JP4615659B2 - 組合せクランプリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理に関する。より詳細には、本発明は、処理チャンバ内でワークピースまたは基板を固定するクランプリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路その他の電子デバイスの製造では、誘電体、導体、および半導体材料の多重層が堆積されて基板の表面からエッチングされる。通常、基板は真空処理チャンバ内に配置され、そこで、プラズマ反応が行なわれて基板上に材料を堆積させるか、基板から材料をエッチングする。処理中に基板のエッジを保護するためと、基板を支持部材に固定するために、クランプリングを使って処理中に基板のエッジを接触させることがある。長時間の作業の後、通常は数百時間で、クランプリングの上面がエッチングプロセスによって浸食されたり、堆積プロセスで堆積材料を集積する場合がある。その結果、クランプリングを交換しなければならない。
【０００３】
図１は、この分野で使用されるクランプリングの一つのタイプの斜視図である。クランプリング１００は一般に、エッチングプロセスで処理チャンバの各部を保護する下方に延びるフランジ１０２を含む。クランプリングは、処理チャンバ内でペデスタルなどの支持部材の上に配置される基板２４のエッジと係合する別名「フィンガー」として知られるタブ１０４も含む。タブ１０４はクランプリングの半径方向内方に延びて、処理中の基板を保持するために使用される。クランプリングは、孔１０８と穴ぐり１０６とを通してねじなどのファスナを挿入することによって、チャンバ内のリフト機構に取り付けられる。キャップ１１０を使ってファスナを覆ってエッチングプロセスからファスナを保護するようにしてもよい。クランプリングの上面１１２は主としてエッチングプロセスに曝され、連続的使用によって浸食して、結局は交換しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
残念ながら、プロセスによっては、クランプリングが製作される素材は非常に高価である。一例として、ＶＥＳＰＥＬ（登録商標）クランプリングがいくつかのエッチングプロセスで通常的に使用される。そのクランプリングはシールド用およびクランプ用部分ばかりでなく、クランプリング用サポートおよび／またはシールドとして働く環状リング部分も含む。難しい機械加工もクランプリングのコストを高くする。
【０００５】
従って、交換容易で、難しい機械加工を必要としないクランプリングに対するニーズが存在する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子デバイス製作におけるプラズマ支援その他のプロセスで使用可能で、エッチングまたは堆積プロセスでの使用に特に適した多ピースクランプリングを提供する。クランプリングは、通常はエッチングプロセスで消費されるか堆積プロセスでは堆積材料で覆われる上部シールド部分と、再使用可能な上部シールド部分によって保護される下部リング部分とを含む。上部シールド部分は下部シールド部分をエッチングプロセスから保護する。上部シールド部分はチャンバ部材に固定されて、エッチングプロセス中の基板との位置合わせを保つようになっている。下部リング部分は移動可能で、それ自体を上部シールド部分と位置合わせできるようになっているか、上部シールド部分と取り外し可能に締付けできるようになっている。
【０００７】
一局面では、本発明は、Ｕ字形の環状下部リング部分と、処理中に当接状態で当該下部リング部分を受けるようにした環状上部シールド部分とを有する、処理チャンバ内で使用される多ピース消耗クランプリングを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の上述の特長利点、および目的を達成するとともに詳しく理解できるように、添付の図面で示すその実施態様を参照して、上記に簡単に要約した発明の、より詳細な説明を行なうものである。
【０００９】
しかしながら、添付の図面はもっぱら本発明の典型的な実施態様を図示するもので、本発明の範囲を制限すると見做すべきでないことは言うまでもない。というのも、本発明は他の同様に有効な実施態様を認める可能性があるからである。
【００１０】
本発明は、電子デバイス製作におけるプラズマ支援その他のプロセスで使用可能で、エッチングまたは堆積プロセスでの使用に特に適した多ピースクランプリングを提供する。クランプリングは、通常はエッチングプロセスで消費される上部シールド部分と、再使用可能な上部シールド部分によって保護される下部リング部分とを含む。上部シールド部分は下部シールド部分をエッチングプロセスから保護する。上部シールド部分はチャンバ部材に固定されて、エッチングプロセス中の基板との位置合わせを保つようになっている。下部リング部分は移動可能で、それ自体を上部シールド部分と位置合わせできるようになっているか、上部シールド部分と取り外し可能に締付けできるようになっている。言うまでもなく、本発明のクランプリングは、エッチングと堆積の両プロセスを含むいくつものチャンバとプロセスで有利に使用できる。エッチングと堆積プロセスはエッチングチャンバ、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバその他の、デバイスの製造に使用する処理チャンバを含む。リングの中には、基板を定位置にクランプするものもあれば、基板を通常は基板エッジの位置でシールドするか、基板に対する「シャドー」の働きをするものもある。従って、「クランプリング」の用語は、本明細書ではクランプリングとシャドーリングを含む。
【００１１】
例として、図２は、本発明を有利に使用できるカリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.から入手可能なＭｘＰ＋（登録商標）チャンバなどのプラズマエッチングチャンバの概略図である。チャンバは側壁４、底部壁６、および蓋８を含む。側壁４は、基板をチャンバに対して出入するためのスリット２６を持つ。カソード１７は絶縁フランジ１４の上方に位置して、カソード電源５に接続されている。カソード電源５は通常、プラズマからのイオンが基板２４に誘引されるように、カソードを負電圧にバイアスする。絶縁フランジ１４は、接地されたチャンバをカソード１７の基部から電気的に分離する。ペデスタル１８はカソード１７に取り付けられて、基板２４用の支持面を提供する。基板２４はペデスタルの上面に配置されるとともに、カラー４８内に水平に配置される。クランプリング６０は、ヘリウムや別の不活性ガスがガスチャンネル７を通って基板の裏側に加えられるときに、基板をペデスタル表面に保持する。チャンバ壁、蓋、および底部は通常、接地される。ＲＦ電源９は、チャンバ壁と帯電したペデスタル１８間の反応ゾーン１９でプラズマを発生させるために、蓋８の上に配置される。余分のプロセスガスと処理中に生じた揮発性化合物はガス出口３６を通して排気される。
【００１２】
一部のチャンバでは、外部チューブ４５がカソードその他のコンポーネントを囲み、通常はそのチャンバと接地されている。外部チューブ４５は、「クオーツパイプ」として知られる絶縁ライナ５０によってカソードから絶縁されている。
カソードとの接触を介して帯電した内部シリンダ４７は、絶縁ライナ５０の内方に置かれる。カソード、絶縁ライナ、外部チューブ、および内部シリンダは通常、チャンバに固定して取り付けられて、処理中は静止したままである。
【００１３】
リフト機構１３によって、クランプリング６０を、チャンバへの基板の出入のために上下させることができる。リフトアクチュエータ（図示せず）は、リフト台４３を上下させるシャフト３に取り付けられる。複数のリフトピン２１がリフト台に連結されて、ペデスタル１８のリフトピン孔と移動可能に係合する。クランプリング６０は、環状下部リング部分６２と環状上部シールド部分６４とを含む。環状上部シールド部分６４は装着リング４４に取り付けられ、装着リングはリフト台４３に連結される。
【００１４】
運転時には、ロボットアーム（図示せず）が基板２４を、スリット２４を介してチャンバに挿入する。リフト機構１３は、クランプリングとリフトピンの垂直方向分離部分の間でロボットアームから基板２４を受け取るために、クランプリング６０とリフトピン２１とを持ち上げる。リフトピンが基板と接触して上昇を続けるので、基板はロボットアームから取り外される。ロボットアームはチャンバから後退して、ドア（図示せず）がチャンバをシールする。リフト機構は次に、ピン、基板、およびクランプリングを下降させて、基板をペデスタル１８上に供給する。リフト機構が下降を続けると、リフトピンはリフトピン孔２２を通って後退して、クランプリング６０が基板２４の上面と接触する。プロセスが完了すると、リフト機構はクランプリングとリフトピンとを上昇させ、基板をペデスタルから上部の位置に持ち上げてロボットアームがチャンバに入って基板を取り出せるようにする。
【００１５】
図３は本発明の一つのクランプリングの斜視図である。クランプリング６０は一般に、２つのピース、すなわち環状下部リング部分６２と環状上部シールド部分６４とから成る。上部シールド部分６４は、下部リング部分の半径方向内方で、上部シールド部分の肩部６７によって形成される境界面６６に配置される。肩部６７は、下部リング部分に対する上部シールド部分の位置決めに役立つ。タブ６８は上部シールド部分の半径方向内方に延びて、処理中に基板２４をペデスタル上にクランプするために使用される。穴ぐり７０は上部シールド部分に部分的に形成されて、ファスナ４２用の凹部を提供する。ファスナは、図４に示すように、上部シールド部分を装着リング４２に連結するために、孔７２を通って挿入されることが望ましい。
【００１６】
図４は、基板をペデスタル１８上に配置した状態の、本発明のクランプリングの断面図である。この実施態様では、ペデスタル１８はほぼ平らな上面（内部に一つ以上の溝を含んで、ペデスタル１８を通ってペデスタルに装着された基板２４の裏側に導かれる熱伝達ガスを分配するようにしてもよい）と、その上面の周辺を囲んで延びるエッジリングまたはカラー４８を含む。リップシールなどのシール６５がカラーの半径方向内方に配置されて、基板がクランプリングによってシールに押し付けられると、基板の裏側とペデスタル１８の平らな基板装着面の間の領域をシールするのに役立つ。基板２４は、ペデスタル１８上に配置されるとカラー４８の上に延びて、クランプリング６０によってペデスタルに押し付けられると、シール６５を変形させて基板とペデスタル間の領域をシールする。
【００１７】
クランプリングを形成するために、上部シールド部分６４は、装着リング４４の装着穴４６に締め付けられる複数のファスナ４２によって、下部リング部分６２に対して正位置に保持される。ファスナは、装着リングに対する上部シールド部分の位置合わせも確定できる。下部リング部分は絶縁ライナ５０上に「浮上する」ことができる。すなわち、下部リング部分をそのチャンバ部材に取り付けずに、上部シールド部分がファスナ４２によって装着リング４４に連結されたときに、下部リング部分が、それ自体を上部シールド部分の肩部６７に位置合わせされるように横方向に移動できるようにしてもよい。その他に、下部リング部分をチャンバにフレキシブルに取り付けて、下部リング部分が、許容限度内で横方向に移動して、それ自体を上部シールド部分の肩部６７に位置合わせできるようにしてもよい。カバー５２を各ファスナ４２の上に配置して、ファスナ４２をエッチングプロセスから保護する。
【００１８】
下部リング部分６２は、絶縁ライナ５０にオーバーラップする２つの下方に延びるフランジ６１を持つ。外部チューブ４５と内部シリンダ４７とは絶縁ライナ５０の両側に配置される。下方に延びるフランジ６１は、チューブ４５とシリンダ４７間のアークを防ぐためのバリヤとして機能する。
【００１９】
図２に示すリフト台４３と装着リング４４と共にリフト機構１３を使ってクランプリングをペデスタルの上に上昇させるチャンバでは、上部シールド部分６４を絶縁ライナ５０の上方に持ち上げてもよい。フランジ６１は、下部リング部分が絶縁ライナ５０の真上の相対位置に止まるように充分な距離だけ下方に延びるように寸法決めできる。
【００２０】
一部の例では、図５に示すように、上部シールド部分が上げ下げされるときに２つのピースが位置合わせの状態にあるように、下部リング部分を上部シールド部分に固定することが望ましい場合もある。境界面６６で、処理中は下部リング部分と上部シールド部分とが連結されたままで、上部シールド部分の交換のためには取り外し可能にできるだろう。また、境界面６６は、リング部分を互いに固定するために、一方のリング部分にリブまたは突起７１を含み、もう一方のリング部分に移動止め６９を含むことができるだろう。リング部分はまた、ピン、接着剤、ファスナによって、また、後日の上部シールド部分の交換のためにリング部分を分離できるような他の方法でも取り付けできるだろう。
【００２１】
図６は、図３と４に示すようなファスナとタブ用の穴ぐりと孔を持たないクランプリングの別の実施態様を示す。図６の実施態様はＰＶＤチャンバなどの、クランプリングの装着を必要としない処理チャンバで使用できるだろう。クランプリングをペデスタルの上のシールドで支持してもよいし、ペデスタルがクランプリングの下方の位置に基板を上下させる。
【００２２】
本発明のクランプリングはＶｅｓｐｅｌ（登録商標）などの消耗材料、高密度プラスチック材料、ポリイミド、ポリマーその他の、エッチングと堆積プロセスに役立つ材料から形成されたクランプリングのために特に有用である。
【００２３】
上記は本発明の好ましい実施態様に向けられたが、本発明の他の更なる実施態様をその基本的範囲から逸脱することなく考案可能で、その範囲は特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング処理チャンバ内で基板と共に使用される標準クランプリングの斜視図である。
【図２】本発明が使用できるエッチングチャンバの概略図である。
【図３】本発明のクランプリングの斜視図である。
【図４】本発明の上記クランプリングの断面図である。
【図５】上記クランプリングの別の実施態様の断面図である。
【図６】本発明のクランプリングの別の実施態様の斜視図である。

Claims (11)

1. 処理チャンバで使用される多ピースクランプリングであって：
   （ａ）前記処理チャンバ内で基板支持面の周りに配置されたＵ字形環状下部リング部分であって、下方に延びる２つのフランジを含むＵ字形環状下部リング部分；および
   （ｂ）前記Ｕ字形環状下部リング部分から分離し、前記Ｕ字形環状下部リング部分を保護する消耗環状上部シールド部分；を備え、前記Ｕ字形環状下部リング部分及び前記消耗環状上部シールド部分は、取り外し可能に互いに連結されているクランプリング。
2. 更に、前記消耗環状上部シールド部分と前記Ｕ字形環状下部リング部分とを互いに位置合わせするために前記消耗環状上部シールド部分に肩部を備えた請求項１に記載のクランプリング。
3. 前記消耗環状上部シールド部分は、前記消耗環状上部シールド部分を前記Ｕ字形環状下部リングとは独立に前記処理チャンバ内の装着リングに取り付けるようにした複数の孔を含んでいる、請求項１に記載のクランプリング。
4. 更に、ファスナの頭部を前記消耗環状上部シールド部分に少なくとも部分的に埋め込めるようにした、前記消耗環状上部シールド部分の埋め込み部分を備えた請求項３に記載のクランプリング。
5. 更に、前記ファスナを覆うようにしたキャップを備えた請求項４に記載のクランプリング。
6. 前記Ｕ字形環状下部リング部分を前記チャンバに取り付けないで、前記Ｕ字形環状下部リング部分を前記消耗環状上部シールド部分と位置合わせできるようにした請求項３に記載のクランプリング。
7. 前記Ｕ字形環状下部リング部分と前記消耗環状上部シールド部分とは互いに結合されている請求項１に記載のクランプリング。
8. 処理システムであって、
   （ａ）底部、側壁、および頂部を有するチャンバ；
   （ｂ）前記チャンバ内部の基板支持面；
   （ｃ）前記チャンバ内でプラズマを発生させるようにした電源；及び
   （ｄ）消耗環状上部シールド部分と、処理システムでの処理から少なくとも部分的にシールドされるＵ字形環状下部リング部分とを有する多ピースクランプリング；
   を備え、前記Ｕ字形環状下部リング部分は、下方に延びる２つのフランジを有し、
   前記Ｕ字形環状下部リング部分及び前記消耗環状上部シールド部分は、取り外し可能に互いに連結されている処理システム。
9. 更に、前記多ピースクランプリングを上下させるようにしたリフト機構を備えた請求項８に記載のシステム。
10. 前記下方に延びる２つのフランジは、前記基板支持面の周りに配置された絶縁ライナとオーバーラップする、請求項８に記載のシステム。
11. 前記Ｕ字形環状下部リング部分及び前記消耗環状上部シールド部分を互いに結合するために、前記Ｕ字形環状下部リング部分は突起を備え、前記消耗環状上部シールド部分は移動止めを備える、請求項８に記載のシステム。

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