JP2012243909A

JP2012243909A - 基板保持装置

Info

Publication number: JP2012243909A
Application number: JP2011111626A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tokushige; 淳志徳重; Tetsushi Mitsumoto; 哲士光本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】膜はがれの原因になる膜を付着しにくくすることができる基板保持装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の基板保持装置は、スパッタ膜を生成する際に基板の裏面が載置される基板載置部と、前記基板載置部の底面よりも大きな上面を有するとともに、前記上面で前記基板載置部を前記基板載置部の底面側から支える支持部と、前記基板載置部の側面部と、前記支持部の上面のうち前記基板載置部の底面を支持していない外周部と、を覆うように前記支持部の上面に載置される環状のカバー部と、を備えている。そして、前記基板載置部の側面部は、前記基板載置部の上面側から所定の深さ方向に向かって外径寸法が小さくなる逆テーパ状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、基板保持装置に関する。

半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置として、例えばスパッタ装置がある。このスパッタ装置は、ウェハ保持装置（ウェハステージ）が真空チャンバ内でウェハを保持し、これにより、真空チャンバ内でウェハとスパッタリングターゲットとを対向させる。この状態で電圧をかけることにより、アルゴン等のアシストガスがプラズマ化され、その際に生成したイオンが電界で加速されてターゲットに衝突する。その結果、ターゲットからターゲット成分が飛び出して、ウェハ表面に付着する。

しかしながら、ターゲット成分は、ウェハ表面とともに、ウェハ保持装置の側面に付着する。この付着した膜は、ウェハをウェハ保持装置上で上下に搬送する際に、膜はがれとなる場合がある。そして、膜はがれによって生じた物質が、ウェハ上に降りかかることにより、ウェハが不良品となる。このため、膜はがれの原因になる膜がウェハ保持装置の側面に付着することを防止することが望まれている。

特開２０１０−２３９０２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、膜はがれの原因になる膜が付着しにくい基板保持装置を提供することである。

実施形態によれば、基板保持装置が提供される。基板保持装置では、スパッタ膜を生成する際に基板の裏面が載置される基板載置部と、前記基板載置部の底面よりも大きな上面を有するとともに、前記上面で前記基板載置部を前記基板載置部の底面側から支える支持部と、前記基板載置部の側面部と、前記支持部の上面のうち前記基板載置部の底面を支持していない外周部と、を覆うように前記支持部の上面に載置される環状のカバー部と、を備えている。そして、前記基板載置部の側面部は、前記基板載置部の上面側から所定の深さ方向に向かって外径寸法が小さくなる逆テーパ状に形成されている。

図１は、実施形態に係るウェハ保持装置を備えたスパッタ装置の構成を示す図である。図２は、ウェハ保持装置の断面構成例を示す図である。図３は、ウェハ保持装置の寸法の一例を説明するための図である。図４は、側面部の他の形状例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係るウェハ保持装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るウェハ保持装置を備えたスパッタ装置の構成を示す図である。図１では、スパッタ装置１のチャンバ内の断面構成を示している。スパッタ装置１は、ターゲット保持部１０、イオンリフレクタ１２、上部防着リング１３，１４、下部防着リング１５、ウェハ保持装置（ウェハ保持機構）２０、プラテンリング３０を備えて構成されている。このうち、イオンリフレクタ１２、上部防着リング１３，１４、下部防着リング１５によって真空チャンバの側壁部が構成されている。

ターゲット保持部１０は、概略円板状をなしており、スパッタ用のターゲット（スパッタリングターゲット）１１を保持する。ウェハ保持装置２０は、ウェハ（半導体基板）Ｗを静電チャックなどによって保持する装置である。スパッタ装置１では、ウェハＷの表面と、ターゲット１１の表面とが、対向するよう、ウェハ保持装置２０がウェハＷを保持するとともにターゲット保持部１０がターゲット１１を保持する。

イオンリフレクタ１２、上部防着リング１３，１４、下部防着リング１５は、それぞれ概略円筒状をなしている。真空チャンバ内の側壁部としては、最上部にイオンリフレクタ１２が配置され、イオンリフレクタ１２の下部に上部防着リング１３，１４が配置されている。さらに、上部防着リング１３，１４の下部に下部防着リング１５が配置されている。

プラテンリング３０は、概略円環状の板状部材である。プラテンリング３０の内径は、ウェハＷの主面よりも僅かだけ大きく形成されている。この構成により、ウェハ保持装置２０の中央部にウェハＷが載置され、ウェハ保持装置２０の外周部にプラテンリング３０が載置される。これにより、プラテンリング３０は、ターゲット１１から叩き出されたターゲット粒子がウェハ保持装置２０の下側（側面など）へ進入することを防止する。

ウェハ保持装置２０の下部側からは、アシストガスとしてアルゴン（Ａｒ）１６などが真空チャンバ内に導入される。このアルゴン１６は、ウェハ保持装置２０の熱（例えば３００℃以上）を、ウェハＷの全体に均一に伝えることをアシストするためのガスである。アルゴン１６の導入により、ウェハ保持装置２０の熱がウェハＷの裏面に均一に伝わる。

また、チャンバ内には、スパッタリング用のガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）が導入される。スパッタ装置１では、ターゲット１１とウェハ保持装置２０との間に電圧を印加することにより、スパッタリング用のガスがプラズマ化され、その際に生成したイオンが電界で加速されてターゲット１１に衝突する。これにより、ターゲット１１からターゲット粒子が飛び出して、ウェハＷの表面に付着する。本実施形態では、例えば窒素を導入する反応性スパッタリグを用いることにより、ウェハＷの表面に高応力膜（例えばＴｉＮ）が生成される。なお、スパッタリング用のガスとして例えばアルゴンのみを用いてもよい。この場合、ウェハＷの表面に低応力膜（例えばＴｉ）が生成される。

ウェハＷにスパッタを行う際には、イオンリフレクタ１２がプラスに帯電させられるともに、ターゲット１１がマイナスに帯電させられる。これにより、ターゲット１１から叩き出されたターゲット粒子（イオン）がイオンリフレクタ１２で反射されてウェハＷの方向に飛散し、その結果、ウェハＷ上に均一なスパッタ膜を形成することが可能となる。

つぎに、ウェハ保持装置２０の詳細な構成について説明する。図２は、ウェハ保持装置の断面構成例を示す図である。ウェハ保持装置２０は、ウェハＷを保持するとともにプラテンリング３０が外周部に配置される載置部２１Ａと、プラテンリング３０を載置するともにウェハＷを加熱するヒータ格納部２１Ｂと、を有している。載置部２１Ａは、例えば概略円柱状であり、ヒータ格納部２１Ｂは、載置部２１Ａの底面よりも大きな上面を有した概略円柱状である。

載置部２１Ａは、その上面側に凹凸部が形成されており、この凹凸部上にウェハＷが配置される。スパッタ粒子が載置部２１Ａに付着しにくくするため、載置部２１Ａの上面は、ウェハＷの主面よりも小さく構成されている。ヒータ格納部２１Ｂは、上面側の中央部で載置部２１Ａを支持し、外周部側にプラテンリング３０が載置される。ウェハＷを載置部２１Ａに載置した際に、ウェハＷの底面がプラテンリング３０と接触しないよう、プラテンリング３０は、載置部２１Ａの高さよりも低く構成されている。

プラテンリング３０は、載置部２１Ａの側面部と、ヒータ格納部２１Ｂの上面のうち載置部２１Ａの底面を支持していない外周部と、を覆うようにヒータ格納部２１Ｂの上面に載置される。

ヒータ格納部２１Ｂの上面うちプラテンリング３０を載置する外周部は、凹凸部２５が設けられている。これにより、ヒータ格納部２１Ｂの上面うちプラテンリング３０を載置する外周部では、スパッタ粒子による付着膜４０の付着を防止している。凹凸部２５のＲａ（粗さ）は、凹凸部２５の凹凸具合によって決定される。このため、所望の付着防止効果に応じた凹凸が凹凸部２５に形成される。凹凸部２５は、例えば、Ｒａ１０以上で形成される。

ヒータ格納部２１Ｂの内部には、電極部２２，２３、ウェハＷを加熱するヒータ２４が配置されている。電極部２２，２３は、ウェハ保持装置２０とウェハＷとの間の静電吸着力を発生させるための電極（Ｐ，Ｎ）である。

本実施形態のウェハ保持装置２０は、載置部２１Ａの側面部（プラテンリング３０の側面によって囲まれる箇所）２Ｘが逆テーパ状に形成されている。換言すると、載置部２１Ａの外周部の外側面は下方（所定の深さ方向）に向かって外径寸法が小さくなるよう形成されている。図２では、側面部２Ｘのうち上段側が逆テーパ状に形成され、下段側がテーパ状に形成されている場合を示している。なお、側面部２Ｘの下段側は、テーパ状に形成することなく、逆テーパ状または鉛直方向に延びる側面（テーパ無し）としてもよい。

この構成により、側面部２Ｘの側面のうち上段側の側面が逆テーパ分だけ下方を向くこととなるので、真空チャンバの上部側から飛散してくるスパッタ粒子が側面部２Ｘに付着しにくくなる。このように、ウェハ保持装置２０は、側面部２Ｘが逆テーパ状に構成されているので、載置部２１Ａに付着膜４０が着きにくくなり、この結果、付着膜４０の堆積を抑制することが可能となる。

ここで、ウェハ保持装置２０の寸法の一例について説明する。図３は、ウェハ保持装置の寸法の一例を説明するための図である。図３では、ウェハＷ、載置部２１Ａ、プラテンリング３０の断面図を示している。

ウェハＷの直径は、例えばａ＝３００ｍｍである。載置部２１Ａの上面は、その半径がウェハＷの半径（１５０ｍｍ）よりも、例えばｃ＝３ｍｍ程度小さく構成されている。また、ウェハＷの底面と載置部２１Ａの上面（突起部２９）との間は、例えばｂ＝０．５ｍｍ程度隙間があけられてウェハＷが載置部２１Ａで保持される。

また、側面部２Ｘのうち上段側の側面と載置部２１Ａの上面との成す角度は、例えばｅ＝９．０°〜１０．５°である。また、側面部２Ｘのうち上段側の側面と鉛直方向との成す角度は、例えばｄ＝７９．５°〜８１．０°である。これにより、高応力膜である付着膜４０の膜厚が１００ｎｍ以上となった場合や、ウェハ保持装置２０がウェハＷを上下に搬送する場合であっても膜はがれを防止できる。また、低応力膜の膜厚が厚くなった場合であっても膜はがれを防止できる。

スパッタ装置１では、ウェハＷが順番にスパッタ処理される。例えば、１枚目のウェハＷの処理が完了した後、載置部２１Ａから１枚目のウェハＷを上側に移動させ、その後、真空チャンバ外に１枚目のウェハＷが搬出される。そして、２枚目のウェハＷが真空チャンバ内に搬入され、載置部２１Ａ上でウェハＷを下側に移動させることにより、載置部２１Ａ上に２枚目のウェハＷが載置される。

スパッタ装置１では、上述したウェハＷの上下搬送が繰り返される。そして、ウェハＷがウェハ保持装置２０に載置される際には、ウェハＷがウェハ保持装置２０と衝突することとなる。この場合であっても、側面部２Ｘに付着膜４０を付きにくくしてあるので、ウェハＷと付着膜４０が衝突しにくくなる。したがって、ウェハ保持装置２０に付着した付着膜４０の膜はがれを防止できる。

半導体装置（半導体集積回路）を製造する際には、種々の半導体製造装置でウェハ処理が行われる。具体的には、成膜装置（スパッタ装置１など）によってウェハＷ上に膜が成膜され、レジスト塗布装置によってウェハＷにレジストを塗布する。そして、露光装置がマスクを用いてウェハＷに露光を行なう。その後、現像装置がウェハＷを現像してウェハＷ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてエッチング装置がウェハＷの下層側をエッチングする。これにより、レジストパターンに対応する実パターンがウェハＷ上に形成される。半導体装置を製造する際には、成膜処理、レジスト塗布処理、露光処理、現像処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。

なお、側面部２Ｘの形状は、図３に示した形状に限らない。図４は、側面部の他の形状例を示す図である。例えば、図４の（ａ）に示すように、側面部２Ａの形状を、側面部２Ｘのうち最上部から最下部に渡って逆テーパ状に形成してもよい。

また、図４の（ｂ）、図４の（ｃ）に示すように、側面部２Ｂの側面形状を湾曲させてもよい。この場合、例えば、側面部２Ａをウェハ保持装置２０の中心部に向かって彫ることにより、側面部２Ｂ，２Ｃが形成される。

なお、プラテンリング３０は、円環状に限らず、他の環状形状であってもよい。例えば、矩形の板状部材から内側を円形状にくり抜いた形状であってもよい。

このように実施形態によれば、ウェハ保持装置２０の側面部２Ｘ，２Ａ〜２Ｃが逆テーパ状に構成されているので、載置部２１Ａに付着膜４０が着きにくくなる。したがって、ウェハ保持装置２０からの膜はがれを防止することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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は意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１…スパッタ装置、２Ｘ，２Ａ〜２Ｃ…側面部、２０…ウェハ保持装置、２１Ａ…載置部、２１Ｂ…ヒータ格納部、２５…凹凸部、３０…プラテンリング、Ｗ…ウェハ。

Claims

スパッタ膜を生成する際に基板の裏面が載置される基板載置部と、
前記基板載置部の底面よりも大きな上面を有するとともに、前記上面で前記基板載置部を前記基板載置部の底面側から支える支持部と、
前記基板載置部の側面部と、前記支持部の上面のうち前記基板載置部の底面を支持していない外周部と、を覆うように前記支持部の上面に載置される環状のカバー部と、
を備え、
前記基板載置部の側面部は、前記基板載置部の上面側から所定の深さ方向に向かって外径寸法が小さくなる逆テーパ状に形成されていることを特徴とする基板保持装置。
前記基板載置部の上面は、前記基板の主面よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
前記基板載置部の側面部と、前記基板載置部の上面部と、がなす角度は、９．０°〜１０．５°であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板保持装置。
前記支持部の前記外周部には、その上面部に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板保持装置。
前記凹凸の粗さは、Ｒａ１０以上であることを特徴とする請求項４に記載の基板保持装置。