように設計されている。これが微細構造の構成要素の生産をよりさらに効率的に実行することを可能にする。

排気された真空チャンバーに基板を搬入し、排気された真空チャンバーからコーティングをされた基板を取り除くための個別排気が可能なロード・ロック・チャンバーによれば、基板を交換する度に再度真空チャンバーを開き排気する必要がないので、装置の効率を著しく改善することもできる。

カートリッジ・システム内に置かれた複数の基板をクリーン・ルームからロック・チャンバーを介して直接コーティング装置に運搬し、再度取り出すためにロード・ロック技術を使用することができる。

本発明による遮蔽装置が真空チャンバーの汚染を防止するので、コーティング動作は、ターゲットのストックが完全に尽きるまで基板の交換を繰り返して実施することができる。これは、装置の効率のさらなる向上を可能にする。

基板が真空チャンバー内に運び込まれ、さらにそこから取り出されるクリーン・ルームの汚染をさらに減少させるために、真空チャンバーは、真空チャンバーを清掃しおよび／または遮蔽装置を交換しおよび／またはターゲットを取り替えるための少なくとも１つの保守用開口部を有し、その保守用開口部がクリーン・ルームに向かってではなく、クリーン・ルームから離れた中間ルーム区域に向かって開くことができることが好ましい。
発明は、例示的な実施形態に基づいて下記により詳細に説明される。

本発明は、基板、例えばシリコン・ウェーハが微細構造のガラス層でコーティングされる電子ビーム・コーティング装置を基に説明される。このタイプのガラス層の生産およびパターニングについてのさらなる詳細は、例えばＤＥ １０２ ２２ ９６４ Ａ１、ＤＥ １０２ ２２ ９５８ Ａ１、ＤＥ １０２ ２２ ６０９ Ａ１に開示されている。

ＳＣＨＯＴＴガラス番号８３２９（ガラス１）またはＳＣＨＯＴＴガラス番号Ｇ０１８−１８９（ガラス２）から形成されているガラス・ターゲットの形態の層原材料の気化は、コーティング装置（図示せず）の、図１に図示されている真空チャンバー（１）内で電子ビームを用いて実施され、その結果、ガラス蒸気が基板保持装置（２）上に配置されたウェーハ（３）上に蒸着され、基板表面上の凝縮層はプラズマ・イオン照射（ＰＩＡＤ）によりさらに緻密にされる。

プロセス中、下記の性質を有し０．１から１００μｍの厚さの層をもつガラス状の層が基板表面に蒸着される：

ホウケイ酸塩ガラスのプレートを備える多部品の遮蔽装置が、チャンバーの内壁を保護するために真空チャンバー（１）内に設置されている。遮蔽装置は、真空チャンバー（１）内のチャンバー内壁の前に組み立てられた４つのプレート（５）およびチャンバーのドア（４）にしっかりと取り付けられた１つのガラス・プレート（６）とを備える。４つのプレート（５）は、保持手段および／またはガイド・レールによって真空チャンバー（１）の床および／または天井にしっかりと取り付けることができる。チャンバーのドア（４）が閉じているとき、ガラス・プレート（５、６）がチャンバーの内壁を望ましくない層の堆積から完全に保護する。さらに基板保持装置（２）をホウケイ酸塩のガラス・プレート（図示せず）で覆うことができる。これは、基板保持装置（２）と同じ直径およびウェーハ（３）のための円形の切欠きを有し、基板保持装置（１０）にしっかりと取り付けられる。

チャンバーの内壁遮蔽を伴う真空チャンバーを図式的に描写する図である。

Claims (23)

1. 少なくとも１つの真空チャンバー（１）を有し、該真空チャンバー（１）内に、
   少なくとも１つの基板保持装置（２）と、
   少なくとも１つの層原材料を供給するための少なくとも１つの装置と、
   真空チャンバーの内壁および／または前記チャンバー内に配置された構成要素を、蒸発された層原材料の望ましくない堆積から保護するための遮蔽装置と
   が少なくとも配置された、ガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック層を気相から基板上に蒸着するためのコーティング装置であって、
   前記真空チャンバー（１）内の温度変化の場合に、
   前記遮蔽装置の膨張または収縮が、少なくとも蒸発した層原材料の堆積を有する前記遮蔽装置の領域内において、前記層の膨張または収縮に対応する
   ことを特徴とするコーティング装置。
2. 前記遮蔽装置が、前記基板に付与しようとする前記層と同じ膨張係数を有することを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置。
3. 前記遮蔽装置が、ガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック材料を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のコーティング装置。
4. 前記遮蔽装置の材料が、付与される層の材料に対応することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーティング装置。
5. 前記遮蔽装置が、高真空に耐え、熱的に安定なポリマー膜を備えることを特徴とする請求項１に記載のコーティング装置。
6. 前記遮蔽装置が、ポリエステルまたはポリイミドのポリマー膜を備えることを特徴とする請求項５に記載のコーティング装置。
7. 前記遮蔽装置が、多部品からなる設計であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコーティング装置。
8. 前記遮蔽装置が、ガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック材料からできている部品ならびに高真空に耐え、熱的に安定なポリマー膜、好ましくはポリエステルまたはポリイミド膜からできている部品を備えることを特徴とする請求項７に記載のコーティング装置。
9. ガラス状のガラス−セラミックおよび／またはセラミック材料からできている、前記遮蔽装置の部分が基板保持装置の遮蔽であり、高真空に耐え、熱的に安定なポリマー膜からできている、前記遮蔽装置の部分がチャンバーの内壁の遮蔽であることを特徴とする請求項８に記載のコーティング装置。
10. 前記層原材料をガス状で前記真空チャンバーに供給するための手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のコーティング装置。
11. 前記層原材料を気相に変換するための手段を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のコーティング装置。
12. 前記層原材料が、前記真空チャンバー内に配置されたターゲットからなることを特徴とする請求項１１に記載のコーティング装置。
13. 前記ターゲットが、多構成要素のガラスまたは多構成要素のガラス−セラミックからなることを特徴とする請求項１２に記載のコーティング装置。
14. 前記ターゲットが、ホウケイ酸塩ガラスからなることを特徴とする請求項１３に記載のコーティング装置。
15. 前記層原材料を気相に変換するための手段が、電子ビーム蒸発法、熱蒸発法またはパルス化プラズマ・イオン・ビーム蒸発法のための手段を含むことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のコーティング装置。
16. 前記基板上に蒸着された前記層を緻密にするための手段を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のコーティング装置。
17. 前記緻密にする手段が、プラズマ・イオン・アシスト蒸着のための手段を含むことを特徴とする請求項１６に記載のコーティング装置。
18. 前記真空チャンバー（１）が、コーティングを実施しようとする複数の基板のための基板保持装置（２）を有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のコーティング装置。
19. 前記真空チャンバー（１）が、コーティングを実施しようとする複数のウェーハのための基板保持装置（２）を有することを特徴とする請求項１８に記載のコーティング装置。
20. 排気された真空チャンバー（１）に前記基板を供給し、前記排気された真空チャンバー（１）からコーティングをされた前記基板を取り除くための、個別排気が可能なロード・ロック・チャンバーを有することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のコーティング装置。
21. 前記ロック・チャンバーが、前記真空チャンバー（１）をクリーン・ルームに連結することを特徴とする請求項２０に記載のコーティング装置。
22. 前記真空チャンバー（１）が、前記真空チャンバー（１）を清掃しおよび／または前記遮蔽装置を交換しおよび／またはターゲットを取り替えるための少なくとも１つの保守用開口部を有することを特徴とする請求項２０または２１に記載のコーティング装置。
23. 前記保守用開口部が、前記真空チャンバー（１）を、前記クリーン・ルームから離れた中間ルーム区域に連結することを特徴とする請求項２２に記載のコーティング装置。

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