JP5774579B2 - 円錐型蒸着チャンバにおける密度最適化のためのhula基板ホルダを特徴とする、リフトオフ蒸着システム - Google Patents
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Description
[発明の背景]
1.発明の分野
本発明は、一般的には、半導体加工及び光学コーティングに関する。具体的には、本発明は基板への物理的蒸着法に関する。
2.先行技術についての説明
電子ビーム蒸着法は、メタライゼーションとして周知の処理においてウエハを薄い金属層で被膜するために用いられることが多い。典型的なシリコンウエハの製造では、一般的に、蒸着された金属層は、その後エッチングされて、集積回路の回路配線を形成する。高周波集積回路については、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、及び、2つの間のかつ類似の電気光学材料間の様々な合金が、現在、一般的に基板として用いられている。しかしながら、金属のなかには、その表面に表面酸化物を形成するものもあるが、これは、当該技術分野で「表皮効果」として周知である。「表皮効果」は、高周波電力が用いられる回路において問題を呈する。また、「表皮効果」は、携帯電話の装置(cellular devices)に用いられるICチップに関しては、極めて深刻な問題であるが、これは、表皮効果によって電力消費が増大するためである。
[発明の概要]
本発明の装置及び方法によれば、短時間で、多くのウエハに均一な「リフトオフ」被膜が蒸着される。従来の蒸着装置及び方法と比較して、本発明の装置及び方法では、蒸発材料のより多くの割合が用いられ、異なる材料を蒸発させる場合にいかなる部材も変える必要がなく、さらに、より均一かつ精密な被膜を確実かつ安定的に蒸着させる。本発明によって、革新的な技術の特殊な組み合わせによって得られる、リフトオフプロセスにおける改良の可能性がもたらされる。その革新的な技術には、従来の1つの回転軸を有するドームの収集効率を最適化し、(単一の蒸着材料用の)単一の均一性マスクあるいは(複数の蒸着層材料用の)複数のマスクを用いて達成し得る最高の動作効率を得ること、高度なHULA(高均一性リフトオフ用アセンブリ)基板ホルダに対して同様のパッキング密度の原則を適用させることによって、これらの効率の改善を倍増させること、および、従来の箱型蒸着チャンバを円錐型チャンバと置き換えること、が含まれる。箱型蒸着チャンバから円錐型チャンバへ移行すると、表面積及び体積が減少するため、ポンプ作用において非常に有利であることが約束される。円錐形チャンバにおいて、非常に効率的なドームまたは高度なHULA基板ホルダのいずれを用いても、特殊な、組み合わせられた技術革新がもたらされる。この特殊な技術革新により、円錐型チャンバのポンプ作用効率が約50%改善し、円錐型チャンバに加え、高度なHULAを用いることで、スループットが40%に近づくまでに改善されることが示される。
Toは、ν=0、Φ=0、R=1の場合におけるコーティング厚
νは、“放射角度"、すなわち、ソースの中心線と仮想源から対象の点まで引かれた線との間の角度
Φは、対象の点における入射蒸発角、すなわち、ウエハの下側と垂直な線と、当該点における蒸気の実際の軌跡との角度
Rは、ドームの球体半径=仮想源からドームの球体表面における任意の点までの距離
nは、ν、Φ、及びRの値が決定された後に、算出された値
物理的にいえば、 コーティング厚を決める3つの要因は、蒸発されている材料、蒸発率、及び仮想源の温度である。これら3つの要因は、順に、次の追加の変数の関数である。この変数には、電子ビーム銃のエミッション電流、るつぼの大きさ、クルーシブルライナー(crucible liner)の使用又は不使用、るつぼ内の蒸着材料プールのレベル、ビームスポットサイズ、静止している場合には、蒸着材料プールの表面におけるビームスポットの位置、ビーム掃引法の使用又は不使用、対象となっている材料用のビーム掃引パターンの最適化、が含まれる。これらの要因それぞれ自身では、比較的わずかな効果しかもたない要因もあるが、比較的小さな要因が互いに組み合わせられる処理の条件下では、その蓄積される効果は相当大きなものとなり得る。
蒸発源は、底部の近傍に位置し、かつ、ドーム型上部の中心点を通って延びる第1の軸と整列している。1つ以上の周回軌道型ドーム状部材は、蒸発源の上方にて、ドーム型上部の近傍かつドーム型上部の中心点を通って延びる第1の軸から一定半径、に位置される。1つ以上の周回軌道型ドーム状部材は、第1の軸の周りを回転すると同時に、該周回軌道型ドーム状部材のそれぞれは、当該周回軌道型ドーム状部材の中心点を通って延びる第2の軸の周りを回転する。中央のドーム状部材は、第1の軸と整列している中心点を有しており、第1の軸の周りを回転する。均一性マスクは、蒸発源と中央のドーム状部材との間に位置され、中央のドーム状部材と共に使用されるためだけに、該中央のドーム状部材に動作可能に係合される。1つ以上のウエハ受取り位置は、1つ以上の周回軌道型ドーム状部材のそれぞれの内側及び中央のドーム状部材の内側に配置され、ウエハを受け取るために配置される。
本発明のさらなる実施形態では、当該装置は、1つ以上の周回軌道型ドーム状部材及び中央のドーム状部材を、位置決めして第1の軸の周りに回転させる、支持構造をさらに備える。
本発明の好ましい実施形態は、図1から図4に示される。図1は、本発明のプラネタリ(planetary)リフトオフ蒸着装置10の側面図である。電子ビーム蒸着は、真空で行われることが一般的である。装置10は、密閉された真空状態の円錐型ハウジング20と、蒸発源40と、中央のドーム状部材60と、1つ以上の周回軌道型(orbital)ドーム状部材80と、支持フレーム120(図3に示される)と、均一性マスク100とを備える。ハウジング20は、ドーム状上部22と、底部開口24と、側壁部26とを有する。側壁部26は、ドーム状上部22から底部開口24に向かって収束し、真空チャンバ12を規定する。蒸発源40は、底部開口24の近傍に位置し、第1の軸200に沿って配置される。第1の軸200は、ドーム状上部22の中心点21及び蒸発源40を通って延在している。
例1
システムは、従来の分割型リフトオフドームシステムであって、カリフォルニア州リバーモアのフェローテック−テメスカル(Ferrotec−Temescal)から、42インチの大きさのシングルドームを用いるモデルFC4400として市販である。ウエハの大きさは、直径5.825インチであった。コーティング処理では、30.5度の蒸発角を有する30枚のウエハに分割されているTP8ドームを用いる。
システムは、従来の非分割型単一軸を有するリフトオフドームシステムであるが、それでもなお蒸着において最大量の材料を収集するために、可能な限り大きな寸法で作製されたシステムである。図5は、そのようなシングルドームの図を示す。これは、53インチの大きさのドームを用いたモデルである。ウエハの大きさは、直径5.825インチであった。コーティング処理では、39.5度の蒸発角を有する60枚のウエハが用いられる。しかしながら、単一軸を有するドームの寸法は、人間工学的な製造観点から鑑みて実用的ではない。なぜなら、当該ドームは、真空チャンバからウエハが容易に取り除かれるようにするために、複数のセクションから構成されていることが一般的であるからである。これを達成するためには、ウエハにて収集される割合を比例して減少させながら、同時に、ウエハの合計処理数を60から50に減らすことが必要であろう。
図7は、5ドームを備える従来技術によるHULAシステムを示す。そのようなシステムの一例は、フェローテック−テメスカル(Ferrotec−Temescal)から、5つの周回軌道型ドーム状部材80を有する49インチの大きさのドームを用いるモデル番号HUHY−54として市販のシステムである。ウエハの大きさは、直径5.825インチであった。コーティング処理では、36.5度の蒸発角を有する5つの周回軌道型ドームにある30枚のウエハを用いる。
本発明によるシステムの1つの実施形態には、従来のリフトオフHULAドームシステムであって、フェローテック−テメスカル(Ferrotec−Temescal)から、6つの周回軌道型ドーム状部材80と中央のドーム状部材60とを有する54インチの大きさのドームを用いるモデル番号HUHY−54として市販のシステムが含まれる。図4は、そのようなシステムの説明例である。ウエハの大きさは、直径5.825インチであった。コーティング処理では、36.5度の蒸発角を有する6つの周回軌道型ドームに加えて、1つの中央ドームと、42枚のウエハを用いる。
Claims (18)
- リフトオフ法を用いることを可能にする、材料を蒸発によって基板に蒸着するための装置であって、該装置は、
ドーム型上部と、底部開口を有する底部と、前記ドーム型上部から前記底部開口に向かって収束して、密閉された真空状態の円錐型ハウジングを形成する側壁部とを有する、円錐型ハウジングと、
前記底部の近傍に位置し、かつ、前記ドーム型上部の中心点を通って延びる第1の軸と整列する蒸発源であって、該蒸発源が真空中で電子ビームにより蒸発させられる材料を含み、真空であることにより、蒸発した材料が蒸発源からドーム型上部に向かって直線的に移動して、ドーム型上部に対して約90°をなす軌道を達成する、蒸発源と、
前記第1の軸と整列した中心点を有し、前記蒸発源の上方にて、前記ドーム型上部の近傍に位置する中央のドーム状部材であって、前記中心点の周りを回転する中央のドーム状部材と、
前記蒸発源の上方にて、前記ドーム型上部の近傍かつ前記ドーム型上部の前記中心点から一定半径、に位置する、1つ以上の周回軌道型ドーム状部材であって、該1つ以上のドーム状部材は前記第1の軸の周りを回転すると同時に、該周回軌道型ドーム状部材のそれぞれは、当該周回軌道型ドーム状部材の中心点を通って前記蒸発源へ延びる第2の軸の周りを回転し、該1つ以上の周回軌道型ドーム状部材は、前記中央のドーム状部材と直径及び凹面が等しい、1つ以上の周回軌道型ドーム状部材と、
前記蒸発源と前記中央のドーム状部材との間に位置し、前記中央のドーム状部材と共に使用されるためだけに、該中央のドーム状部材に動作可能に係合する、均一性マスクと、
前記1つ以上の周回軌道型ドーム状部材のそれぞれの内側及び前記中央のドーム状部材の内側に配置され、ウエハを受け取るための1つ以上のウエハ受取り位置であって、前記蒸発源と直交するウエハ受取り位置と、を備える、装置。 - 前記1つ以上の周回軌道型ドーム状部材及び前記中央のドーム状部材を、位置決めして前記第1の軸の周りに回転させる、支持構造をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 請求項2に記載の装置であって、前記支持構造は、前記1つ以上の周回軌道型ドーム状部材及び前記中央のドーム状部材を位置決めするものであり、前記1つ以上の周回軌道型ドーム状部材と前記中央のドーム状部材とによって形成される弧は、前記第1の軸上かつ前記蒸発源に位置する中心を有する球体の外周と一致することを特徴とする、請求項2に記載の装置。
- 前記支持構造は、前記1つ以上の周回軌道型ドーム状部材をそれぞれの前記第2の軸の周りに回転させるための、駆動システムを有することを特徴とする、請求項2又は3に記載の装置。
- 前記蒸発源と、前記円錐型ハウジングとの間に遮断弁が設けられることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
- リフトオフ法を用いて処理可能な基板を製造する蒸着装置であって、該装置は、
真空中で電子ビームにより蒸発させられる材料を含む蒸発源であって、真空であることにより、蒸発した材料が蒸発源から基板に向かって直線的に移動して、基板に対して約90°をなす軌道を達成する、蒸発源と、
前記蒸発源を通る第1の軸の周りにおける回転のために取り付けられた支持フレームと、
前記支持フレームに取り付けられた中央のドーム状ウエハホルダであって、該中央のドーム状ウエハホルダの中心点が前記第1の軸と整列している、中央のドーム状ウエハホルダと、
前記第1の軸からオフセットする位置にて前記支持フレームに取り付けられた周回軌道型ドーム状ウエハホルダであって、該周回軌道型ドーム状ウエハホルダの中心点及び前記蒸発源を通る第2の軸の周りを回転可能である、周回軌道型ドーム状ウエハホルダと、
前記中央のドーム状ウエハホルダ及び前記周回軌道型ドーム状ウエハホルダにある複数のウエハ位置であって、該複数のウエハ位置は、それぞれ、前記第1の軸及び前記第2の軸からオフセットしており、該複数のウエハ位置は、それぞれ、前記第1の軸及び前記第2の軸の周りを回転中に、前記ウエハ位置から前記蒸発源に延びる放射軸と直交する、該ウエハ位置に取り付けられたウエハの基板表面に配向されている、複数のウエハ位置と、を備えることを特徴とする、装置。 - 請求項6に記載の装置であって、ドーム型上部と、底部開口と、前記ドーム型上部から前記底部開口に向かって収束する側壁部とを有する、円錐型ハウジングをさらに備え、前記円錐型ハウジングは、前記底部開口の近傍にある前記蒸発源と、前記ドーム型上部の近傍にある、前記支持フレームと、前記中央のドーム状ウエハホルダと、前記周回軌道型ドーム状ウエハホルダと、を囲んでいることを特徴とする、装置。
- 請求項6又は7に記載の装置であって、前記支持フレームは駆動システムを有し、該駆動システムは、前記中央のドーム状ウエハホルダ及び前記周回軌道型ドーム状ウエハホルダを前記第1の軸の周りに回転させ、また、前記周回軌道型ドーム状ウエハホルダを前記第2の軸の周りに回転させることを特徴とする、装置。
- 請求項6〜8のいずれか1項に記載の装置であって、前記中央のドーム状ウエハホルダ及び前記周回軌道型ドーム状ウエハホルダは、前記蒸発源に関して一定半径を有することを特徴とする、装置。
- 請求項6〜9のいずれか1項に記載の装置であって、前記複数のウエハ位置のそれぞれは、ウエハ受取り開口であることを特徴とする、装置。
- リフトオフ法を用いて処理可能な基板を製造する蒸着装置であって、
真空中で電子ビームにより蒸発させられる材料を含む蒸発源であって、真空であることにより、蒸発した材料が蒸発源から基板に向かって直線的に移動して、基板に対して約90°をなす軌道を達成する、蒸発源と
1つ以上のウエハの位置決め用中央手段であって、該1つ以上のウエハのそれぞれにおける中心は、前記蒸発源から等距離にあり、前記位置決め用手段は、前記1つ以上のウエハを、前記蒸発源を通る第1の軸の周りに回転させる、位置決め用中央手段と、
前記位置決め用中央手段からオフセットしている、1つ以上のウエハの位置決め用周回軌道型手段であって、該位置決め用周回軌道型手段における前記1つ以上のウエハのそれぞれにおける中心は、前記蒸発源から等距離にあり、該位置決め用周回軌道型手段は、前記1つ以上のウエハを、前記蒸発源を通る第2の軸の周りに回転させる、位置決め用周回軌道型手段と、
前記位置決め用中央手段及び前記位置決め用周回軌道型手段を前記第1の軸の周りに回転させ、前記位置決め用周回軌道型手段を前記第2の軸の周りに回転させるための、回転手段とを備えることを特徴とする、蒸着装置。 - 前記位置決め用中央手段、前記位置決め用周回軌道型手段、及び前記回転手段は、前記1つ以上のウエハを、前記第1の軸及び前記第2の軸の周りに同時に回転させることを特徴とする、請求項11に記載の装置。
- 請求項11又は12に記載の装置であって、ドーム型上部と、底部開口と、前記ドーム型上部から前記底部開口に向かって収束する側壁部とを有する、円錐型ハウジングをさらに備え、前記円錐型ハウジングは、前記底部開口の近傍にある前記蒸発源と、前記ドーム型上部の近傍にある、前記位置決め用中央手段と、前記位置決め用周回軌道型手段と、前記回転手段と、を囲んでいることを特徴とする、装置。
- 前記周回軌道型手段は、6つの周回軌道型ドーム状部材を備えることを特徴とする、請求項11〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記中央手段は、1つの中央のドーム状部材を備えることを特徴とする、請求項11〜14のいずれか1項に記載の装置。
- ウエハにリフトオフ法用のコーティングを効率よく形成する方法であって、該方法は、
真空中で電子ビームを用いてソースから材料を蒸発させるステップであって、真空であることにより、蒸発した材料をソースからウエハに向かって直線的に移動させ、ウエハに対して約90°をなす軌道を達成する、ステップと、
前記ソースから間隔が空けられている中央のドーム状部材を、該中央のドーム状部材の中心点及び前記ソースを通る、第1の軸の周りに回転させるステップであって、該中央のドーム状部材には、前記第1の軸からオフセットしているウエハが取り付けられており、該中央のドーム状部材は、前記ソースと直交する表面を有している、ステップと、
前記中央のドーム状部材からオフセットしている周回軌道型ドーム状部材を、前記第1の軸の周りに回転させ、前記周回軌道型ドーム状部材を、該周回軌道型ドーム状部材の中心点及び前記ソースを通る、第2の軸の周りに回転させるステップであって、該周回軌道型ドーム状部材には、前記第2の軸からオフセットしているウエハが取り付けられており、該周回軌道型ドーム状部材は、前記ソースと直交する表面を有しており、前記中央のドーム状部材及び前記周回軌道型ドーム状部材は、前記第1の軸上かつ前記ソースに位置する中心を有する球体の外周と一致する、ステップと、
を含むことを特徴とする、方法。 - 前記中央のドーム状部材及び前記周回軌道型ドーム状部材を前記第1の軸の周りに回転させることと、前記周回軌道型ドーム状部材を前記第2の軸の周りに回転させることとが、同時に起こることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 請求項16又は17に記載の方法であって、該方法は、前記材料を蒸発させるステップと、前記中央のドーム状部材及び前記周回軌道型ドーム状部材を、ドーム型上部と、底部開口と、前記ドーム型上部から前記底部開口に向かって収束する側壁部とを有する、円錐型ハウジングの内側で回転させるステップとを実施することをさらに含み、
前記材料を蒸発させるステップは前記底部開口の近傍で実施され、前記中央のドーム状部材及び前記周回軌道型ドーム状部材を回転させるステップは、前記ドーム型上部の近傍で実施されることを特徴とする、方法。
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