JPH06224139A - 全ウエハデポジション用装置 - Google Patents
全ウエハデポジション用装置Info
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- JPH06224139A JPH06224139A JP5245469A JP24546993A JPH06224139A JP H06224139 A JPH06224139 A JP H06224139A JP 5245469 A JP5245469 A JP 5245469A JP 24546993 A JP24546993 A JP 24546993A JP H06224139 A JPH06224139 A JP H06224139A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract
びる全ウエハデポジション装置を提供する。 【構成】 デポジションシールド1は、容易に離脱可能
に取り付けられ、基板支持体16の周囲と間隔を保った
円筒形状のシールド10を含む。シールドリング23
は、離脱可能に搭載され、基板14に対して自動的に中
心位置決めされる。これらの構成要素は全体として、処
理領域の外側のチャンバ2あるいは機構部へのデポジシ
ョンを防ぐ。また、周辺溝は、基板支持体の周辺部にデ
ポジションされた材料が基板に付着しないように、基板
周辺の基板支持体に形成されることができる。基板と基
板支持体との隙間も、基板支持体上にデポジションされ
た材料が基板に付着しないようにしている。
Description
理的気相成長用あるいはスパッタ用チャンバ、化学的気
相成長用チャンバ、およびイオン打ち込み用チャンバを
含むプロセス用チャンバのためのデポジションシールド
に関する。さらに、本発明は、例えば半導体ウエハのよ
うな基板上の集積回路あるいは集積回路要素の形成に用
いられるチャンバに関する。
ットやガス導入口等のような原料供給源からの化学種
(species )が、チャンバ壁や機構部品(hardware)を
含む露出されたチャンバ内部表面(internal chamber s
urfaces )上に堆積される。このような化学種の堆積
(deposition)を防ぐように設計されたシールドが利用
されている。
限りにおいて、利用可能なシールドは不要なデポジショ
ンを完全に防ぐことに成功していない。また、そのよう
なシールドは交換が困難であり、かつ交換に時間を要す
るものとはいえ、比較的頻繁に交換しなければならなか
った。自動基板交換システムをチャンバ内可動要素と共
に使用する場合、十分な遮蔽および容易な交換を行なう
ことはますます困難になる。
交換可能なシールド装置を提供することを目的とする。
はチャンバ内の基板を処理している間のチャンバ周辺領
域へのデポジションを防ぐためのシールド装置を具体化
するものである。このシールド装置は、基板を取り囲む
壁状部材と、基板を越えて横方向に拡がる基板支持体
と、この基板支持体と壁状部材に重なるシールドリング
とを備え、これらの協働作用により処理領域の外にある
チャンバをデポジションからシールドする。これらの構
成要素は、チャンバから容易に取り外すことができるよ
うになっている。例えば、シールドリングは、壁状部材
及び基板間で取外し可能な位置に載置される。また、好
適実施例においては、シールド部材とシールドリングは
一体的に離脱及び交換が可能となっている。他態様にお
いて、シールドリングは内方に延びるルーフ(roof)を
含み、基板支持体の基板縁近傍領域をデポジションから
シールドする。
体との間隔を保つために、基板支持体に搭載された間隔
保持手段によって支持される。この間隔は堆積された材
料及び基板と基板及び基板支持体の接着(bonding )を
除去し、基板の上部全面に沿ったデポジション及び処理
を容易にする。
次のような組み合わせによって具体化される。すなわ
ち、処理領域を囲む内壁を有するチャンバ、処理領域内
の所定基板支持位置で基板を支持する基板支持体、およ
び基板処理中にチャンバ内壁へのデポジションを防ぎチ
ャンバ内壁をシールドするために基板支持位置を囲む壁
を含むシールドを備えている。このシールドは、基板搭
載位置の周辺部近傍に位置し基板支持体の縁から所定距
離だけ離隔した垂直フランジと、次のような構成を有す
るシールドリングとを含む。すなわち、シールドリング
はシールドフランジ(=垂直フランジ)及び基板支持体
間の隙間においてリング自身を離脱可能に中心位置決め
する下方に延びたフランジと、基板縁の近傍領域をデポ
ジションからシールドするため内方に延びたルーフとを
備えている。
基板センタリング手段を含んでもよい。この基板位置決
め手段は、所定基板搭載位置に基板を中心位置決めする
ために基板の周辺部と係合するように基板の周囲に沿っ
て設けられている。基板支持体は、溝又は窪みを含んで
もよい。この溝又は窪みは、基板支持体上の基板へのデ
ポジションを邪魔することなく基板の周囲の基板支持体
へのデポジションを許容するために、基板搭載位置の周
囲に沿って延在する。この溝が用いられるとき、位置決
め手段は溝に沿って間隔を開けて取り付けられた複数の
細長いピンであることが好ましい。
は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタニウム、および
銅などがある。
ムは、洗浄及び交換のために効果的かつ容易に離脱でき
る。溝付き基板支持体などの特徴は、洗浄間の処理時間
が増加することである。さらに、基板センタリング手段
を含む他の構成要素と離脱可能リングを含むシールド構
成要素は、基板の支持に支障をきたす堆積物を除去する
ように特に調整されている(tailored)シールド基板支
持体システムを提供する。さらに独特なことは、基板及
び基板支持体間に間隔、という特徴が基板の全面のデポ
ジションおよび処理を可能にしている。
明する。
れた本発明の第1実施例を示す簡略構成図である。本発
明は、チャンバとその内部機構をデポジションから効果
的にシールドするものであり、さらに、洗浄や交換のた
めに該シールド要素を簡単に離脱できるようにしたもの
である。本発明は、全ウエハデポジション、すなわち、
半導体ウエハのような基板14の全面へのデポジション
を達成するものである。本発明は、一般的にデポジショ
ンチャンバに適用できるものである。ここで、デポジシ
ョンチャンバとは、例えば、物理的気相成長またはスパ
ッタリング用のチャンバ、化学的気相成長用のチャン
バ、およびイオン打ち込み用のチャンバなどを含む。
ンバ2を示す。基板14は、チャンバ処理領域8の近傍
において、サセプタやペデスタル(pedestal)のような
基板支持部材16の上に位置決めされる。一例として、
基板支持部材16の直径は、ウエハ14の直径よりも大
きい。この装置例において、図2に示すように、支持部
材16は従来の垂直移動昇降機構(vertically movable
elevator system)18に複数のねじ9−9によって取
り付けられている(ガス供給口やスパッタリング用ター
ゲットのようなハードウエアは、説明を明解にするため
省略している)。
筒形チャンバ壁3と、溶接によって当該チャンバ壁3の
上部に設けられた支持環4とを含んでいる。チャンバ2
の上壁を形成する適合板(adaptor plate )5は、複数
のねじ6−6によって支持環4に取り付けられている。
Oリング7は密封用シールを備えている。スパッタリン
グ用ターゲット装置やガス導入口のようなデポジション
供給源(図示せず)は、凹部90に取り付けられ、大気
から遮蔽されている(sealed)。壁状円筒形シールド部
材10は支持環4に装着されている。すなわち、円筒形
シールド10は、複数のねじ12−12によって適合板
5の底面に取り付けられた外方に延びた上部リップ(up
per lip )11を有する。シールド部材10の環状底壁
13から上方に延びるフランジ15は基板支持体16の
周囲を囲み、シールドフランジ15及び基板支持体16
の間に隙間17が残存される。
の近傍にある基板支持部材16の上方周縁部に適合する
ような内径を持つ環状シールドリング20も含んでい
る。リング20は、下方に延びるテーパ付きセンタリン
グ用フランジ22と、このフランジ22に対し概ね平行
な第2の外側フランジ23とを備えている。このセンタ
リング用フランジ22は、フランジ15と基板支持部材
16の側縁部との間の開口17に嵌まるようになってい
る。シールドリング20は、開口17に延びるテーパ付
きフランジ22を備えた2つのフランジを円筒形シール
ド部材10の対応(mating)フランジ15を覆うことに
よって、基板14の周囲に離脱できるように設置されて
いる。シールドリング20は、例えば方向56に沿って
内方に運ばれる化学種から基板周縁を保護する内方に延
びるルーフ25も備えており、シールドリング20が載
置されている表面および組み合わされるリング面の界面
上へのデポジションを防いでいる。
チャンバを十分かつ有効にシールドすると共に、独自の
離脱容易性を備えている。特に、有効なシールド作用
は、円筒形シールド部材10、比較的広い基板支持部材
16(すなわち、基板を越えて横方向に拡がる支持体)
及びシールドリング20によってなされる。シールドリ
ング20は基板支持部材16とシールド部材10の内側
に延びる底部との双方に跨っている。これらの重なった
構成要素(component )は、チャンバ8の処理領域をチ
ャンバ内部の他の領域(the rest of the chamber inte
rior)から隔離する為に結合し、他の領域(例えば、チ
ャンバ壁3や、基板支持部材16の下方にある可動昇降
機18のような内部チャンバ機構など)をデポジション
からシールドする。シールド要素は、ねじ6−6のよう
な適合板装着手段を外すこと、適合板5、適合板5に固
着されたシールド部材10、およびシールド部材10に
離脱可能に支持されたシールドリング20とを一体的に
持ち上げて外すことにより、容易に取り外すことができ
る。次に、二重機能基板支持部材(dual-function subs
trate support member)とシールド構成部材16は、図
2に示す3つの装着用ねじ9−9を外すことにより容易
に取り外せる。これに代えて、シールドリング20は、
位置指定された隙間(locating space)17から単に持
ち上げることによって外すことができる。すなわち、も
し望むなら、シールド10を外さず基板支持部材16を
取り外すために、シールドリング20を外すことができ
る。明らかに、シールド構成要素は、例えば、ねじ9−
9を用いて基板支持部材16を取り付け、シールドユニ
ットを挿入し、ねじ6−6を介して当該ユニットを取り
付けることによって交換される。
sions )又はバンプ(bumps )35−35(図1、図4
参照)のような基板位置決め手段又はセンタリング手段
は、基板14の搭載位置の周辺にある基板支持部材16
の上面に形成され、基板14を支持部材16上に正確に
センタリングする。図4に示すように、4つの位置決め
用バンプ35−35は、ウエハ14の周囲360度に対
し位置決め機能が発揮できるように、90度の角度間隔
で矩形配置になっている。この位置指定手段は、ウエハ
14の基板支持部材16に対する相対的な横方向の動き
を制限する。これによって、ウエハ処理の為に基板支持
部材16上の所望位置に位置決めされることを確実に
し、さらに、ロボットブレード34により拾い上げるこ
とができる位置にウエハが支持部材上に置かれることを
確実にする。この位置指定機能は、ウエハ全体のデポジ
ションを可能にする。すなわち、エッジクランプを用い
ることなく、つまり、固定子が不要なまま、ウエハ14
のような基板の全面を覆うデポジションを許容するもの
である。好ましくは、位置決めバンプ35−35は、処
理環境中に塵埃が剥がれ落ちる原因になり得る尖った角
を避けるために丸く、たとえば、半球状になっている。
れたチャンバシステム2においては、基板支持部材16
は昇降機18に搭載され、第2垂直昇降機あるいは昇降
機構32によって垂直に可動されるピン30−30の配
置(arrangement )に対して相対的に垂直移動する。図
4に示す基板搬送ブレード34の統制された水平方向の
動作と連動した基板支持部材16と基板支持ピン30−
30(開口33−33を介して基板支持体16中に延び
ているピン)の統制された垂直動作は、チャンバ2に対
する基板の出し入れ(into and out)および基板支持部
材16に対する基板の載置・引上げ(onto and off)を
行う。さらに、昇降機18による基板支持部材16の垂
直動作は、ガス導入口および/またはスパッタリングタ
ーゲットのような原料供給源に対する相対的な高精度位
置決めを許容する。この種の自動基板交換・位置決めシ
ステムは、当該技術で知られており、例えば、1990
年8月28日に発行された発明者メイダン(Maydan)ら
による米国特許第4,951,601号に開示されてい
る。
性にも拘らず、このデポジションシールドシステム1
は、不要なデポジションに対する効果的シールドを提供
し、容易に離脱および交換を可能にする。ここで特記す
べきことは、図示の円筒形シールドシステム1は円形半
導体ウエハに対して形成されたものであるが、その他の
シールド形状も他の基板やチャンバの形状と適合すると
いう要求に応じて用いることができる。
6の対応する開口37−37を介して突き刺されている
複数のピン36−36の形式で設けられた間隔保持手段
(spacer means)は、基板支持体16のちょうど上面上
で基板14を支える。基板支持部材16とウエハ14の
間の小さな間隔50を備えることによって、間隔保持手
段は、基板縁で露出された基板支持部材の周辺部に沿っ
て堆積される材料が基板に付着すること、および支持部
材が基板に付着することを防止する。間隔保持手段は、
このように全ウエハデポジションを容易にする。ピン3
6−36の高さは、基板と基板支持体16との間に約
0.5〜1ミリメートルの隙間を与える程度が好まし
い。約1ミリメートルを超える間隔は、堆積材料を基板
の裏側に到達させるかもしれない。
6Aを示すものであり、この基板支持体16Aは、高速
の(higher rate )デポジション、典型的にはアルミニ
ウム、アルミニウムを含む化合物及び材料のような比較
的低ストレス材料の場合に適する。特筆すべきは、典型
的な処理がウエハに対して約1000オングストローム
の材料を堆積するものであり、その結果、支持体ペデス
タル16を洗浄する前に、およそ5000枚のウエハを
処理する。しかし、アルミニウムの厚さは、ウエハ毎に
10,000オングストロームにすることができる。裏
側へのデポジションの可能性があるという理由から、こ
のデポジションの厚さを増加させるために十分なほど間
隙50を広げることはできない。これに代えて、ここで
は、基板14の周囲に沿って基板支持体16Aに窪みあ
るい溝38が形成されている。溝38は、材料を基板に
付着させることなく、支持体上の基板の位置決め及び方
向付けを邪魔することなく、基板14の縁に沿った支持
体16上の(平面形状に関わる)堆積材料の付加的形成
を許容する。
手段は溝38中に位置しており、調整された長さに引き
延ばされた中心位置決め用ピン40−40を含んでい
る。細長いネジ付きセンタリング用ピン40−40は、
図1の、より小さな(より短い)センタリング用バンプ
あるいは突起35−35に代えて、貫通口を介して基板
支持体16Aに取り付けられている。また、ルーフ25
とその下の基板支持体との隙間51は、ルーフが基板に
接着してしまうことを防止している。さらに、内方に延
びたルーフの半径方向の長さのために、ルーフを支えて
いる表面に堆積材料が至らない。
て有効な材料には、ステンレス鋼、アルミニウム、チタ
ニウムおよび銅などが含まれる。ステンレス鋼は、洗浄
が比較的容易である点で好ましい材料である。アルミニ
ウムや銅は、ステンレス鋼に付着しないタングステンの
ような材料を堆積するときに望ましい。
ハ14、位置決め又はセンタリング手段(35または4
0)、基板支持部材16及びロボット搬送ブレード34
との関係を示す。この実施例において、位置決め手段
は、基板支持体16の近周辺部に沿って90度の間隔で
配置された4つの突起35−35を備え、基板の周囲3
60度にわたる位置決めを保証する。
ードの操作は周知であるが、操作のモードを再検討し、
各構成要素間の協働関係の理解を確実にする。ウエハ1
4を支持体16上に置くために、ウエハ14はロボット
ブレード34の上に位置決めされ、そのブレード34は
通常、チャンバ壁内のスリットバルブ制御(slit valve
-controlled )の開口又は他の適当な開口(図示せず)
を通じて、チャンバ内に挿入される。引っ込んだ(すな
わち低くなった)基板支持体16およびピン列30−3
0の上方にウエハを配置する。ピン30−30は、昇降
機32によって基板支持部材16に対して持ち上げら
れ、基板14をロボットブレード34から引き上げる。
ロボットブレード34は引き戻され、昇降機32とピン
30−30は基板支持部材16に対して下降する。これ
により、位置決め手段35−35によりセンタリングさ
れながら、基板はスペーサ支持ピン36−36上に基板
で堆積する。図示された実施例においては、昇降機18
は、処理領域やスパッタリング源(sputtering source
)やガス導入口などに対する、支持体16および基板
14の垂直位置を変化させ、製造処理を制御するために
利用することができる。
り出すために、ピン30−30は、開口33−33を介
して基板支持部材16に対して持ち上げられ、ついで、
ロボットブレード34が基板支持部材16と基板14と
の間に挿入され、スペーサ支持ピン36−36から基板
14を持ち上げる。昇降機32は、昇降ピン30−30
を引き下ろし、ロボットブレード34上で基板14を堆
積する。そして、ロボットブレード34と基板14はチ
ャンバから引き出される。
デポジション装置を図5を参照して説明する。図5は本
実施例に係るPVD装置を示す概略図である。
ド60、ターゲット70、ペデスタル80、リフタ90
を備えて構成される。シールド60は下方に延びるフラ
ンジ62を有し、ペデスタル80には当該フランジ62
が受容される円周溝82が形成されている。円周溝82
は、ペデスタル80が着脱自在に挿入できる程度に大き
く形成されている。この円周溝82の内側には、昇降ピ
ン30が貫通する昇降用穴84、昇降機18に取り付け
られるねじが挿入される穴86がそれぞれ形成されてい
る。昇降用穴84は、昇降ピン30と対応する位置に形
成されている。
入されたねじ9−9により昇降機18に固定されてい
る。昇降機18が上昇すると、図示のように、円周溝8
2にフランジ62が挿入し、チャンバ内壁はターゲット
70がある基板処理領域から遮断される。
ウエハがロボットにより搬送される。ロボットにより搬
送されたウエハは下面からリフタ90により持ち上げら
れ、その状態を保持する。この状態で、ロボットは戻
る。次に、ペデスタル80が下から上昇してウエハ14
をすくい上げ、ウエハ14をシールド60内まで持ち上
げる。その後、ウエハ14は基板処理領域でスパッタ処
理される。これらの一連の動作中での接触は、リフタ9
0とペデスタル80によるウエハ14の下面のみであ
る。これはウエハ14を搬送する上で、最低限度の接触
であり、その他の接触は全くない。
ハガレなどの異物発生が減り、構造が簡単なので内部治
具(プロセスキット)の交換寿命が伸びる。
ているので、基板処理領域の外側のチャンバあるいは機
構部へのデポジションを有効に防止することができる。
の簡略化された部分的垂直断面構成図である。
直断面構成図である。
を描いた図である。
手段およびロボット搬送ブレードの関係を示す簡略構成
図である。
部材、ウエハ中心位置決め手段およびロボット搬送ブレ
ードの関係を示す簡略構成図である。
ンバ、3…円筒形チャンバ壁、4…支持環、5…適合
板、6、9、12…ねじ、7…Oリング、8…チャンバ
処理領域、10…シールド部材、11…上部リップ、1
3…底壁、14…基板、15…フランジ、16、16A
…基板支持体(基板支持部材)、17…隙間、18…垂
直移動昇降機構、20…シールドリング、22…テーパ
付きフランジ、23…外側フランジ、25…ルーフ、3
0…基板支持用ピン、32…昇降機、34…ロボットブ
レード、35…位置決め用バンプ(位置決め手段)、3
6…スペーサ支持ピン、33、37…開口、38…窪み
又は溝、40…中心位置決め用ピン,51…隙間。
Claims (7)
- 【請求項1】 基板を取り囲むのに適し、基板処理中に
チャンバ領域近傍(adjacent)へのデポジションを防ぐ
密閉形状の壁手段(a wall means)と、 前記壁手段及び前記基板間で離脱自在(removable )に
配置できる形状を有し、前記基板の周辺近傍領域をデポ
ジションからシールドするシールドリングとを備えた、 チャンバ内で処理中の基板に対して制限的デポジション
(confining deposition)を行うためのシールド装置
(shield arrangement)。 - 【請求項2】 処理領域を取り囲む壁を有するチャンバ
と、 所定の基板支持位置で基板を支持する基板支持体と、 前記基板支持位置を取り囲み、基板処理中に前記チャン
バの内壁にデポジションが為されることを防ぐために前
記チャンバ内壁をシールドする壁状シールド手段(a wa
ll-like shield means)と、 前記基板と前記基板支持体との間に隙間を保って基板を
支持するため前記基板支持体上に設けられ、前記基板支
持体上にデポジションされた材料が基板に付着すること
を防ぐ間隔保持手段(spacer means)とを備え、 前記壁状シールド手段は、さらに、前記基板支持体の縁
から所定距離をおいて前記基板搭載位置(substrate mo
unting position )の周辺近傍で前記基板支持体の縁か
ら所定距離離れて位置する垂直フランジ、および前記フ
ランジ及び前記基板支持体(substrate holder)間の空
間に受容されて前記基板の縁の近傍で離脱可能に配置さ
れる下方に延びたフランジを含み前記基板支持体及び前
記シールド手段に重なり処理領域の外でのデポジション
を防ぐシールドリングとを備えるデポジション装置。 - 【請求項3】 前記基板支持体は、前記基板の周辺に沿
って設けられた位置決め手段を備え、前記基板を所定の
基板搭載位置に中心位置決めすべく前記基板の周縁に係
合する請求項2に記載のデポジション装置。 - 【請求項4】 前記基板支持体は、前記基板搭載位置の
周囲に沿って延在する溝又は窪み(groove or channel
)をさらに有し、前記基板支持体上における前記基板
の位置決めに支障を来たすことなく前記基板周辺の基板
支持体上にデポジションがなされる請求項2に記載のデ
ポジション装置。 - 【請求項5】 前記溝又は窪み内に設けられて前記基板
を所定の前記基板搭載位置に配置すべく前記基板の周辺
に係合する位置決め手段をさらに有する請求項4に記載
のデポジション装置。 - 【請求項6】 前記位置決め手段は、前記溝又は窪みに
沿って間隔を開けて配置された複数のピンを備えている
請求項5に記載のデポジション装置。 - 【請求項7】 基板の処理中にチャンバの周辺領域上に
デポジションされることを防ぐデポジション装置におい
て、 前記チャンバの一端部に装着される装着部、前記基板を
前記チャンバの内壁から隔離する隔離壁、および前記基
板を昇降するリフタ側に延びたフランジ部を有するシー
ルド部材と、 前記シールド部材のフランジ部が挿入される凹部、およ
び前記基板が搭載される基板搭載部を有する基板支持部
材と、 を備えるデポジション装置。
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