JP3831009B2

JP3831009B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP3831009B2
Application number: JP16445896A
Authority: JP
Inventors: 昭彦斉藤; 毅神保
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH1012551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスパッタリングにより薄膜を形成するために用いられる半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハに電極配線のような薄膜を形成させる際には、例えばスパッタリング装置のような半導体製造装置が従来から用いられている。このスパッタリング装置は真空チャンバ内で、通常はアルゴンをグロー放電又は高周波放電させてイオン化させたものを電極となるターゲットに衝突させ、それによりはじき出されるいわゆるスパッタリング現象を利用してターゲット原子を半導体ウェハに堆積させるものである。
【０００３】
このスパッタリング装置においては、真空チャンバ内で半導体ウェハを支持するウェハ支持台が設けられ、その周囲には環状の支持台カバーが配置されている。ウェハ支持台の外周縁と係合するための内向き部分を有している。また、真空チャンバの内壁を保護するように、真空チャンバ内には筒状のシールドが配設されている。ここで、支持台カバー及びシールドのような部材はターゲットから飛散したターゲット原子によって汚染されるので、使用に応じて定期的に交換される。このため、従来一般には、ねじないしはボルトによってこれらの部材を取り外し可能に取り付けていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、スパッタリング装置は高真空下で用いられるので、使用に際しては、予め真空チャンバをベーキングによって加熱して真空チャンバ内の残留ガスをアウトガスさせている。また、成膜方法によっては、装置のウェハ支持台に加熱機能を持たせて半導体ウェハを加熱し、その上にターゲット原子を成膜させることもある。このように、真空チャンバ内を加熱した場合、装置を構成する部材の熱膨張率の相違によって前述したねじに大きな負荷が作用する。
【０００５】
そこで本発明は上記の課題を解決するための半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体製造装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバの上部に配置されたターゲットと、前記真空チャンバの内部に設けられ、前記ターゲットに対向配置されたウェハ支持台と、前記真空チャンバの内壁面を保護するために前記真空チャンバの内部に設けられた筒状のシールドと、前記シールドを所定の位置に支持するばね手段とを備え、前記シールドは交換可能であり、前記シールドは前記真空チャンバの一部分と共に前記ばね手段によって挟持されており、当該半導体製造装置はスパッタリング装置である。
したがって、このシールドはばね手段の有する弾性力によって支持されるため、部材間の熱膨張率差等の問題を回避することができる。
【０００７】
本発明を有効に適用できる半導体製造装置は、図１に概念的に示されるように、真空チャンバ２と、真空チャンバ２の上部に配置されたターゲット３と、真空チャンバ２の内部に設けられ、ターゲット３に対向配置されたウェハ支持台４とを備えるスパッタリング装置１がある。係るスパッタリング装置においては、真空チャンバ２内の部材にターゲット原子が付着するため、適時交換しなければならない部材が相当あるからである。
【０００８】
本発明の半導体製造装置がスパッタリング装置である場合には、前記の交換すべき部材としては真空チャンバ２の内壁面を保護するために真空チャンバ２の内部に設けられた筒状のシールド５ａ、５ｂがある。その場合、シールド５ａ、５ｂは真空チャンバ２の一部分６と共にばね手段７ａによって挟持されるのが、脱着作業も簡便であり、好ましい。このばね手段７ａは周方向に等間隔で複数配置されるのが望ましい。
【０００９】
また、スパッタリング装置１の場合、前記シールドはウェハ支持台４の周囲に配置され且つウェハ支持台４の上面外周縁に係合可能な内向き部分を有した支持台カバー８が考えられ、その場合、ばね手段７ｂの少なくとも一部分を支持台カバー８及びウェハ支持台４の間に介在し、接面圧力を与えることにより支持台カバー８をウェハ支持台４に対して支持するようにするのがよい。特に、ばね手段７ｂは、支持台カバー８とウェハ支持台４との間に介在される部分と、支持台カバー８の一部を挟持する部分とからなる一体物であるのが、脱着の作業性もよく、好適である。また、ばね手段７ｂは周方向に等間隔で複数配置するのがよい。
【００１０】
なお、ウェハ支持台４に対して支持台カバー８の周方向の回転を防止するための廻り止め手段を設けておくことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図２は本発明が適用されたスパッタリング装置１０の側断面図である。このスパッタリング装置１０では、真空チャンバ２０の上部に円形のターゲット３０が配置されており、また、その裏面を蓋体３２が支持している。蓋体３２は容易に開放することができるように真空チャンバ２０の上部に取り付けられている。
【００１３】
ターゲット３０と対向する位置には、半導体ウェハＷを支持するための円板状のウェハ支持台４０が設けられており、その内部には加熱機構（図示せず）が内蔵されている。ウェハ支持台４０の下面にはウェハ支持台４０を上昇又は下降させるための昇降機構（図示せず）から延びる駆動軸４２が接続されている。
【００１４】
また、ウェハ支持台４０の周囲には環状の支持台カバー５０が配置されている。図３に示されるように、この支持台カバー５０はウェハ支持台４０の上面外周部分と係合する内向き部分５０ａを有している。また、この内向き部分５０ａの上端部には環状の起立部５０ｂが設けられ、半導体ウェハＷの裏面を支持するだけでなく、ターゲット原子がウェハ支持台４０の上面に回り込むことを防止している。さらに、支持台カバー５０はその外縁から垂下する垂下部分５０ｃを有している。この垂下部分５０ｃの外周壁には傾斜部５０ｄが設けられ、またその内周壁下部には突起部５０ｄが全周にわたって設けられている。
【００１５】
支持台カバー５０の周囲には環状のカバーリング６０が配置されており、真空チャンバ２０に対して所定の高さ位置で固定されている。図示されるように、このカバーリング６０の内側部分には内向き係合部及び下向き係合部６０ａ、６０ｂが設けられて、支持台カバー５０がウェハ支持台４０と共に上昇された場合、その上面外周縁及び傾斜部５０ｃと係合するようにしている。
【００１６】
図示実施形態では、支持台カバー５０をウェハ支持台４０に対して支持するように、好ましくは熱的に強いインコネル等からなる板ばね７０（ばね手段）が用いられている。この板ばね７０は、図３に明示されるように、支持台カバー５０の傾斜部５０ｃから突起部５０ｄまでに至る部分を挟持するように形成された介装部７０ａと、ウェハ支持台４０の外壁及び支持台カバー５０の垂下部分内壁の間に接面圧力を与える鉤状の押圧部７０ｂと、ウェハ支持台４０の下面と係合してチャンバ内壁面に向かって傾斜した着脱傾斜部７０ｃとを有している。このような形状を有する板ばね７０は介装部７０ａによって支持台カバー５０に対して固定され、また、押圧部７０ｂによってウェハ支持台４０に対して支持台カバー５０を所定の位置に押圧支持することができる。
【００１７】
板ばね７０は、周方向に等間隔に３個以上配置されており、これにより支持台カバーはウェハ支持台４０に同軸に配置される。
【００１８】
なお、支持台カバー５０がウェハ支持台４０に対し周方向に回転するのを防止するために、廻り止め手段を設けるのがよい。この廻り止め手段としては、例えばウェハ支持台４０の外周壁に溝部を設け、この溝部と嵌め合う凸部を支持台カバー５０の垂下部分の内周壁に設けるもの等が考えられる。
【００１９】
また、本発明では真空チャンバ２０の一部分をなすアダプタ３６が、真空チャンバ２０の上端部と絶縁体３４との間に介在している。アダプタ３６は、その内径が真空チャンバ２０の内径よりも小さく、その内周壁から上下それぞれの方向に延びさらに外向き方向に延びた外向きフランジ３６ａ，ｂを有している。下側の外向きフランジ３６ａにはアダプタ３６とウェハ支持台４０との間を通過して真空チャンバ内壁面に進むターゲット原子を遮断するための筒状の第１のシールド８０が取り付けられている。同様に、上側の外向きフランジ３６ｂにも、アダプタ３６及び真空チャンバ２０を保護するために、筒状の第２のシールドが取り付けられている。これらのシールド８０、８２は、それぞれ対応した外向きフランジ３６ａ、３６ｂに板ばね７２により支持されている。より詳細に述べるならば、各シールド８０、８２の上縁部分からは外向きフランジが設けられており、このフランジをアダプタ３６に対応する３６ａ、３６ｂに重ね合わせ、これらのフランジをＵ字形状の板ばね７２で挟み込むことにより、各シールド８０、８２を弾性的に支持している。この板ばね７２は板ばね７０と同様に、インコネルから作られるのが好ましい。板ばね７２は周方向に等間隔で配置されており、１６個以上設けられているのが好適である。なお、第１のシールド８０の他端はカバーリング６０のクランプ部７０ｃに係止されている。
【００２０】
このようなスパッタリング装置１０において、支持台カバー５０及びシールド８０、８２を所定位置に取り付けるには、まず、駆動機構によってウェハ支持台４０を下方に予め移動させる。また、アダプタ３６の外向きフランジ３６ａ、３６ｂに第１及び第２のシールド８０、８２の上端のフランジを板ばね７２を用いて両者を挟持させるように取り付ける。さらに、板ばね７０を支持台カバー５０の垂下部分５０ｃに取り付ける。
【００２１】
つぎに、ウェハ支持台４０の外周に支持台カバー５０を下方に押し込むようにして嵌め込む。すると、板ばね７０の着脱傾斜部７０ｃがウェハ支持台４０の上縁と係合し、且つ、支持台カバー５０の下方移動に伴って外方に弾性的に押動される。さらに、支持台カバー５０を下方に移動させると、着脱傾斜部７０ｃはウェハ支持台５０の外周面に沿って摺動し、最終的には支持台カバー５０の内向き部分がウェハ支持台４０の上面に接すると、着脱傾斜部７０ｃは内方（真空チャンバ２０の中心側）に復帰動作し、図３に示す状態になる。この状態においては、前述したように、板ばね７０の着脱傾斜部７０ｃがウェハ支持台４０の段差部４０ａと係合し、板ばね７０の押圧部７０ｂが弾性によって変形して接面圧力がウェハ支持台４０及び支持台カバー５０の間に生じ、ウェハ支持台４０に対して支持台カバー５０は支持された状態となる。
【００２２】
この後、アダプタ３６を真空チャンバ２０の上端に配置させると、シールド８０、８２はすでに板ばね７２によってアダプタ３６に取り付けられるので、同時に第１及び第２のシールド８０、８２も真空チャンバ内に配置される。そして、カバーリング６０のクランプ部分６０ｃに第１のシールドの他端が係止されるように、カバーリング６０を真空チャンバ内に配置させ、最後に、絶縁体を介してターゲット３０を支持した蓋体３２をアダプタ３６上部に配置させる。
【００２３】
上述した作業は、ねじによってシールド８０、８２或いは支持台カバー５０を固定した場合と比較すると手間を必要としないことから、作業に要する時間が非常に短い。したがって、真空チャンバ２０の大気開放時間が短くなるので、真空チャンバ２０の内壁面及び部材に水及びガスの分子の吸着量がねじで支持した場合と比べて減少する。
【００２４】
以上のような構成のスパッタリング装置１０を用いて半導体ウェハＷの表面に成膜を行うためには、半導体ウェハＷを支持台カバー５０の起立部５０ｂに支持し、図示されない真空ポンプにより真空チャンバ２０の内部を真空排気する。この真空排気には真空チャンバ２０の内壁に吸着した水などのガス分子を脱着させるために、真空チャンバ２０全体を加熱するいわゆるベーキングを行う。
【００２５】
ところで、真空チャンバ２０内の各部材はその機能に応じてそれぞれ異なった材質が選定されるので、各部材の熱膨張率が異なっているのが一般的である。このため、ベーキングによる装置の熱膨張のような状態変化が生じるとき、第１及び第２のシールド８０、８２とアダプタ３６との間、及びウェハ支持台４０と支持台カバー５０との間には相対運動が生じるが、板ばね８０、８２のもつ弾性によりこの相対運動は許容される。したがって、板ばね７０、７２及び板ばねに関係した部材が変形したり損傷したりすることはない。
【００２６】
真空チャンバ２０内で所望の真空度まで減圧されたならば、真空チャンバ２０内に図示しないアルゴンガス供給源からアルゴンガスを供給し、グロー放電又は高周波放電を行う放電手段（図示せず）によってアルゴンガスを放電させることによりスパッタリングプロセスを行う。半導体ウェハＷをウェハ支持台４０の加熱による輻射熱を用いて７００℃程度まで加熱する場合があるが、板ばね７０、７２の弾性作用により、ウェハ支持台４０と支持台カバー５０との間、及び、アダプタ３６とシールド８０、８２との間に悪影響が及ぼされることはない。このため、ターゲット原子によって、実質上取り替えを行わない真空チャンバ２０とウェハ支持台４０とを汚染させることはなく、第１及び第２のシールド８０、８２と支持台カバー５０とだけが汚染されるので、第１及び第２のシールド８０、８２と支持台カバー５０とを定期的に交換するだけで事が足りる。
【００２７】
支持台カバー５０やシールド８０、８２を交換するために、これらを真空チャンバ２０から取り外すには、前述の取り付け作業と逆の手順で行えばよい。すなわち、第１及び第２のシールド８０、８２については真空チャンバ２０からアダプタ３６ごと取り出した後、板ばね７２を引き外すだけでよい。また、支持台カバー５０は、ある程度の力で引き上げれば、板ばね７０の着脱傾斜部７０ｃが係合するウェハ支持台４０の段差部４０ａから開放され、そのまま真空チャンバ２０の外に持ち上げることができる。もちろん、板ばね７０の着脱傾斜部７０ｃを指等で外方に移動させて、支持台カバー５０を持ち上げる等の手段を行ってもよい。このように、取り付け時と同様に、ねじによって固定された場合と比較すると手間を必要としないことから、取り外し時間が非常に短い。
【００２８】
なお、上記実施形態では、シールド等を支持するためのばね手段として板ばねを用いているが、その形態については上記実施形態のものに限定されない。また、上では、板ばねのようなばね手段によって支持される、使用に応じて交換すべき部材としてシールド８０、８２及び支持台カバー５０をあげたが、他の部材に対しても本発明を適用することができる。さらに、本発明の半導体製造装置はスパッタリング装置に限定されず、他の半導体製造装置、例えばスパッタリング装置以外のＰＶＤ装置、或いはＣＶＤ装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の半導体製造方法によれば、使用に応じて交換すべき部材はばね手段によって支持されているので、熱膨張したときにこの部材と被支持部材との間の熱膨張率の相違によって生じた部材の相対移動はばね手段によって許容される。したがって、この部材は変形したり損傷したりすることはなく、装置の寿命、信頼性が向上する。
【００３０】
また、シールド等の交換部材を支持するばね手段は容易に取り付け及び取り外しができるので、そのような作業に要する時間が非常に短くなる。その結果として、真空チャンバの大気開放時間が短くなるので、真空チャンバの内壁及び装置を構成する部材に吸着する水及びガスの分子の量がねじで支持した場合と比べて減少する。このため、真空チャンバは短時間で排気され、所望の真空度にも容易に到達する。すなわち、本発明の半導体製造装置では、半導体ウェハの大型化に伴い装置の大型化を考慮すると、メンテナンスが非常に容易である。したがって、本発明の半導体装置では装置の稼働率が向上し半導体ウェハの量産化プロセスに適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置が適用可能なスパッタリング装置を概念的に示した断面図である。
【図２】本発明の半導体製造装置が適用されるスパッタリング装置の一実施形態装置を示した側断面図である。
【図３】図２に示したスパッタリング装置のＡ部の詳細断面図である。
【符号の説明】
１…スパッタリング装置、２…真空チャンバ、３…ターゲット、４…ウェハ支持台、５ａ、５ｂ…シールド、７ａ，ｂ…ばね手段、８…支持台カバー、１０…スパッタリング装置、２０…真空チャンバ、３０…ターゲット、３２…蓋体、３４…絶縁体、３６…アダプタ、３６ａ…外向きフランジ、４０…ウェハ支持台、４０ａ…段差部、４２…駆動軸、４４…駆動伝達部材、４６…ベロー、５０…支持台カバー、５０ａ…内向き部分、５０ｂ…起立部、５０ｃ…傾斜部、５０ｄ…突起部、６０…カバーリング、６０ａ…内向き係合部、６０ｂ…下向き係合部、６０ｃ…クランプ部、７０…板ばね、７０ａ…介装部、７０ｂ…押圧部、７０ｃ…着脱傾斜部、７２…板ばね、８０…第１のシールド、８２…第２のシールド、Ｗ…半導体ウェハ。

Claims

半導体製造装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバの上部に配置されたターゲットと、
前記真空チャンバの内部に設けられ、前記ターゲットに対向配置されたウェハ支持台と、
前記真空チャンバの内壁面を保護するために前記真空チャンバの内部に設けられた筒状のシールドと、
前記シールドを所定の位置に支持するばね手段と
を備え、
前記シールドは交換可能であり、
前記シールドは前記真空チャンバの一部分と共に前記ばね手段によって挟持されており、
当該半導体製造装置はスパッタリング装置である、ことを特徴とする半導体製造装置。
前記ばね手段は周方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記シールドは、前記ウェハ支持台の周囲に配置され且つウェハ支持台の上面外周縁に係合可能な内向き部分を有した支持台カバーであり、
前記ばね手段の一部分を前記支持台カバー及び前記ウェハ支持台の間に介在させ、接面圧力を与えることにより前記支持台カバーを前記ウェハ支持台に対して支持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記ばね手段は、前記支持台カバーと前記ウェハ支持台との間に介在される部分と、前記支持台カバーの一部を挟持する部分とからなることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
前記ばね手段は周方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装置。
前記ウェハ支持台に対して前記支持台カバーの周方向の回転を防止するための廻り止め手段を備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。