JPH0777207B2 - 真空蒸着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェーハを化学蒸
着加工する装置に関する。本発明は、さらに特定する
と、化学蒸着加工中に半導体ウェーハに蒸着する金属を
前側端縁から排除しかつ裏側の蒸着を阻止するシールド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路構造体の形成中に半導体ウェー
ハ上に物質を蒸着させる場合には、ウェーハの裏側なら
びにウェーハの前面の端縁および端の端縁から蒸着金属
を排除することが望ましい。これは、例えば、接着を促
進するためのこのような表面の前処理がなされていない
ために、蒸着物質がこのような表面に通常存在する天然
の酸化物と蒸着しない場合に特に重要である。

【０００３】例えば、タングステンを化学蒸着加工によ
り半導体ウェーハ上の酸化珪素絶縁層に蒸着させるとき
に、この酸化物の表面は、蒸着させるタングステンがこ
の表面に適正に蒸着する前に、例えば、チタンタングス
テン（ＴｉＷ）または窒化チタン（ＴｉＮ）材料を予め
蒸着させることにより前処理されなければならない。タ
ングステンがウェーハの前面またはウェーハの裏面（こ
れらの表面はＴｉＷまたはＴｉＮで前処理されていな
い）に蒸着するときに、蒸着タングステンは適正に蒸着
せず、どちらかといえば、粒子として剥離する。これら
の粒子はその後のウェーハの加工に悪影響をおよぼす。

【０００４】従来技術のウェーハの化学蒸着加工用蒸着
装置においては、図１に示すように、半導体ウェーハ１
０の前面または頂面に蒸着させようとする物質、例え
ば、タングステンを含む蒸着ガスがウェーハ１０の上方
に配置されるように示したガス入口、すなわち、「シャ
ワーヘッド」２０を通して化学蒸着室に流入する。ポン
プリング２４が蒸着室の包囲リップ、すなわち、肩部２
６上に配置され、そして上にウェーハ１０が配置された
円形サセプター (susceptor)３０の外径（ＯＤ）に対し
て、サセプター３０の下方からの非反応性ガスの流れを
制御するように選択された内径（ＩＤ）を有している。
パージガスの流れの目的は、蒸着ガスがウェーハの端縁
および／または裏側に向かって通過することを阻止し、
すなわち、このような表面における所望されていない蒸
着の阻止を助けることである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、残念な
ことには、このような従来技術を使用すると、化学蒸着
加工による蒸着の間に、物質、例えば、タングステンが
半導体ウェーハの前側端縁、端末の端縁および裏側に依
然として蒸着することがあることが判明した。スタドレ
ー氏その他に発行された米国特許第4,９３2,３５８号明
細書には、化学蒸着チャック上のウェーハの外周のまわ
りでウェーハの裏側をチャックに対して保持する十分な
力で該ウェーハを押圧するシールドリングが開示されて
いる。このシールドリングはウェーハの前面と接触する
一つの表面と、チャックに接近するように延びる第二の
表面とを有し、それによりウェーハの端縁もまた化学蒸
着コーティングから除外される。しかしながら、シール
ドリングをウェーハと締付け係合しかつ離脱させ、そし
てシールドリングとウェーハとを整合状態に維持するた
めには、複雑な装着機構が必要である。

【０００６】それ故に、半導体ウェーハと係合してウェ
ーハの端縁および裏側をウェーハのこのような表面上の
望ましくない蒸着から保護する簡素化されたシールドリ
ング手段を提供することが望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は、
上に半導体ウェーハが載置されたサセプターが持ち上げ
られてウェーハをシールドリングと接触させるときにウ
ェーハの前側端縁と係合して蒸着ガスがこのような前側
端縁の表面ならびにウェーハの端の端縁および裏側と接
触することを阻止して、それによりウェーハの化学蒸着
加工の間にこのような表面を望ましくない蒸着から保護
するシールド手段を提供することにある。

【０００８】本発明の別の一つの目的は、上にウェーハ
が載置されたサセプターが持ち上げられてウェーハをシ
ールドリングと接触させたときにウェーハをシールドリ
ングに対して整合させるテーパがついた内縁を有するシ
ールドリングを備えたシールド手段を提供することにあ
る。本発明のさらに一つの目的は、上にウェーハが載置
されたサセプターが持ち上げられてウェーハをシールド
リングと接触させるときにシールドリングをサセプター
に対して整合させるテーパがついた内縁を有するシール
ドリングと、整合したテーパがついた外縁を有するサセ
プターとを備えた遮蔽手段を提供することにある。

【０００９】本発明のさらに一つの目的は、半導体ウェ
ーハの化学蒸着加工の間にウェーハの前側端縁と係合し
てウェーハの前側端縁の表面ならびに裏側を望ましくな
い蒸着から保護するシールド手段と、シールド手段がウ
ェーハと係合しないときに上にシールド手段が載置され
る化学蒸着室内の支持手段とを提供することにある。本
発明のさらに一つの目的は、半導体ウェーハの化学蒸着
加工の間にウェーハの前側端縁と係合してウェーハの前
側端縁の表面ならびに裏側を望ましくない蒸着から保護
するシールド手段と、シールド手段がウェーハと係合し
ないときに上にシールド手段が載置される化学蒸着室内
の支持手段と、シールド手段が支持手段上に載置された
ときにシールド手段を支持手段に対して横方向にかつ回
転するように整合させるためにシールド手段および支持
手段と組み合わされた整合手段とを提供することにあ
る。

【００１０】

【実施例】本発明のこれらの目的およびその他の目的は
以下の説明および添付図面から明らかであろう。さて、
図２ないし図６、そして特に図２および図５について述
べると、化学蒸着を行うことができる真空蒸着室全体を
符号２で示してある。真空蒸着室２は、ガス出口、すな
わち、シャワーヘッド２０の下方の垂直方向に移動可能
なサセプター４０に取り付けられたウェーハ１０を収納
している。ガス出口２０を通してプロセスガスが室２に
流入する。通常、室２内の支持手段７０上に載置される
シールドリング５０は、図５および図６に示すように、
サセプター４０およびウェーハ１０が室２内の蒸着位置
まで持ち上げられたときに、ウェーハ１０の前側端縁と
係合する。シールドリング５０は、ウェーハ１０の前側
端縁と係合することにより、以下に詳細に説明するよう
に、ウェーハ１０の頂面の端縁ならびにウェーハ１０の
端の端縁および裏側を蒸着から保護する。

【００１１】室２は複数個の相互に接続された真空加工
室内で半導体ウェーハにいくつかの加工工程を行うため
の多室からなる一体の加工装置の一つの室を備えること
ができる。このような多室からなる一体の加工装置は、
本発明の譲受人に譲渡されかつ本発明と相互参照するた
めにこの明細書に記載したメイダン(Maydan)氏その他の
米国特許第4,951,601 号明細書に開示され、特許権を請
求している。

【００１２】室２は、側壁部４と、頂壁部６と、底壁部
８とを含む。頂壁部６の流入管１２から流入するプロセ
スガスは、ウェーハの１０の上方に配置されたシャワー
ヘッド２０を通して真空室２中に放出される。パージガ
スが底壁部８を通って入口、すなわち、管１６から室２
に入る。真空ポンプと連絡した真空口１４もまた底壁部
８に配置することができる。シールドリング５０用の支
持手段７０を室２の側壁部４に作用するように連結する
ことができる。

【００１３】スリーブ、すなわち、スカート部材７６が
支持手段２０から底壁部８まで下方に延びて室２の底部
を真空出口１４と連絡した外側部分１５と、パージガス
が入口１６から流入する内側部分１７とに区分してい
る。支持手段７０のポンプ作用用穴、すなわち、開口部
７４は、プロセスガスおよびバージガスの両方を外側部
分１５に流入可能にし、外側部分１５からプロセスガス
およびパージガスが室２外に真空出口１４を介してポン
プ排出れる。

【００１４】室２内で上にウェーハ１０が支持されるサ
セプター４０は、テーパのついた側壁部４４を介して狭
い頂面４２に至る低い基面、すなわち、底面４１を有す
るディスク状の円形の金属製の部材からなっている。頂
面４２は、蒸着温度、例えば、約２００℃から約７００
℃までの範囲内の温度においてウェーハ１０の直径とほ
ぼ等しい直径になるように設計されている。

【００１５】サセプター４０は、リフト手段を介して室
２内で垂直方向に移動可能である。リフト手段は、限定
しない一例として、流体動力手段４６と、伸縮可能なリ
フト管手段４８とを備えることができる。リフト管手段
４８は作動流体または空気流体が流体動力手段４６によ
り該リフト管手段中にポンプ圧送されるときに該リフト
管手段を垂直方向に伸長させるためのベローズを有して
いる。図２はサセプター４０およびその上のウェーハ１
０を（図２および図３の両方に示したように）下降した
位置に配置させる引込み位置におけるリフト管手段４８
を示す。それと対照的に、図５はウェーハ１０上に所望
の材料を蒸着させる化学蒸着加工のために、サセプター
４０およびその上のウェーハ１０をシャワーヘッド２０
の下方の所定位置に持ち上げるために伸長した位置にお
けるリフト管手段４８を示す。

【００１６】本発明によれば、サセプター４０およびそ
の上のウェーハ１０が図５および図６に示すように作用
位置、すなわち、蒸着位置まで持ち上げられたときに、
ウェーハ１０の前側端縁（頂面の端縁）がシールドリン
グ５０の内側リップ５６の上面と係合して、シールドリ
ング５０を該シールドリングがウェーハ１０と係合しな
いときに上にシールドリングが通常載置される支持手段
７０から離れるように持ち上げる。

【００１７】シールドリング５０は、図４の上面図から
理解されるように、全体として円形の、中央開口部を有
する全体として円形の、すなわち、ドーナツ形の形状を
有し、この中央開口部は半導体ウェーハに見られる慣用
の配向用平坦部分に相当する平坦な端縁５１をその片側
に有している。シールドリング５０は、金属、例えば、
アルミニウム、ステンレススチール、ニッケル、モネル
または蒸着装置の構成材料、すなわち、すべてが慣行的
にアルミニウムまたはステンレススチールで製造される
壁部、サセプター、シャワーヘッド等に使用されるその
他の材料と相容性を有する任意のその他の金属で構成す
ることができる。しかしながら、シールリング５０は、
（１）加工中に使用される作用温度と相容性を有し、
（２）室内の真空状態と相容性を有し、すなわち、ガス
を発生せず、かつ（３）蒸着プロセスに使用される材料
に化学的に不活性であり、すなわち、非反応性非金属材
料で構成されることが好ましい。

【００１８】蒸着プロセスに使用される材料がシールド
リングに蒸着することがあり、シールドリングの清掃を
必要とすることがあるので、好ましい実施例におけるシ
ールドリング５０は、セラミック材料、例えば、酸化ア
ルミニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、窒化硼素、
酸化ジルコニウム、弗化マグネシウムまたは石英で構成
されるべきである。また、シールドリング５０は、基礎
材料、例えば、アルミニウムで構成し、その後上記の基
準と合致した非金属材料、例えば、上記のセラミック材
料の被覆、または基礎材料の陽極酸化されたコーティン
グ、例えば、アルミニウムシールドリングを陽極酸化す
ることにより該−シールドリング上に形成された酸化ア
ルミニウムのコーティングにより被覆することができよ
う。

【００１９】シールドリング５０の中央開口部は、サセ
プター４０のテーパ外縁４４とほぼ同じテーパ角を有
し、すなわち、整合したテーパを有するテーパ内縁５４
をその下面に備えている。テーパ内縁５４の上端部は内
側リップ５６に終端している。また、内側リップ５６
は、テーパ内縁５４から円周方向に内方に所定距離だけ
延びてウェーハ１０の前側端縁上に延びるような寸法に
形成されている。内側リップ５６は下面５７を有してい
る。下面５７は該下面とウェーハの表面とを平坦に接触
させてそれらの間にプロセスガスの通過を阻止するシー
ルを形成するために平坦でありかつウェーハ１０の表面
に平行である。

【００２０】シールドリング５０の内側リップ５６によ
りウェーハ１０の前側端縁、すなわち、頂面の端縁を遮
蔽する最小の量、すなわち、範囲は、プロセスガスがウ
ェーハ１０の端の端縁および裏面に達することを阻止す
るシールを少なくともそれらの間に形成するために十分
な量である。シールドリング５０の内側リップ５６によ
りウェーハ１０の前側端縁を遮蔽する実際の量は、少な
くともある蒸着プロセスにおいては、以前の加工工程に
よるウェーハ１０の頂面の遮蔽範囲によりさらに支配さ
れる。例えば、タングステンをウェーハ１０の酸化珪素
の表面、すなわち、基体自体の酸化物でコーティングさ
れた表面または以前に形成されたエピタキシャルシリコ
ン上の酸化物のコーティングまたはポリシリコンの表面
上に蒸着させるときに、タングステン層を適正に接着さ
せ、すなわち、タングステンの粒子が剥離することを阻
止するために、酸化珪素を別の材料、例えば、ＴｉＷま
たはＴｉＮにより前処理しなければならない。もしもこ
のような前処理工程がウェーハの端の端縁まで到達しな
かったとすれば、このように前処理されなかった領域
は、このような保護されていない表面上の蒸着およびそ
の結果生ずる粒子の形成を阻止するために、シールドリ
ング５０の内側リップ５６により遮蔽されなければなら
ない。それ故に、内側リップ５６は、通常、所望のシー
ルを行いかつ前側端縁を遮蔽するために約1.５mmから約
６mmまでの範囲内、代表的には約５mmの距離だけウェー
ハの前側端縁にわたって内方に延びるような寸法に構成
される。

【００２１】シールドリング５０のテーパ内縁５４の頂
部の内径は、サセプタ４０の頂面の外径よりも僅か大き
く、すなわち、約１mmだけ大きくしてあり、一方テーパ
がついた内縁５４における底部のシールドリング５０の
内径はサセプター４０の底部４１の外径よりもほぼ同じ
量だけ大きくしてある。この許容差は少なくとも二つの
理由から設けられている。第一に、この許容差は、サセ
プター４０およびシールドリング５０を構成するに際し
て異なる材料が使用された場合に熱膨脹の差を補正する
ために設けられる。また、この許容差は、サセプター４
０およびその上のウェーハ１０がシールドリング５０と
接触する位置まで持ち上げられるときに、シールドリン
グ５０がシールドリング５０のテーパ内縁５４とサセプ
ター４０のテーパ外縁４４との間の接触により支持され
ないで、むしろ内側リップ５６の下面とウェーハ１０の
頂面との接触により支持されてそれらの間のシール作用
を高めることを保証するために設けられる。

【００２２】サセプター４０の外縁４４およびシールド
リング５０の内縁５４を同じ角度、通常約３０°であり
約１５°から約６０°までの範囲内で変更可能な角度だ
けテーパをつけ、すなわち、整合テーパをつけることに
より、サセプター４０（およびその上のウェーハ１０）
に対するシールリング５０のいかなる整合不良をもシー
ルドリング５０を横方に変位させ、すなわち、摺動させ
てサセプター４０と整合させるようにそれぞれのテーパ
がついた表面を接触させることにより修正することがで
きる。

【００２３】シールドリング５０のテーパ外縁５４は、
ウェーハ１０がサセプター４０上に共軸をなして整合す
るように配置されていないときにウェーハ１０を潜在的
に横方向に整合させる付加的な機能をはたす。図７から
理解されるように、ウェーハ１０がサセプター４０に対
して整合していないときに、サセプター４０の頂面４２
を越えて延びるウェーハ１０の端縁１１は、サセプター
４０およびウェーハ１０が所定位置に持ち上げられると
きに、シールドリング５０のテーパ端縁５４と接触す
る。ウェーハ１０の重量がシールドリング５０の重量に
対して比較的に軽いために、サセプター４０およびその
上のウェーハ１０が上昇し続けるときに、ウェーハ１０
を横方向に移動させてウェーハ１０をサセプター４０に
対して再整合させる。

【００２４】シールドリング５０は、サセプター４０お
よびウェーハ１０と係合していないときに、支持手段７
０上に載置されることにより室２内に支持される。支持
手段７０は室２の側壁部４と固定された円形の肩部、す
なわち、支持ブラケットを備えることができる。また、
別の態様として、支持手段７０それ自体は、室２の側壁
部４に固定された剛性の支持部材により順次支持される
リングを備えることができる。

【００２５】好ましい一実施例においては、シールドリ
ング５０は、サセプター４０およびウェーハ１０がシー
ルドリング５０との係合から離脱して下降せしめられた
とき、すなわち、図２および図３に示した位置にあると
きに、相互に作用するシールドリング５０の下面および
支持手段７０の上面上に担持された整合手段により支持
手段７０に対して回転するように整合した状態に維持さ
れる。整合手段は、これらの図（ならびに図４の
（Ａ）、（Ｂ）、図５および図６）に示すように、支持
手段７０の上面に設けられた面取りされたピン、すなわ
ち、テーパピン７２を備えることができる。ピン７２は
シールドリング５０の下面に形成されかつ半径方向に外
側に延びる同様に面取りされた、すなわちテーパがつい
たスロット開口部５２内に受け入れられる。シールドリ
ング５０が支持手段７０上に下降せしめられたときに、
もしもシールドリング５０が支持手段７０に対して回転
するように整合していなければ、ピン７２および開口部
５２のそれぞれの面取りされた側縁が相互に接触してシ
ールドリング５０を支持手段７０に対して回転整合状態
にもどすように移動し、それにより平坦な部分５１が同
じ向きを維持する。

【００２６】また、シールド手段５０は、その外縁の少
なくとも下側部分に沿ったテーパのついた外面、すなわ
ち、テーパ端縁５８を備えることができる。テーパ端縁
５８は支持手段７０に設けられた同様にテーパのついた
内縁７８と整合している。シールドリング５０がサセプ
ター４０により支持手段７０から離れて持ち上げられる
ときに、テーパ端縁５８および７８は協働してパージガ
ス、すなわち、反応しないガス、例えば、アルゴン、ヘ
リウムまたは同様なガスを図５に示すように室２内のウ
ェーハ１０の下方から通過させるための通路を形成す
る。このようなパージガスは室２内のプロセスガス、す
なわち、蒸着ガスをウェーハ１０の上方の空間内に閉じ
込めてウェーハ１０上の蒸着を容易にしかつ室２内のほ
かの場所における望ましくない蒸着を阻止する作用をす
る。

【００２７】さらに、この点については、本発明の構造
において、パージガスが通常ウェーハ１０の端の端縁と
シールドリング５０の内縁との間を通過しない間に、も
しもウェーハ１０とシールドリング５０との間になんら
かの通路、すなわち、開口部が存在すれば、すなわち、
もしもウェーハ１０の前縁端縁とシールドリング５０の
リップ５６の下面５７との間が不完全にシールされれ
ば、パージガスがこのような開口部を通過して、それに
よりこのような開口部を通してのウェーハ１０の遮蔽さ
れた部分への、すなわち、ウェーハ１０の前側端縁、端
の端縁および裏側へのプロセスガスの望ましくない通過
を阻止することを述べるべきである。

【００２８】したがって、本発明はサセプタおよびその
上のウェーハが蒸着位置まで持ち上げられたときにウェ
ーハの頂面と係合される蒸着室内のシールドリングを備
えた化学蒸着加工中に半導体ウェーハの前側端縁、端の
端縁および裏側における蒸着物質の望ましくない蒸着を
阻止する手段を提供するものである。サセプタおよびシ
ールドリングにそれぞれ形成された整合したテーパ面に
より、シールドリングをサセプタに対して整合させると
共にウェーハをシールドリングに対して整合させること
が可能になる。シールドリングがウェーハと係合されな
いときにシールドリングを支持するために使用されるシ
ールドリングおよび支持手段に設けられた整合手段によ
り、シールドリングを支持手段に対して整合させること
が可能になる。シールドリングおよび支持手段にそれぞ
れに形成された整合したテーパ面は、シールドリングが
ウェーハにより支持手段から離れて持ち上げられたとき
にパージガスの通路を形成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウェーハの化学蒸着加工に使用される従
来技術の装置の部分垂直横断面図である。

【図２】蒸着装置上のサセプターおよび半導体ウェーハ
を支持手段上に載置されたシールドリングに対して下降
した非係合位置で示した本発明により構成された化学蒸
着装置の垂直横断面図である。

【図３】ウェーハおよびサセプターとのシールドリング
の非係合状態を示しかつ支持手段上のシールドリングを
示した図２に示した蒸着装置の一部分の拡大部分垂直横
断面図である。

【図４】（Ａ）は、回転整合スロットおよび該スロット
内の支持部材上の整合ピンを示した本発明のシールドリ
ングの底面図、（Ｂ）は、整合スロットおよびその内部
のピンを示した図４のシールドリングの拡大部分図であ
る。

【図５】サセプターおよびウェーハを支持手段から離れ
て持ち上げられたシールドリングと係合した持ち上げら
れた位置で示した図２の化学蒸着加工装置の垂直横断面
図である。

【図６】ウェーハおよびサセプターとのシールドリング
の係合状態を示しかつ支持手段から離れて持ち上げられ
たシールドリングを示した図５に示した蒸着装置の一部
分の拡大部分垂直横断面図である。

【図７】ウェーハが偏よった、すなわち、不整合位置に
あり、そしてシールドリングのテーパ端縁と係合されて
ウェーハを整合位置にもどすように押圧する状態を示し
た図２に示した装置の一部分の拡大部分垂直横断面図で
ある。

【符号の説明】

２ 真空蒸着室 １０ ウェーハ ２０ シャワーヘッド ４０ サセプター ４１ 底面 ４２ 頂面 ４４ テーパ外縁 ４６ 流体動力手段 ４８ リフト管手段 ５０ シールドリング ５２ スロット ５４ テーパ内縁 ５６ 内側リップ ５８ テーパ外縁 ７０ 支持手段 ７２ ピン ７８ テーパ内縁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メイ チャン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クーパーティノ イースト エス テータス ドライヴ 863

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスガスを与えながら加工物の前面
   を処理する処理装置において、 （ａ）包囲された処理室と、 （ｂ）プロセスガス混合体を処理室領域内に供給するプ
   ロセスガス流入手段と、 （ｃ）加工物の前面がプロセスガスに対して露出される
   ように加工物を支持する加工物支持手段と、 （ｄ）加工物よりも大きくかつ開放された中心部分を有
   するバリヤ部材と、 （ｅ）前記開放された中心部分を囲むバリヤー部材の内
   縁が加工物の前縁に対しシールしつつ当たるようにバリ
   ヤー部材を位置決め、それにより、プロセスガス混合体
   が加工物の後部に接触するのをバリヤー部材によって防
   止する手段と、を備えた装置。