JP4108119B2 - 改良型化学気相堆積チャンバ - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、半導体チップ(die)の製造に用いられる基板上に、有用な材料層を堆積するための方法及び装置に関するものである。より詳細には、本発明は、例えば化学気相堆積によって基板を処理する際に用いられる改良型の装置及び方法に関する。
化学気相堆積は、通常”ＣＶＤ”と呼ばれ、半導体基板上に薄い材料層を堆積するために用いられる。ＣＶＤプロセスをもって基板を処理するために、真空チャンバが設けられてサセプタが基板を受容するように形成されている。従来の典型的なＣＶＤチャンバでは、ロボットブレード(robot blade)によって基板がチャンバ内に配置され、また、チャンバから取り出される。チャンバには、基板がチャンバの中へ配置されるとき又はチャンバからまさに取り出されようとするとき、基板を配置する中間基板位置決め組立アセンブリ(intermediate substrate positioning assembly)が含まれる。基板をサセプタに配置させるためには、サセプタは基板位置決め組立アセンブリの中央を通って、基板を持ち上げる。それから、サセプタ及び基板は２５０〜６５０℃の温度に加熱される。いったん基板がサセプタに配置されて適切な温度に加熱されると、基板上部にあるガスマニホールドを通って先行ガス(precursor gas)が真空チャンバへ供給される。先行ガスは加熱された基板表面と反応して薄い材料層を堆積する。当該ガスが反応して材料層を形成すると、揮発性の副産物ガスが生成されて、これらのガスはチャンバ排気システムを通って真空チャンバの外部へ送り出される。
基板処理の主な目的は各基板からできるだけ多くの有効なチップを得ることである。多くの因子がＣＶＤチャンバ内での基板の処理に影響を及ぼし、また、処理された各基板から形成されるチップの最終歩留まりに影響を及ぼす。これらの因子は、基板上に堆積される材料堆積層の均一性や厚さと、基板に付着して１つ以上のチップを汚染させる汚染物とに影響を及ぼす処理変数を含んでいる。これら両者の因子は、各基板から得られるチップの歩留まりを最大にするために、ＣＶＤや他のプロセスで制御されなければならない。
材料堆積層の均一性に影響を及ぼす１つのＣＶＤ処理変数は、堆積チャンバ内における反応処理ガス及び未反応処理ガス成分の相対濃度である。チャンバの排気システムには、基板の上方においてその周囲に近接して配置された環状排気チャネルが含まれ、反応した処理ガスがそこを通って排気される。しかしながら、ギャップが環状排気チャネル内に存在し、そこでは基板をチャンバの内外に移動させるためのスリットバルブがチャンバの壁面を貫通している。反応したガス状生成物をチャンバから排気するのは、このギャップの近傍においては余り十分でなく、斯くして、反応生成物はチャンバ内で不均一になる。これは基板上に不均一な材料堆積層を作り出す一因となっているが、その理由としては反応したガス状生成物がチャンバから不均一に排気されるために、チャンバ内のガスの総体積中の反応ガスの相対濃度が基板表面の周りで異なるからである。
材料堆積層の均一性及び厚さに影響を及ぼす上述の因子の他に、ＣＶＤ処理チャンバには、基板上に受容される場合にはチップの歩留まりを低下させる粒子汚染物の要因源が含まれる。ＣＶＤプロセスにおける粒子汚染物の１つの主要な要因源は、処理中にチャンバ表面に堆積した堆積材料である。基板がＣＶＤチャンバ内で処理されるときには、材料層は例えば後述するランプカバーのようにガスと接触しているチャンバ内部の全表面に、区別をつけることなく堆積する。もし、このようなチャンバ表面が、その後に接触や摩擦を受けたり、或いは、材料層がチャンバ表面に緩く付いてチャンバ震盪や振動を受けたりする場合には、材料堆積層の粒子がチャンバ内で自由になって、基板を汚染させる。また、材料堆積層は基板の縁部及び下面と堅固に付着しないのが典型的であり、そのような基板の位置に形成された層は、はがれ落ち粒子状汚染物質になることが知られている。
チャンバ内の粒子発生を制御する１つの方法は、シャドーリングを用いて基板の縁部や下面に堆積層が生じるのを減らすことである。シャドーリングはマスキング部材であって、サセプタの上に受容され、基板の上部外周縁領域と接触し、堆積ガスが基板との接触領域に接近するのを制限している。しかしながら、シャドーリングには、基板の不均一処理の一因となるいくつかの限界がある。揮発性の堆積ガスは依然としてシャドーリングのリップ部の下に移動し、後にははがれ落ちるかもしれない材料層を基板の縁部及び下面に堆積する傾向がある。さらには、シャドーリングの基板との係合が、粒子を作り出す傾向にある。最後に、シャドーリングは基板の外部に熱を取り出すヒートシンクであり、このため、基板及びシャドーリングの間の接触領域近傍の基板の温度を減じ、これがシャドーリング近傍の基板の領域上において、材料堆積層の厚さに影響を及ぼす。
シャドーリングに代わる一つが、１９９２年１月２２日に公開された欧州特許出願Ｎｏ．ＥＰＯ４６７ ６２７ Ａ３に開示されている。その出願発明においては、シュラウドが基板の周囲に形成されている。シュラウドには、基板をおおっているが、基板とは接触していないリップが含まれている。ガスが基板の下面に供給されると、このガスの一部が基板とサセプタとの間では外方に向かって流れ、基板とシュラウドとの間に形成されたギャップに流入する。シュラウドには、基板縁部をマスクするよう、不活性ガスを保持できる環状チャネルが作り出されるけれども、ＥＰＯ４６７ ６２３ Ａ３に示された構造にはいくつかの欠点がある。第一に、シュラウドがサセプタに受容されているときには、サセプタと位置合わせを行っているが、基板をシュラウドと位置合わせする手段は開示されていない。基板とサセプタとの間の大きな位置ずれは、結果としてシュラウドと基板との間の位置ずれとなり、基板とシュラウドとの間に結果として生じる環状のギャップが、基板の周囲を不均一に取り囲むだろう。このため、基板縁部の種々の場所において、異なったマスキングガス流量となる。第二に、基板の外径から内側にマスキングガスを導入することにより、チャンバ圧力及び処理ガス流量が綿密に制御されていない場合には、基板が処理中にサセプタから離れて浮き上がる。最後に、前記欧州特許出願において、開示されたシュラウドは基板の上面をマスクし、その上への堆積を防止していることが言及されているが、これによって基板の有効領域が減じられる。
基板を汚染する粒子のまた別の要因源は、ひびが入ったり、曲がったり或いは大きな位置ずれが生じたりした基板がチャンバ内に存在している場合に生じる。もし、ひびが入ったり、曲がったり或いはかなり位置ずれが生じたりした基板を扱う場合は、基板がチャンバ内で移動しているとき、かなりの量の粒子汚染物が生じているかもしれない。さらに、多数の基板断片がチャンバ内で遊離している場合には、それらはチャンバコンポーネントに重大な損傷を与える。最終的に、ひびが入ったり、曲がったり或いはかなり位置ずれが生じたりした基板がチャンバ内で処理される場合には、サセプタの上面及び通路が腐食性の反応ガスに晒されることとなる。
発明の概要
本発明は、ブランケット(blanket)、選択的に堆積されるタングステン、タングステンシリサイド、窒化チタン及びその他の堆積材料を高い均一性及び制御能力をもって堆積させるＣＶＤ処理装置として有用である。本発明には多数の実施態様が含まれ、独立して又は組合わさって用いられて、処理変数の制御を改善させたり、及び／又は、処理中における基板の汚染の発生を減じたりすることが可能となる。本発明の実施態様はＣＶＤチャンバに関して論じられるけれども、本発明の実施態様は他の基板処理及び処理環境に適用できる。
本発明の第１の実施態様において、かかる装置には、基板が処理中に配置される基板支持部材を有するチャンバが含まれている。基板支持部材上では基板が、基板を基板支持部材の上に配置してチャンバのスリットバルブを介して基板の出し入れを行う位置決め手段をもって配置される。位置決め手段は基板支持部材の動きと一部は連動して、また一部は独立して基板を配置させる。
本発明の第２の実施態様において、チャンバの基板縁部保護システムは、基板が支持部材上に受容されているときに基板の周縁部に環状に広がっているマニホールドを含んでいる。マニホールドは基板の周縁部にガスを分配する。また、位置決め部材が設けられてかかるチャネルを基板縁部と位置合わせするようにしてもよい。基板はシャドーリングの下面に接触しないので、粒子の発生は減じられ、材料堆積層の均一性が増し、したがって基板の使用できる領域が増す。
処理中にはかかる受容プレート(receiving plate)に対して基板を固定するため、受容プレートの上面に凹部(depressions)が設けられ、真空源に対して開口されている。本発明の別の実施態様には、凹部を真空にする真空配管に圧力センサが配設されて、基板上にはひびが入ったり、曲がったり或いはかなり位置ずれしたりした基板の存在に応じて、真空配管内の圧力変化を監視する。
本発明の他の実施態様には、パージガスがチャンバの下側を通って循環して、チャンバの機械構成部品を腐食の悪影響から守り且つチャンバ内面に堆積物が形成するのを減じるようにしている。本発明のまた別の実施態様では、チャンバには、基板周縁にあるチャンバの周囲に延在し且つ排気チャネル内のギャップを埋める拡張ポンピングプレート(extended pumping plate)が含まれ、反応した揮発性ガスをチャンバから均一に排気するようにしている。
本発明のその他の実施態様には、基板縁部保護システムがチャンバ内に設けられ、処理中には基板の縁部に材料層が堆積するのを制限するようにしている。この基板縁部保護システムには、基板支持部材に受容され且つ基板上面の上方において基板縁部に接近して延在しているリングが含まれている。位置決め部材が設けられて、基板及びリングの位置合わせをして基板及びリングの間の接触を最小にし、また、基板の縁部及びリングに近接した領域の間においてギャップを最小にしている。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記及び上記以外の特徴や利点が、添付される図面と一緒に考察されるときに、以下の記述から明らかとなるようになり、
図１は、基板がその基板支持部材上に受容されているのを示す本発明にかかる処理チャンバの部分断面図である。
図２は、処理中に基板を内部に受容するのに配置された本発明にかかる処理チャンバの断面図である。
図３は、基板を処理するために内部に配置された、基板縁部保護システムの他の実施形態を含む処理チャンバの別の断面図である。
図４は、図２のチャンバに配設されたヒータプレートの上面図である。
図５は、上部に基板を有する図４のヒータプレートの別の上面図である。
図６は、図５の６−６線におけるヒータプレート及び基板縁部保護システムの部分断面図である。
図７は、他の基板保護システムの詳細を示す図３のヒータプレートの部分断面図である。
実施形態の説明
序論
本発明にかかる処理チャンバ１０には特徴及び実施形態が多数含まれており、これらの特徴及び実施形態は個々に或いは同時に用いられて基板処理チャンバの構体や作用を改善するようにすることができる。図１を参照すると、かかる特徴の幾つかが協働作用や相互作用しているのが示されており、内部加熱される基板支持部材すなわちヒータプレート１８、パージガスチャネル２２０が形成された基板縁部保護システム３０、ヒータプレート１８の上面に複数の位置決めピン２２４が形成された基板位置決め部材、及び改良型チャンバ排気システム３００を含んでいる。
ヒータプレート１８は、処理中にチャンバ１０内の上方で基板２４を受容するために、また、チャンバ１０内の下方で基板２４を配置してチャンバ１０から基板２４を取り出すために作動可能である。基板２４をヒータプレート１８上に配置させるために、複数の支持ピン２５が設けられている。基板２４がロボットブレードによってチャンバ１０内に配置されるときには、これら支持ピン２５がヒータプレート１８本体を貫通し、ヒータプレート１８から延びて基板２４を受容することができる。ヒータプレート１８は、支持ピン２５に対して下方に移動して、処理のためにヒータプレート１８上に基板２４を配置させるようにし、また、支持ピン２５に対して上方に移動して、ロボットブレードによりチャンバ１０から基板２４を取り出すために基板２４をヒータプレート１８上方に配置させるようにすることができる。説明を容易にするために、ヒータプレート１８の中へ入り込んでいる支持ピン２５が図１に示されている。一方、基板２４がヒータプレート１８上に受容されているとき、支持ピン２５及び基板２４が静止状態になってヒータプレート１８が実際には上方に移動していることが理解されるだろう。
基板の下面及び縁部に堆積層が発生するのを減じるために、ヒータプレート１８には縁部保護システム３０が含まれており、好ましくは、基板２４がヒータプレート１８上に受容されるときに、基板２４の縁部に隣接して配置された一体式の環状のパージガスチャネル２２０が形成されている。ひとたび基板２４がヒータプレート１８に配置されて処理が始まると、パージガス流が連続的に基板２４の縁部２７の周りのチャネルに供給されて、基板２４の縁部２７の望ましくない部分に、又は縁部にかなり隣接した基板２４の下面に堆積がほとんど或いは全く生じないようにしている。
パージガスチャネル２２０を十分に利用するために、ヒータプレート１８上に基板の位置を決めることが重要となるが、その理由としては何らかの著しい位置ずれが生じると、チャネル２２０を実質的にふさぐ位置に基板２４縁部の一部が配置されてしまうからである。それゆえ、ヒータプレート１８には、その周囲に沿ってチャネル２２０の上方に設けられたテーパ形状した複数のガイドピン２２４を含む基板位置決め部材３２が含まれており、基板２４がプレート１８上に導かれるようにしている。偏心及び／又は位置ずれした基板２４は、ヒータプレート１８の上へ受容されるときには１つ以上のガイドピン２２４と係合する。ヒータプレート１８上方の支持ピン２５に支持された基板２４にヒータプレート１８が接近するとき、ガイドピン２２４と接触する基板２４縁部２７部分では、ヒータプレート１８の中央に向かって基板２４が力を受けるであろう。これにより、パージガスチャネル２２０に対して適切な位置に基板２４の全周が整列して、基板２４の縁部２７全て（縁部２７がピン２２４と接触する非常に小さい領域を除く）にわたってパージガスの通路が確保されるようになる。
処理中には、基板２４は昇温して維持されるのが基本的である。この温度に設定して維持するために、本発明にかかるヒータプレート１８は抵抗加熱素子を含んでいる。ヒータプレート１８は、チャンバにヒータプレート１８よりも低い温度で入れるのが基本的である基板２４を加熱する。基板が処理温度に加熱されるとき、基板縁部２７は１つ以上のガイドピン２２４から負荷を受け、また、著しい熱膨張がその後に生じる場合には基板縁部２７が欠けることもある。この問題に取り組むためには、チャンバの圧力が、ヒータプレート１８上面２６に設けられて処理中にヒータプレート１８に基板を押さえ付けることができる複数の真空溝(vacuum grooves)７７、７８内で維持される。或いは、ガスが内部に導入されて、ヒータプレート上面２６と基板２４との摩擦的な固着(frictional adhesion)を減じ、斯くして、基板２４が熱膨張するときにはガイドピン２２４から離れて基板２４が膨張するのを許容するようにしてもよい。
チャンバ１０内部で反応したガス状生成物の排気の均一性を増すために、チャンバの排気マニホールド２３が、一定間隔をもって配置された一連のアパーチャ２９を含むポンピングプレート３０８を受容している。アパーチャ２９はマニホールド２３の全周囲に一定の間隔を置いて均等に配置されており、プレート３０８は、チャンバ壁内のスリットバルブの存在により作り出されるマニホールド２３内のギャップを埋めて、反応したガス状生成物をチャンバから取り出すときの均一性を増すようにしている。
本明細書に述べる本発明の上記特徴及び他の特徴が、チャンバ内で基板の処理を向上させるために個々に或いは同時に用いられ得る。
処理チャンバ
図２及び図３を参照すると、本発明にかかるチャンバ１０の多数の改良点及び特徴がＣＶＤ処理装置に示されている。図２及び図３には、チャンバ１０が部分断面図で示されて、チャンバ１０の改良点及び特徴の相互作用や相互接続が示されている。図２においては、チャンバ１０はヒータプレート１８が引き込み位置(retracted position)の状態で示されて、ヒータプレート１８の上面から延びている支持ピン２５の頭部の上に基板２４が配置されたり、又は頭部から取り出されたりすることができる。図３には、かかる装置がヒータプレート１８が拡張位置(extended position)の状態で示されており、支持ピン２５がヒータプレート１８内に入り込み、基板２４が処理中にはヒータプレート１８上に配置されるようにしている。チャンバ１０の特徴及び改良点は図２又は図３に示されているけれども、かかる特徴の説明では、その特徴及び改良点の詳細を示すのに必要な他の図面が含まれる場合もある。
図２及び図３のＣＶＤ処理チャンバには、外壁１２、カバー１４及びベース１６を有するチャンバ１０が含まれて、基板を受容する鉛直移動可能なヒータプレート１８が配置された真空排気可能なエンクロージャ(enclosure)１３が形成されているのが基本的である。処理中に基板を配置するよう、ヒータプレート１８はエンクロージャ１３内部で移動可能である。ヒータプレート１８には、不可欠な部品として基板縁部保護システム３０が含まれるのが好適である。
ヒータプレート及びステムアセンブリ
ヒータプレート１８はエンクロージャ１３内においてステム２０によって鉛直方向に移動可能であり、このステム２０はヒータプレート１８下面に接続され且つエンクロージャ１３のベース１６を貫通して外部に延びており、駆動システム２２と接続されている。好適には、ステム２０は直円柱状の管状アルミニウム部材であって、その上端部４０はヒータプレート１８の下面と支持接触(supporting contact)した状態で配設されて、また、下端部４２はカバープレート４３で終端している。ステム下端部４２は、ステム２０の駆動システム２２と接続をなすキャップ形状のスリーブ９６内で受容されている。チャンバ外部からヒータプレート１８の内部までの接続手段を提供するために、カバープレート４３及びスリーブ９６には整列された複数のアパーチャがあり、これらのアパーチャを通してヒータプレート接続手段が保持されている。ステム２０はヒータプレート１８をエンクロージャ１３内部に機械的に配置させ、さらには複数のヒータプレート接続手段が延びる外周通路(ambient passageway)を形成している。
ヒータプレート１８は上面２６に受容された基板に熱を供給するために形成されているが、その間はステムピン２０に沿ったそこからの熱移動を最小限度にしている。ヒータプレート１８は、ステム２０の上端部４０に溶接された中実なアルミニウム部材が好ましい。好適には、抵抗加熱素子を設けることによりヒータプレートが加熱されて、ヒータプレート１８の上面２６を２５０℃から６５０℃までの間の高温処理温度で維持するのに十分な熱を供給するようにしている。加熱素子は管状部材であって、ヒータプレート１８に形成された溝の内部に環状に延在して、また、溝及び加熱素子を覆う整合チャネル(conforming channel)により密閉されるのが好適である。或いは、その素子はプレート状に鋳造されたものでもよく、又は他の方法で、ヒータプレート内部の密閉された環境に設けてもよい。加熱素子の周囲の領域は真空に維持されていないのが好ましい。加熱素子に電力を供給するため、その素子はカバープレート４３内のブレード型コネクタ６４で終端している下方に突出した管状部分を含むのが好ましい。対応ブレードコネクタ(mating blade connector)６２がスリーブ９６に配置され、カバープレート４３内のコネクタ６４と結合して、コネクタ６４に電力を供給するようにしている。
ヒータプレート・熱電対接続部
図２を参照すると、ヒータプレート１８には温度をモニタする熱電対５６が設けられている。ヒータプレート１８には、上方に延び且つヒータプレート上面２６の内部に接近して終端している穴５０が含まれている。この穴５０は熱電対５６の端部を受容するための案内となっており、さらにはヒータプレート１８内部にパージガス及び真空源を受容するためのアパーチャとなっている。かかる穴は、ヒータプレート上面２６に貫通孔をあけ、プラグ５１及びコネクタハウジング５３をその穴の中に延在させることにより形成されるのが好ましい。穴５１の上面はヒータプレート１８上面からわずかに窪んでいたり、或いは連続的なヒータプレート上面２６となるために研磨されたり又は配置されたりしてもよい。コネクタハウジング５３及びプラグ５１は、別個の素子又は一体の素子として形成されてもよい。熱電対５６は中実ロッドとして配置され、カバープレート４３及びスリーブ９６内の一対の整列されたアパーチャを貫通して延びて、穴５０内部でヒータプレート１８及び／又はコネクタハウジング５３の一体物(solid mass)と接触して終端している。中実ロッドの下端部は、スリーブ９６の外部に着脱可能に取り付けられたブラケット５９を含み、ヒータプレートの穴５０の所定の位置に熱電対５６を保持するようにしている。好ましくは、ブラケットが複数のねじによってスリーブ９６の外部に保持されるが、しかし、例えばクランプ又はバネクリップのような他の取り付け手段がねじに取って代わってもよい。熱電対５６は増幅器及びフィルタに結合されて温度表示や過熱防止に用いられる。空気が穴５０に存在していることを確実にするために、中実ロッドはカバープレート４３及びスリーブ９６内で整列されたアパーチャよりも直径がわずかに小さくてもよい。それゆえ、大気が熱電対５６の周りの整列されたアパーチャを通り、斯くして、ヒータプレート１８の穴５０内部にある熱電対５６の周りに存在し、ヒータプレート１８の大部分と熱電対５６との間の熱移動を増して熱電対の正確さ及び応答速度を増加させるようにすることができる。
パージ及び真空源
図３を参照すると、基板縁部保護システム３０に保護用ガスを供給するパージガス供給源が示されている。パージガス配管５２が、ヒータプレート１８内のカバープレート４３からコネクタハウジング５３まで、ステム２０を貫通して延びている。コネクタハウジング５３には、ヒータプレート１８内でパージガス及び真空孔となって効果を表す複数の孔が含まれている。パージガス孔７０はヒータプレート１８の内部において、コネクタハウジング５３内の対応する孔の内部に延びて、コネクタハウジング５３からヒータプレート１８の上面２６までパージガスを供給するようにしている。好適な基板縁部保護システムでは、図６に示されるようなヒータプレート１８の上面を通ってチャネル２２０の中へ延びた複数のパージガスアパーチャ２３４に対して開口されたマニホールド２１８に、孔７０はパージガスを供給するようにしている。
つぎに図３及び図４を参照すると、加熱配管１８の真空源が示されている。真空配管４８はステム２０を貫通して、ステムの末端下部４２上のカバープレート４３からステムの上端部４０まで通っており、しかも、ヒータプレート１８内のコネクタハウジング５３を介して、ヒータプレート１８の上面２６にある複数の各真空溝７７、７８の中に延在している複数の真空ポート７６と接続されている。真空ポート７６を提供するために、十字の孔(cross bore)７５が上面２６直下のヒータプレート１８内へ穿設され、これら十字の孔７５は全てコネクタハウジング５３内の対応する孔の中まで整列している。真空配管４８はコネクタハウジング５３内の対応する孔で終端し、斯くして真空源が真空配管４８及び溝７７、７８を介して連通される。
カバープレート４３及びスリーブ９６には、ステム２０内のパージガス配管５２及び真空配管４８の中にパージガス及び真空源を提供するために整列されたアパーチャと、さらに、熱電対５６及び加熱素子接続部材が延びるアパーチャとが含まれている。真空及びパージガス源は、スリーブ９６内の所定のアパーチャ内部のねじ継手に接続されているベローズ配管を介してスリーブ９６に提供されるのが好ましい。スリーブ９６及びカバープレート４３の接続点で真空及びパージガスの漏洩を防ぐために、真空及びパージガス源が維持される整列されたアパーチャの接続点の廻りには、環状の溝が設けられている。好適には、溝がスリーブ９６の上端部からアパーチャ出口の廻りに配置されており、Ｏ−リングシールが溝に配置されて、カバープレート４３とスリーブ９６との間のあらゆるギャップを整列されたアパーチャでシールするようにしている。ガス及び真空アパーチャをシールするためにＯ−リングを使用することは、加熱素子を電源と接続するためのブレード型コネクタ６４の使用及び熱電対として剛性ロッドの使用に関連して、スリーブ９６をステム２０から比較的簡単に取り外すことを許容する。
ヒータプレート位置決めアセンブリ
チャンバエンクロージャの内部の多数の場所にヒータプレートを配置させるためのヒータプレート位置決めアセンブリ３４には、駆動システム２２と相互接続されたステム２０が含まれている。ステム２０はヒータプレート１８の下面に接続されて、ベース１６の外方に延びて駆動システム２２と接続している。駆動システム２２にはモータ及び減速装置アセンブリが含まれており、エンクロージャ１３の下方に垂下して取り付けられ且つ適合カップリング・送りねじアセンブリ(a conformable coupling and lead screw lead screw assembly)８６には駆動ベルト８４でもって接続されている。トランスファハウジング(transfer housing)８８は送りねじアセンブリ８６上に受容されており、直線スライド９０によって上方及び下方に導かれ、且つ回転しないように保持されている。トランスファハウジング８８はステム２０の周囲に延在し、スリーブ９６側部を介して末端下部４２に取り付けられており、ステム２０及びヒータプレート１８の移動や支持を行うようにしている。モータが送りねじアセンブリ８６を動かして、ステム２０及びヒータプレート１８を移動させるようにしている。シールリング１２６がステム２０内の溝に設けられ、スリーブ９６の中にあるステム２０の下端部４２の外表面をシールするようにしている。
ヒータプレート１８は、ＣＶＤ処理に用いられる高温状態でその外縁部に沿ってたわんだり又はたるんだりすることがある。ＣＶＤ処理する高温状態で機械的な変形の恐れを低減するために、サポートスリーブ８１が設けられてヒータプレート１８を半径方向に支持している。スリーブ８１には好ましくはアルミニウムから形成される下部管状部分８３が含まれて、ステム２０上の突出部８５に受容されている。突出部８５は、例えば、ステム末端下部４２の近傍のステム２０から半径方向に突き出たスナップリングをステム２０内の溝に設けることによって、或いは、ステム２０上に環状のボスを機械加工することによって形成されてもよい。スプリング８７は、上向きバイアススリーブ８１の下部管状部分８３のベースを受容する突出部８５上に受容されている。スリーブ８１の上端部は外向きのサポートフランジ８９で終端しており、その上には高温状態でたわみに大きな耐性があるセラミックのリングであることが好ましいサポートリング９１が受容されている。フランジ８９には、内部環状アライメントボス９３と上方に延びたリップ９５とが含まれている。ボス９３はリング９１の中央アパーチャの内部に延在して、リング９１をボス９３に接して整列させるようにしている。リップ部９５上にはサポートリング９１が支持され、サポートリング９１及びスリーブ８１の間の接触面積を最小にしている。さらに、複数のアパーチャがサポートリング９１の下面に沿ってリップ９５を介して拡がっており、スリーブ８１の内部にトラップされたガスを外部に排出させるのを許容している。サポートリング９１はスプリング８７上方へのバイアスによってヒータプレート１８の下部リング２１を押さえ、且つ接触して維持される。セラミックは上に述べた高温処理温度で強度を失わず、したがって、リング９１はゆがむことなくヒータプレート１８を支持する。
ステム２０を保護し且つ真空を維持するために、シュラウド９４がステム２０の周囲においてチャンバベース１６の下面から下方に延び、スリーブ９６下端部で終端している。アパーチャ１００の下方に延在しているシュラウド９４とステム２０の外部表面とによって、それらの間に環状部分(annulus)１２７が形成されている。環状部分１２７はアパーチャ１００を介してエンクロージャ１３の内部と連通し、したがって、エンクロージャ１３と同じ真空圧力で維持される。シュラウド９４には、ステム２０の外周面を取り囲む領域を大気と分離して封止するための一対のベローズ９８、９９とトランスファリング１０２とが含まれている。各ベローズ９８、９９はサポートリング１０６ａ〜ｄで終端している。各サポートリング１０６ａ〜ｄは、外方に突出した支持部分１１２を含むほぼ直円筒の(right circular)部材である。サポートリング１０６ａ〜ｃ上において、シールリングは支持部分１１２を突出した状態で配設され、環状部分１２７をサポートリング１０６ａ〜ｃにおいて封止するようにしている。環状部分１２７の下端部は、スリーブ９６とトランスファハウジング８８とが相互接続されることによって封止されている。ステム末端下部４２に配設されているシールリング１２６によって、スリーブ９６に接してステム２０のベースが封止されており、このため、大気と分離して環状部分１２７を封止するのが完全になる。
基板がチャンバ１０内で処理されるときには、揮発性の反応ガスがエンクロージャ１３の底部、それからアパーチャ１００を通って下方に移動し、そしてベローズ９８、９９、トランスファーリング１０２及びサポートリング１０６ａ〜ｄと接触するようになる。基板処理中にヒータプレート１８を加熱する電気抵抗加熱素子によって発生した熱は、ステム２０を介して伝導してベローズ９８、９９、サポートリング１０６ａ〜ｄ、駆動システム２２及びトランスファリング１０２を加熱する。ステム２０によって放射及び伝導された熱により、反応性ガスがあることも関連して、サポートリング１０６ａ〜ｄ、トランスファリング１０２及びベローズ９８、９９にとって腐食性の環境が作り出される。
チャンバコンポーネント保護システム
ヒータプレート１８内部の加熱素子によってステム２０が加熱されるのを減じるために、ステム２０は単一の材料、好ましくは５０８６又は５０８３アルミニウムのようなアルミニウム合金から作成され、また、ヒータプレート１８は純アルミニウム、好ましくは１１００アルミニウム又は99％のＡｌ及び0.05％以下のＭｇを有する他のアルミニウム材料から作成される。１１００アルミニウム材料はＣＶＤ環境で使用可能であり、陽極処理がなされる必要はない。好ましくは、ステム２０のアルミニウム材料がヒータプレート１８より小さい熱伝導率を有し、したがって、純アルミニウムのステム程効率的にはヒータプレート１８から熱を伝導しないことになる。さらに、減じられた断面積形状で好ましくは長さ４インチ（１０１．６ｍｍ）の熱抑制部分(heat choke portion)４４が、ヒータプレート１８近傍のステム２０上に設けられており、それによって十分な温度勾配がヒータプレート１８とステム２０の末端下部との間に形成されてもよく、また、バイトン（登録商標）材のような低コストのフロロエラストマー(flouroelastomer)材がシール１２６に使用されてもよい。
熱抑制部分４４を通過してステム２０の下方に移動する熱により、場合によって上昇するエンクロージャ１３下方のコンポーネントの温度を減じるために、また、修理(servicing)が必要となるときにアセンブリ全体の温度を急速に減じるために、スリーブ９６の内部に設けられた冷却通路に水が供給されてもよい。或いは、ウォータジャケットがスリーブ９６の周囲、又はトランスファケース８８及びトランスファリング１０２の周囲に配置されて、基板２４の処理中及び処理後にこれらコンポーネントを冷却するのを助けるようにしてもよい。さらに、冷却ファンがコンポーネントの全面を通風させるために使用されて、そこからの熱移動を増加させてもよい。
ステム２０及びシュラウド９４の周りの環状部分１２７内へ反応ガスが移入するのを制限するために、さらに、スリーブ９６にはスリーブ９６と下部サポートリング１０６ｄとの境界に形成されたパージガスマニホールド９７が含まれ、その内部へ例えばアルゴンのようなパージガスの供給がなされるようにしてもよい。パージガスはマニホールド９７の外方に向かい、そしてマニホールド９７の周りに配置された好ましくは８個から１２個の複数の孔から、さらに環状部分１２７を通って上方に流れて、反応ガスがアパーチャ１００を通って環状部分１２７内部へ進入するのを阻むようにガスバリアを保持するようにしている。マニホールド９７を通るパージガスの流れは、環状部分１２７の上方に層状のプラグ流れ(plug flow)を維持できる流量で維持されるのが好ましい。これらの条件を保つことによって、反応ガスのアパーチャ１００の下方への拡散は実質的に排除されるであろう。さらに、処理中には、パージガスはアパーチャ１００の上方及びヒータプレート１８の外縁部の周囲を通過して、反応ガスがヒータプレート１８の側面の周りにおいて下方へ通過するのを最小にしている。このため、チャンバの構成部品の内部表面に到達する反応ガスの総量は減じられ、これら表面上に生じる可能性のある望ましくない材料堆積物の総量が減るようになる。
基板位置決めアセンブリ
ステム２０はエンクロージャ１３のベース１６内のアパーチャ１００を通って上下に移動して、基板２４を受容するヒータプレート１８を動かし、また処理後には、基板２４がロボットブレードによってエンクロージャ１３から取り出し可能な位置にヒータプレート１８を移動させるようにしている。ヒータプレート１８の上方の位置において基板２４が選択的に支持されるよう、基板位置決めアセンブリ１４０にはヒータプレート１８に対して移動する複数の支持ピン２５が含まれて、エンクロージャ１３に配置されたり又はエンクロージャ１３から取り出されたりする基板２４が所定の位置で支持されるようにしている。支持ピン２５は、ヒータプレート１８を貫通して鉛直方向に配設された穴１３０のスリーブ内に受容されている。各ピン２５には円柱状シャフト１３２が含まれており、シャフト１３２の外部拡張部分として形成された下部球状部分１３４と上部の欠落した円錐状の頭部１３６とで終端している。穴１３０には、拡大した頭部１３６を受容するように形成された上方皿部(an upper countersunk portion)１３８が含まれて、ピン２５がヒータプレート１８の内へ十分に受容されるときに、頭部１３６がヒータプレート１８の表面の上方に延びていないようにしている。
ところで図２及び図３を参照すると、ヒータプレート１８がエンクロージャ１３の内部で動くときには、支持ピン２５がヒータプレート１８と部分的には連動して、また部分的には独立して動く。指示ピン２５はロボットブレードが基板２４をエンクロージャ１３から取り出すのを許容するために、ヒータプレート１８から延びていなければならないが、処理中にはヒータプレート１８の上面２６に基板２４を配置させるため、ヒータプレート１８の内部へ沈むことをも要する。かかる位置決めを行うために、基板位置決めアセンブリ１４０が設けられており、エンクロージャ１３内の上方に通常バイアスされるが、ステム２０によってエンクロージャ１３内の下方にヒータプレート１８が動くときには下方に動くこともできる。
基板位置決めアセンブリ１４０には、支持ピン２５の下部球状部分１３４と係合するように配置された環状のピンサポート１４２と、チャンバ内部のヒータプレート１８の位置によって支持ピン２５と選択的に係合するようにピンサポート１４２を配置させる駆動部材１４４とが含まれている。ピンサポート１４２には、好ましくはセラミックから形成され、ヒータプレート１８の下面に拡がって支持ピン２５の下部球状部分１３４と係合する上部ピンサポートリング１４６と、アパーチャ１００を通ってピンサポートリング１４６から下方に延びているスリーブ部分１５０とが含まれている。トランスファリング１０２はステム２０の周囲に環状に配設され且つスライド９０に固定されて、回転を防止するようにしている。
スリーブ部分１５０には、下部円筒部分１４９と、ピンサポート１４６の受容及び支持をして外向きに延びているラジアルサポート１５１とが含まれている。ラジアルサポート１５１には、環状のピンサポート１４６の内径と整列する環状のアライメント壁１５３を有するほぼ平坦な上面と、ピンサポートリング１４６の下面を支持する上向き支持の複数のサポートリブ１５５とが含まれている。チャンバ１０の操作中には、ガスが円筒形部分１４９の内部に沿ってトラップされる状態になり、このため、チャンバコンポーネント部品が損害を受ける可能性がある。かかるガスを取り除くために、複数のギャップ１５７がサポートリブ１５５に隣接して形成され、また、複数の孔１５９が下部円筒形部分１４９を貫通して形成されている。孔１５９及びギャップ１５７によって、スリーブ１５０の内部から外部へのガスの自由な流れが許容される。
ピン駆動部材１４４がエンクロージャ１３の下面に配置され、ヒータプレート１８に対するスリーブ部分１５０の動きを制御しており、それゆえ、ピン駆動部材１４４には、トランスファリング１０２及びスリーブ部分１５０に上向きの偏倚を与えるトランスファリング１０２に接続されて、ピンサポートリング１４６を上向きに偏倚させてヒータプレート１８を貫通した支持ピン２５を上方に押して動かすスリーブ部分１５０と、ヒータプレート１８がエンクロージャ１３内で下方に予め選択された距離を動いた後において、取り付けられたスリーブ部分１５０及びピンサポートリング１４６が下方に移動するよう、スリーブ１５０と選択的に係合可能なステム２０上のスナップリングないしは突出部８４とが含まれている。ばねアセンブリ１５６には、スロット１６０を有するハウジング１５８が含まれて、アパーチャ１００に近接したエンクロージャ１３の下面に取り付けられている。ばね付きのつめ(spring-loaded finger)１５４がスロット１６０を貫通して延びている。つめ１５４はトランスファリング１０２に固定して接続されており、したがって、それに取り付けられたスリーブ１５０が上方に偏倚される。ハウジング１５８の上端部はつめ１５４が上方に移動するのを制限している。さらに、トランスファーリング１０２が、内向きフランジ１７３で終端して下方に延びる管状部分を含むサポートリング１０６ｃに固定して接続されている。ステム２０が下方に移動するときにおいて、ステム２０上でスリーブ８１を支持する突出部８５はフランジ１７３にも係合可能である。
ヒータプレート１８が処理中にエンクロージャ１３の中で十分に上方へ延在したとき、つめ１５４はハウジング１５８の上端部に逆らって十分に動作しており、ピンサポートリング１４６は、支持ピン２５の下部球状部分１３４が離れて配置されるようにヒータプレート１８の下方に配設される。処理が完了したときには、ステム２０が下方に移動して、ヒータプレート１８をエンクロージャ１３内の下方に動かすようにしている。この動きが継続しているとき、ピンの下部球状部分１３４はピンサポートリング１４６と係合する。かかる位置では、つめ１５４はハウジング１５８の頂部に逆らって偏倚されており、また、それに結合されたつめ１５４及びピンサポートリング１４６は静止した状態にある。したがって、いったん下部球状部分１３４がピンサポートリング１４６に係合すると、支持ピン２５は静止した状態になり、ヒータプレート１８は下方に移動し続けているけれども、チャンバ内部の静止した位置で基板２４を支持する。ヒータプレート１８が予め選択された分量を移動した後には、ステム２０上の突出部８５がフランジ１７３と係合しており、これによって、ステム２０がスリーブ１５０に対して固定してヒータプレート１８及びピンサポートリング１４６が一体になって下方に移動するようになる。いったん突出部８５がフランジ１７３と係合すると、支持ピン２５がヒータプレート１８に対して静止した状態になり、両機素がエンクロージャ１３内の下方に移動する。いったん支持ピン２５上に取り付けられたヒータプレート１８及び基板２４が適切な位置にあれば、ロボットブレードがスリットバルブ１１を通って入り込み、基板２４を取り出して、新しい基板２４を支持ピン２５上に配置する。それから、ステム２０が移動してスリーブ１５０及びヒータプレート１８を上方に動かす。つめ１５４がハウジング１５８の頂部と係合するときに、スリーブ１５０は静止し、一方、ステム２０が上方に動き続けると、突出部８５はフランジ１７３を離れて移動して、したがって、ヒータプレート１８の一連の動きは支持ピン２５をその内部に沈めて、処理のために基板２４を配置するようにしている。支持ピン２５をヒータプレート１８と一部は連動して、一部は独立して動かすことにより、支持ピンの全長が最小になり、また、処理中にヒータプレート１８及びサポートリング９１の下側に露出されたピンシャフト１３２の長さは、基板２４がロボットブレードによって操作されて支持ピン２５からの着脱するときに配置されるヒータプレート１８からの距離と等しい。斯くして、支持ピン２５の最小表面積が処理中には露出し、それゆえ、支持ピンに生じる堆積物は最小となるだろう。
真空把持システム
図２及び図４を参照すると、本発明にかかる真空把持機構が示されている。ヒータプレート１８の上面２６は、複数のラジアル溝７７と交差する同心の複数の溝７８を含んでいる。好ましくは１つのラジアル溝７７当たり３個の真空ポート７６が配設されて、各ラジアル溝７７のベース及びヒータプレート１８内に配設された環状の真空マニホールド７５の間を連通している。真空配管４８はマニホールド７５と連通して真空状態にしている。
真空ポート７６及び溝７７、７８は基板２４の下で低圧環境を提供して、ヒータプレート上部２６と接して基板２４を押さえている。処理中には、エンクロージャ１３が約８０Torrで維持され得る。処理中にヒータプレート上面２６に基板を密着させるためには、真空配管４８を介して、ゆえにポート７６を通って溝７７、７８まで、１．５Torrから６０Torrまでの真空が排気してなされている。溝７７、７８及びエンクロージャ１３の間にある２０Torrから７８Torrまでの圧力差によって、基板２４がヒータプレート上面２６に密着して、ヒータプレート１８から基板２４への熱移動を増加させるようにしている。処理後には、溝７７、７８には、エンクロージャ１３に付与されたものよりも低い圧力が維持されて、基板２４をヒータプレート上面２６に固定して密着させてもよい。かかる場合には、基板がヒータプレート１８から無理に取り出されるときに、支持ピン２５により基板が割れる可能性がある。溝７７、７８に生じる圧力とエンクロージャ１３に生じる圧力とを等しくするために、バイパス配管が真空配管４８の導入口及びチャンバスリットバルブ１１の間に設けられていてもよい。ヒータプレートが動いて基板２４をチャンバ１０から取り出すときには、バイパス配管が開放されて溝７７、７８及びエンクロージャ１３の間を連通させるようにしている。さらに、ヒータプレート上面２６には、その外周の近傍に配置された単一或いは複数の溝が設けられてもよく、これらの溝は真空源に接続されていない。これらの溝により、基板２４及びヒータプレートの間の接触面積が減じられ、基板縁部２７への熱移動、斯くして基板縁部２７に堆積された膜の厚さを減らす。
基板の連続処理中には、チャンバコンポーネントに関して、基板２４がかなりミスアライメントする可能性があること、ヒータプレート上面２６に対して基板２４が傾く可能性があることが見出されている。さらに、基板２４は割れたり、たわんだりする可能性もある。各場合において、基板２４の連続式処理により、処理ガスがヒータプレート１８の保全に影響を及ぼすかもしれないヒータプレート１８の内部領域に触れたままにされ、粒子を作り出したり又は基板の割れた部分をチャンバ内部で遊離させる可能性がある。かかる場合には、チャンバの損傷が生じる前に直ちに処理をやめて基板２４を取り除くのが望ましい。基板２４がミスアライメントしたり、割れたり又はたわんだりした状態において、ヒータプレート１８の溝７７、７８における真空圧力を維持する真空ポンプの入口の真空圧力が、適切に配置された平坦で完全な基板がヒータプレート１８上にあるときに与えられるものから変化することが見出されている。圧力検出器４９が真空ポンプの吸い込み口の真空配管に配置されており、割れたり、たわんだり又はミスアライメントした基板を真空圧力が表示するときには、チャンバの運転を停止させる中断用コントローラに信号が伝送されるようになっている。基板２４がヒータプレート１８上に適切に受容され、エンクロージャが約８０Torrに維持されているときには、真空ポンプ吸い込み口、ゆえに検出器４９の圧力が１Torrから２Torrになるであろう。実質的にミスアライメントであったり、割れていたり又は実質的にたわんでいたりした基板が上面２６に受容される場合には、検出器４９の圧力は５Torr以下に達するだろう。割れた基板の場合、圧力は１０Torrからチャンバの圧力までの範囲に及ぶだろう。
基板縁部保護システム
さて図５及び図６を参照すると、基板縁部保護システムの好適な実施形態が示されている。基板がヒータプレート３０の上面２６に配置されるときに、基板縁部保護システム３０が基板の周囲を通るガスを提供して、基板のかかる領域の上における材料堆積を防止している。基板２４には周囲に延在している周縁部２７があり、上側テーパ面１７、下側テーパ面１９、及びほぼ平坦な中間環状部分２１を含んでいる。基板２４の縁部２７や下面の遊離堆積物の除去により引き起こされる基板２４の欠損が生じるのを制限し、しかし同時に基板２４から作り出される多くの有用なチップ(die)を最大にするために、堆積層が基板の縁部２７まで平らに堆積されるべきであるが、基板の下面、下側テーパ面１９、又は平坦部分２１には見出されるべきではなく、そのようなところではそれが他の材料と接触して除去されるようにすることができる。本発明にかかる基板端部保護システム３０には、この要件が述べられている。
図６を参照すると、ヒータプレート１８の上面２６が、一体式パージガスチャネル２２０を設けるように形成されており、基板２４の全周縁にパージガスを比較的コンスタントに供給するようにしている。パージガスチャネル２２０を設けるために、ヒータプレート上面２６は、平坦な環状起立部となって上面２６より上に0.002インチ(0.0508mm)〜0.005インチ(0.127mm)の位置に配設される上方に突出したガイド受容部分２２２で終端している。パージガスチャネル２２０は、上面２６及びガイド受容部分２２２の内周縁部のベースの境界において内部に延びた溝として形成され、上面２６から約１３５°の角度で配設されている。複数のパージガスの孔２３４は、パージガスチャネルの内部終端とパージガスマニホールド２１８との間に配設され、また、ヒータプレート１８の周りに周方向に等間隔に配置されて、マニホールド２１８からチャネル２２０の中にパージガスを供給するようにしている。孔２３４の数は、基板縁部２７及びチャネル２２０の底部の間の所期の距離に依存する。孔２３４の入口点からチャネル２２０内へ向かって基板縁部２７まで至る距離が0.06インチ(1.524mm)である場合、孔の数は約２４０個である。孔２３４の開口部からウェハ縁部２７までの距離が増加するにつれて、パージガスのコンスタントな流れを基板縁部２７に供給するのに必要な孔の数は減少する。孔２３４の開口部から基板縁部２７までの距離が２倍になった場合、孔２３４の数はおおよそ半減する。
再び図５及び図６を参照すると、処理中に基板縁部２７がチャンネル２２０に隣接して正確に配置されるために、好適な基板アライメント部材３２には、チャンネル２２０に近接してガイド受容部分２２２上に配設された複数のセラミック製のガイドピン２２４が含まれている。各ピン２２４には鉛直方向から約１２度でテーパを付けた前部(front portion)２２６が含まれている。前部２２６にはテーパ側部２２８とほぼ平坦な拡張中央部分２３０とが含まれており、中央部分２３０がテーパ側部２２８よりさらにヒータプレート上面２６の内方に延在するようになっている。中央部分２３０は、ガイド受容部分２２２の内方に且つパージガスチャネル２２０の上方に延在している。さらに、各ピン２２４には後方に延在する据え付け用タブ(mounting tab)が含まれ、ボルトを受容する一対の孔を含んでガイド受容部分２２２にピン２２４が固定されるようにしている。
基板２４がヒータプレート１８の中央に正確に位置合わせされるときに、ガイドピン２２４の拡張中央部分２３０が基板の平坦な中間環状部分２１から約１０００分の５(0.127mm)〜１０００分の７インチ(0.1778mm)のところに配設されるよう、ガイドピン２２４がヒータプレート１８に配置されている。したがって、基板２４が正確に位置合わせされている場合には、全てのピン２２４と接触することなく上面２６と接触するようになるであろう。しかしながら、大部分の基板にはわずかな量だけ心ずれがあって、ロボットブレードが必ずしも正確に基板２４を上面２６の中心に位置合わせしない。かかる場合には、基板２４の下側テーパ面１９及び平坦な中間環状部分２１がガイドピン２２４の拡張中央部分２３０と少なくとも１つ係合し、ガイドピン２２４が上面２６の所定位置に基板２４を整列させて、縁部２７がパージガスチャネル２２０を実質的に塞ぐことがないようにしている。基板２４をガイドピン２２４でもって配置させることによって、位置合わせ機構と接する基板２４の唯一の部分は、ガイドピンの中央部分２３０と接触する縁部２７のうちの僅小な部分である。中央部分２３０がパージガスチャネル２２０から半径方向内側に延在しているので、基板縁部２７はチャンネル２２０とはわずかな距離だけ離れて配置されることとなり、中央部分２３０と接触する基板２４の接触領域の各側に対する基板２４の領域は、パージガスの連続的な供給を受けるであろう。好適な実施形態ではパージガスが基板縁部に供給されているけれども、詳細には、本発明がマスキングガスとしてパージガスだけでなく反応ガスを使用するのを意図している。必要ならば、Ｈ₂のような反応性の種を反応ガスに加えることによって、基板縁部の堆積が選択的に増加してもよい。
はじめに基板２４がヒータプレート１８に受容されるとき、温度はヒータプレート１８の温度よりもかなり低くくてもよい。いったん基板２４がヒータプレート１８と接触するようになると、熱が基板に移動して処理温度までその温度を上げる。この温度の増加によって基板の熱膨張が生じ、その縁部２７がアライメントピン２２４を押圧することがある。さらに、溝７７、７８に形成された真空によって、基板２４がヒータプレート１８の上面２６に密着して、基板２４の縁部２７がピン２２４に対して圧縮性の負荷を受けるようになる。この負荷の結果として、基板２４がアライメントピン２２４と接触するところで、割れたり、或いは欠けたりする可能性がある。基板縁部２７における欠損又は割れが生じるのを最小にするため、基板２４が加熱される一定期間にはチャンバコントローラが真空溝７７、７８内ではチャンバ圧力を維持して、それから、基板２４を一定温度にした後には溝７７、７８を介して真空引きするようにプログラムされている。基板２４より下方ではチャンバ圧力が存在することによって、基板２４がアライメントピン２２４と接触する部位から離れて膨張するのが許容され、したがって、局所的な圧縮応力が減り、また基板縁部２７での圧縮による割れ又は欠損の発生率が減る。さらに、基板２４が上面２６に受容されているときにはパージガスが真空溝７７、７８を通して逆流させ(backflush)、ガイドピン２２４が基板２４を所定位置に案内する際に基板２４を位置決めしたり及び支持ピン２５に対する基板２４の摩擦的な固着(frictional adhesion)を減じたりするのを助けるようにしてもよく、又は、基板２４が熱膨張するときにはガスを溝７７、７８を通して逆流させ、ヒータプレート上面２６に受容されているときに基板２４をピン２２４から離れる方向に膨張するのを可能とするようにしてもよい。
他の基板保護システム
さて図３及び主として図７を参照すると、本発明にかかる基板縁部保護システム３０の他の実施形態が示されている。基板縁部保護システム３０の他の実施形態には、好ましくはアルミナ又はＡｌＮから製造されるリング１９０が含まれており、エンクロージャ１３内のヒータプレート１８の上方においてリングガイド１９２に取り付けられて、ヒータプレート１８との選択的な係合がなされるようにしている（図３）。ヒータプレート１８がエンクロージャ１３内では上方に動くとき、それがリングガイド１９２を通ってリング１９０を受容するようにしている。ヒータプレート１８には、リング１９０を受容するその外周縁の周りにリング棚部１９４が含まれている。リング１９０には環状体部分１９６が含まれて、本体１９６の薄肉延長部として形成されて半径方向内向きに突出しているシールド部分１９８と、リングガイド１９２に受容されるように外縁から延びる突出支援リップ(projectin support lip)２００とを有している。シールド部分１９８がヒータプレート１８に受容されるときには基板の上部に覆いかぶさっているが、接触していない。
ヒータプレート１８のリング棚部１９４には、ヒータプレート１８の上面２６の下方で外縁部に沿って半径方向外向きに延びる環状の平坦部分２０２を含む外側環状凹部が形成されており、内部には周方向の溝１８４を複数有している。当該溝１８４によって、リング体１９６及びヒータプレート１８の間の接触面積が減じられ、それゆえに、リング１９０がヒータプレート１８上に受容されているとき、又は環状の凹部１９４及びリング１９０がヒータプレート１８或いはリング１９０の温度変化から膨張したり、接触したりするときにおいて、出現する粒子の発生率が減じられる。平坦部２０２は、開口したパージガスチャネル２０６におけるヒータプレート１８の上面２６との境界部分で終端している。パージガスチャネル２０６はヒータプレート１８の周方向に配設されており、本体１９６の内側縁部、シールド部分１９８の下面、基板の外縁部２７、及びヒータ上面２６と環状の凹部１９４との間に延在する環状凹部２０１の内縁部と結合して、パージガスチャンバ２１０が形成されている。パージガスの複数の孔２１２は、パージガスチャンバ２１０内へ延び、且つ、ヒータプレート１８内部でステム２０を通って延びるパージガス配管５２によって提供される孔７０に接続されて、基板２４の周縁を囲んだパージガスチャンバ内へアルゴンのようなパージガスを供給するようにしている。
ヒータプレート１８がエンクロージャ１３内上方に移動してパージリング１９０を受容するとき、ヒータプレート１８及びリング１９０の間のミスアライメントが存在する可能性がある。このミスアライメントは、もし注意されないままとすると、シールド部分１９８下方のリング１９０の内縁部を棚部１９４の縁部２０１と係合させ、汚染性の粒子を発生させるおそれがある。この問題に取り組むため、複数のガイドバンパ２０３が縁部２０１に設けられており、大きなミスアライメントがリング１９０及びヒータプレート１８の間に存在しているときに、リング１９０をヒータ１８に係合させるための特定の場所を提供するよう、当該バンパは縁部２０１から外向きに延びている。各バンパ２０３には、縁部２０１の壁に受容される植込みボルト部２０５と、バンパの一部をなしてリング１９０と係合する一般的に球状の頭部２０７とが含まれている。頭部２０７及びリング１９０は同一の材料、例えばアルミナをベースとする材料から製造されるのが好ましい。さらに、バンパの球状頭部２０７はリング１９０の縁部がバンパ２０３と点接触するのを考慮しており、このため、接触が生じる場合には潜在的に汚染性の粒子を作り出す可能性のあるバンパ２０３及びリング１９０の接触面積が減じられる。
リング１９０が基板２４に受容されることによって、さらにミスアライメントが起こる可能性がある。このミスアライメントに対処するために、他の基板アライメント部材３２は、周囲を取り囲んだシールド部分１９８下方のリング１９０の縁部に設けられた複数のウェブ(web)２９０（１つのみ図示）を含み、基板２４の外縁部と係合するようにしている。ウェブ２９０はリング１９０の底部から上部まで面取りされており、斯くして、ヒータプレート１８がリング１９０を介して基板２４を押し上げるときに、ウェブ２９０は基板２４の外縁部と係合するようになる。基板２４及びリングが十分に位置ずれしている場合に、ウェブはリング１９０に対して基板２４を動かし、基板２４をリング１９０内部の中央に置くようにしている。一方、パージガスが真空溝７７、７８を通って上方に通過してもよく、或いはチャンバの圧力がその内部で維持されて、基板２４及びヒータプレート上面２６の間の摩擦抵抗を減らして基板２４のアライメントを容易にしてもよい。
基板２４の上部とリップ１９２の下面とのギャップは１０００分の１インチ(0.0254mm)から最大１０００分の１５インチ(0.381mm)までのオーダーである。さらに、ウェブ２９０に接近したリング１９０の側面から基板の縁部までの距離は、大体１０００分の２インチ(0.0508mm)から１０００分の５インチ(0.127mm)まででよい。アルゴン又は他のパージガスが孔２１２を通って供給されて、パージガスチャンバ２１０内の圧力をエンクロージャ１３内の周囲圧力を上回って維持するようにしており、したがって、パージガスの比較的コンスタントな流れが処理中に基板の上縁部を通って維持されて、反応ガスを基板２４の縁部２７に接するようにするのを制限するようにしてもよい。ウェブ２９０は基板２４及びリング１９０の位置決めをして、リング１９０の内面及び基板２４の縁部２７の間の公称ギャップを、ウェブ２９０が基板と接触するところを除いて、リング１９０の内周全体にわたって４２mils(1.0668mm)から４５mils(1.143mm)までに維持するようにしている。これによって、孔２１２から吹き出して、基板２４と覆いかぶさっているシールド部分１９８との間のギャップを通るパージガスの十分に連続的で均衡のとれた流れが確保される。かかる周囲における流れの領域が整合していることが重要であって、その理由としては、基板２４、ヒータプレート１８及びリング１９０の位置ずれにより引き起こされるパージガスの流れのかなり著しい局所的な抑制が、シールド部分１９８及び基板２４の間のギャップを通る不均衡な流れに帰着して、基板２４縁部の周りに不均一な堆積層を作り出すからである。パージリング１９０は基板縁部の偏差を最小にするために形成されているが、基板２４の上縁部においてリング１９０によってマスキングすることは、無反応のパージガスと組み合わせて、マスクされた部分に達する反応ガスの量を制限し、したがって、堆積層は基板２４のマスクされていない部分に堆積されるものよりもさらに薄くなり得る。Ｈ₂のような反応ガスをアルゴンのような不活性ガスと一緒に導入することにより、基板２４のマスクされた部分の近傍の基板２４上において堆積物が増加し、このため、結果としてマスクされた部分に近接又は接近した層は、基板２４の他の部分に堆積された層と実質的に同一となることが見出されている。Ｈ₂はパージガス配管の中に導入されて孔２１２を通って導かれるようにして、基板２４のマスクされた部分の接近した堆積層が増加するようにしてもよい。
チャンバ排気システム
今一度、図２及び図３を参照すると、本発明にかかる改良型排気システム３００が示されている。チャンバ１０の上部１２には、チャンバ４０の排気ポートに導く従来技術のマニホールド２３が含まれている。排気ポートを通る吸い込みは排気されるチャンバガスをエンクロージャの外に引いて、エンクロージャ１３内の適切な処理環境を維持するようにしている。マニホールド２３は上部１４の実質的に周囲に延在しているが、壁１６をスリットバルブ１１が貫通するところにギャップが残っている。このギャップにより、エンクロージャ１１の至る所において不均衡な排気が、したがって、不均一なチャンバ処理ガスが作り出される。本発明によれば、ポンピングプレート３０８が、複数のアパーチャ２９が等間隔に配置された状態で、マニホールド２３の上に取り付けられている。かかるアパーチャ２９は約３０度ずつ離れて配置され、アパーチャ２９はギャップに接近したマニホールド２３の各端部に配置されている。ポンピングプレート３０８内で等間隔に配置されたアパーチャにより、用いられるチャンバ処理材料の均一な排気が作り出され、基板２４に均一な堆積層を作り出すようになる。
結論
本発明にかかる上述の実施形態は、基板上により均一な材料堆積層を製造し、また同時に処理中には粒子の発生率を減じるＣＶＤチャンバを提供している。処理中に基板に接触するシャドーリングを省き、そしてその代わりに、処理中には基板縁部の周りにパージガスという一様なさやを作り出すことによって、基板から作成されるチップの全体の歩留まりは、基板縁部の局所的な温度変化を減じることによって、またシャドーリングにより作り出される基板のマスクされた縁部を省くことによって増加する。さらに、エンクロージャ１３から反応した生成物の均一な排気を生じさせることによって、堆積物の均一性は増加する。
さらに、改良型ＣＶＤチャンバの構成によって、粒子の発生が減少するようになる。ヒータプレート１８上面２６での基板２４の摩擦は減じられるが、基板２４が受容されるときに基板２４及びヒータプレート１８の摩擦固着を減らすこと、シャドーリング及び基板２４の間の接触を省くこと、及びチャンバコンポーネントに被られる堆積物の量を減らすことによる。
本発明に関して特定の材料が述べられた使用されたけれども、当業者ならば本発明のコンポーネントの材料及び配置は本発明の範囲から逸脱することなく変えてもよいことを認識するであろう。さらに、本発明はＣＶＤチャンバの使用について記載されているけれども、本明細書のコンポーネントはプラズマによる堆積や他のプロセスでの使用に関して同等に適用される。

Claims (3)

1. 基板処理チャンバ(１０)の中で基板(２４)を支持するための装置であって、
   基板受容面及び反対面(２１)を有する第１のプレート(１８)と、
   前記チャンバ(１０)の中で基板(２４)の処理中に前記第１のプレートの前記反対面に接した状態で受容され、高温状態でたわみに対し大きな耐性がある第２のプレート(９１)と、
   前記第１のプレートの前記反対面に接続され前記第２のプレートにより囲まれたステム(２０)と、
   管状部分を備え、前記ステム(２０)の周囲に配設され、前記ステム(２０)に接続可能な第１の端部及び前記第２のプレート(９１)に接続された第２の端部を有するサポートスリーブ(８１)と、
   前記ステム(２０)と前記サポートスリーブ(８１)の間に配設され、上記ステム(２０)から半径方向に突き出た突出部(８５)上に受容され、前記サポートスリーブに対し平行に伸びたスプリングであって、前記サポートスリーブ(８１)の第１端部と前記突出部(８５)とを接続する、前記スプリングと、
   を含む、前記装置。
2. 前記第２のプレート(９１)はセラミック製である、請求項１に記載の装置。
3. 前記サポートスリーブ(８１)はアルミニウム製である、請求項２に記載の装置。

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