JP3831009B2 - 半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスパッタリングにより薄膜を形成するために用いられる半導体製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウェハに電極配線のような薄膜を形成させる際には、例えばスパッタリング装置のような半導体製造装置が従来から用いられている。このスパッタリング装置は真空チャンバ内で、通常はアルゴンをグロー放電又は高周波放電させてイオン化させたものを電極となるターゲットに衝突させ、それによりはじき出されるいわゆるスパッタリング現象を利用してターゲット原子を半導体ウェハに堆積させるものである。
【0003】
このスパッタリング装置においては、真空チャンバ内で半導体ウェハを支持するウェハ支持台が設けられ、その周囲には環状の支持台カバーが配置されている。ウェハ支持台の外周縁と係合するための内向き部分を有している。また、真空チャンバの内壁を保護するように、真空チャンバ内には筒状のシールドが配設されている。ここで、支持台カバー及びシールドのような部材はターゲットから飛散したターゲット原子によって汚染されるので、使用に応じて定期的に交換される。このため、従来一般には、ねじないしはボルトによってこれらの部材を取り外し可能に取り付けていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、スパッタリング装置は高真空下で用いられるので、使用に際しては、予め真空チャンバをベーキングによって加熱して真空チャンバ内の残留ガスをアウトガスさせている。また、成膜方法によっては、装置のウェハ支持台に加熱機能を持たせて半導体ウェハを加熱し、その上にターゲット原子を成膜させることもある。このように、真空チャンバ内を加熱した場合、装置を構成する部材の熱膨張率の相違によって前述したねじに大きな負荷が作用する。
【0005】
そこで本発明は上記の課題を解決するための半導体製造装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体製造装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバの上部に配置されたターゲットと、前記真空チャンバの内部に設けられ、前記ターゲットに対向配置されたウェハ支持台と、前記真空チャンバの内壁面を保護するために前記真空チャンバの内部に設けられた筒状のシールドと、前記シールドを所定の位置に支持するばね手段とを備え、前記シールドは交換可能であり、前記シールドは前記真空チャンバの一部分と共に前記ばね手段によって挟持されており、当該半導体製造装置はスパッタリング装置である。
したがって、このシールドはばね手段の有する弾性力によって支持されるため、部材間の熱膨張率差等の問題を回避することができる。
【0007】
本発明を有効に適用できる半導体製造装置は、図1に概念的に示されるように、真空チャンバ2と、真空チャンバ2の上部に配置されたターゲット3と、真空チャンバ2の内部に設けられ、ターゲット3に対向配置されたウェハ支持台4とを備えるスパッタリング装置1がある。係るスパッタリング装置においては、真空チャンバ2内の部材にターゲット原子が付着するため、適時交換しなければならない部材が相当あるからである。
【0008】
本発明の半導体製造装置がスパッタリング装置である場合には、前記の交換すべき部材としては真空チャンバ2の内壁面を保護するために真空チャンバ2の内部に設けられた筒状のシールド5a、5bがある。その場合、シールド5a、5bは真空チャンバ2の一部分6と共にばね手段7aによって挟持されるのが、脱着作業も簡便であり、好ましい。このばね手段7aは周方向に等間隔で複数配置されるのが望ましい。
【0009】
また、スパッタリング装置1の場合、前記シールドはウェハ支持台4の周囲に配置され且つウェハ支持台4の上面外周縁に係合可能な内向き部分を有した支持台カバー8が考えられ、その場合、ばね手段7bの少なくとも一部分を支持台カバー8及びウェハ支持台4の間に介在し、接面圧力を与えることにより支持台カバー8をウェハ支持台4に対して支持するようにするのがよい。特に、ばね手段7bは、支持台カバー8とウェハ支持台4との間に介在される部分と、支持台カバー8の一部を挟持する部分とからなる一体物であるのが、脱着の作業性もよく、好適である。また、ばね手段7bは周方向に等間隔で複数配置するのがよい。
【0010】
なお、ウェハ支持台4に対して支持台カバー8の周方向の回転を防止するための廻り止め手段を設けておくことが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
【0012】
図2は本発明が適用されたスパッタリング装置10の側断面図である。このスパッタリング装置10では、真空チャンバ20の上部に円形のターゲット30が配置されており、また、その裏面を蓋体32が支持している。蓋体32は容易に開放することができるように真空チャンバ20の上部に取り付けられている。
【0013】
ターゲット30と対向する位置には、半導体ウェハWを支持するための円板状のウェハ支持台40が設けられており、その内部には加熱機構(図示せず)が内蔵されている。ウェハ支持台40の下面にはウェハ支持台40を上昇又は下降させるための昇降機構(図示せず)から延びる駆動軸42が接続されている。
【0014】
また、ウェハ支持台40の周囲には環状の支持台カバー50が配置されている。図3に示されるように、この支持台カバー50はウェハ支持台40の上面外周部分と係合する内向き部分50aを有している。また、この内向き部分50aの上端部には環状の起立部50bが設けられ、半導体ウェハWの裏面を支持するだけでなく、ターゲット原子がウェハ支持台40の上面に回り込むことを防止している。さらに、支持台カバー50はその外縁から垂下する垂下部分50cを有している。この垂下部分50cの外周壁には傾斜部50dが設けられ、またその内周壁下部には突起部50dが全周にわたって設けられている。
【0015】
支持台カバー50の周囲には環状のカバーリング60が配置されており、真空チャンバ20に対して所定の高さ位置で固定されている。図示されるように、このカバーリング60の内側部分には内向き係合部及び下向き係合部60a、60bが設けられて、支持台カバー50がウェハ支持台40と共に上昇された場合、その上面外周縁及び傾斜部50cと係合するようにしている。
【0016】
図示実施形態では、支持台カバー50をウェハ支持台40に対して支持するように、好ましくは熱的に強いインコネル等からなる板ばね70(ばね手段)が用いられている。この板ばね70は、図3に明示されるように、支持台カバー50の傾斜部50cから突起部50dまでに至る部分を挟持するように形成された介装部70aと、ウェハ支持台40の外壁及び支持台カバー50の垂下部分内壁の間に接面圧力を与える鉤状の押圧部70bと、ウェハ支持台40の下面と係合してチャンバ内壁面に向かって傾斜した着脱傾斜部70cとを有している。このような形状を有する板ばね70は介装部70aによって支持台カバー50に対して固定され、また、押圧部70bによってウェハ支持台40に対して支持台カバー50を所定の位置に押圧支持することができる。
【0017】
板ばね70は、周方向に等間隔に3個以上配置されており、これにより支持台カバーはウェハ支持台40に同軸に配置される。
【0018】
なお、支持台カバー50がウェハ支持台40に対し周方向に回転するのを防止するために、廻り止め手段を設けるのがよい。この廻り止め手段としては、例えばウェハ支持台40の外周壁に溝部を設け、この溝部と嵌め合う凸部を支持台カバー50の垂下部分の内周壁に設けるもの等が考えられる。
【0019】
また、本発明では真空チャンバ20の一部分をなすアダプタ36が、真空チャンバ20の上端部と絶縁体34との間に介在している。アダプタ36は、その内径が真空チャンバ20の内径よりも小さく、その内周壁から上下それぞれの方向に延びさらに外向き方向に延びた外向きフランジ36a,bを有している。下側の外向きフランジ36aにはアダプタ36とウェハ支持台40との間を通過して真空チャンバ内壁面に進むターゲット原子を遮断するための筒状の第1のシールド80が取り付けられている。同様に、上側の外向きフランジ36bにも、アダプタ36及び真空チャンバ20を保護するために、筒状の第2のシールドが取り付けられている。これらのシールド80、82は、それぞれ対応した外向きフランジ36a、36bに板ばね72により支持されている。より詳細に述べるならば、各シールド80、82の上縁部分からは外向きフランジが設けられており、このフランジをアダプタ36に対応する36a、36bに重ね合わせ、これらのフランジをU字形状の板ばね72で挟み込むことにより、各シールド80、82を弾性的に支持している。この板ばね72は板ばね70と同様に、インコネルから作られるのが好ましい。板ばね72は周方向に等間隔で配置されており、16個以上設けられているのが好適である。なお、第1のシールド80の他端はカバーリング60のクランプ部70cに係止されている。
【0020】
このようなスパッタリング装置10において、支持台カバー50及びシールド80、82を所定位置に取り付けるには、まず、駆動機構によってウェハ支持台40を下方に予め移動させる。また、アダプタ36の外向きフランジ36a、36bに第1及び第2のシールド80、82の上端のフランジを板ばね72を用いて両者を挟持させるように取り付ける。さらに、板ばね70を支持台カバー50の垂下部分50cに取り付ける。
【0021】
つぎに、ウェハ支持台40の外周に支持台カバー50を下方に押し込むようにして嵌め込む。すると、板ばね70の着脱傾斜部70cがウェハ支持台40の上縁と係合し、且つ、支持台カバー50の下方移動に伴って外方に弾性的に押動される。さらに、支持台カバー50を下方に移動させると、着脱傾斜部70cはウェハ支持台50の外周面に沿って摺動し、最終的には支持台カバー50の内向き部分がウェハ支持台40の上面に接すると、着脱傾斜部70cは内方(真空チャンバ20の中心側)に復帰動作し、図3に示す状態になる。この状態においては、前述したように、板ばね70の着脱傾斜部70cがウェハ支持台40の段差部40aと係合し、板ばね70の押圧部70bが弾性によって変形して接面圧力がウェハ支持台40及び支持台カバー50の間に生じ、ウェハ支持台40に対して支持台カバー50は支持された状態となる。
【0022】
この後、アダプタ36を真空チャンバ20の上端に配置させると、シールド80、82はすでに板ばね72によってアダプタ36に取り付けられるので、同時に第1及び第2のシールド80、82も真空チャンバ内に配置される。そして、カバーリング60のクランプ部分60cに第1のシールドの他端が係止されるように、カバーリング60を真空チャンバ内に配置させ、最後に、絶縁体を介してターゲット30を支持した蓋体32をアダプタ36上部に配置させる。
【0023】
上述した作業は、ねじによってシールド80、82或いは支持台カバー50を固定した場合と比較すると手間を必要としないことから、作業に要する時間が非常に短い。したがって、真空チャンバ20の大気開放時間が短くなるので、真空チャンバ20の内壁面及び部材に水及びガスの分子の吸着量がねじで支持した場合と比べて減少する。
【0024】
以上のような構成のスパッタリング装置10を用いて半導体ウェハWの表面に成膜を行うためには、半導体ウェハWを支持台カバー50の起立部50bに支持し、図示されない真空ポンプにより真空チャンバ20の内部を真空排気する。この真空排気には真空チャンバ20の内壁に吸着した水などのガス分子を脱着させるために、真空チャンバ20全体を加熱するいわゆるベーキングを行う。
【0025】
ところで、真空チャンバ20内の各部材はその機能に応じてそれぞれ異なった材質が選定されるので、各部材の熱膨張率が異なっているのが一般的である。このため、ベーキングによる装置の熱膨張のような状態変化が生じるとき、第1及び第2のシールド80、82とアダプタ36との間、及びウェハ支持台40と支持台カバー50との間には相対運動が生じるが、板ばね80、82のもつ弾性によりこの相対運動は許容される。したがって、板ばね70、72及び板ばねに関係した部材が変形したり損傷したりすることはない。
【0026】
真空チャンバ20内で所望の真空度まで減圧されたならば、真空チャンバ20内に図示しないアルゴンガス供給源からアルゴンガスを供給し、グロー放電又は高周波放電を行う放電手段(図示せず)によってアルゴンガスを放電させることによりスパッタリングプロセスを行う。半導体ウェハWをウェハ支持台40の加熱による輻射熱を用いて700℃程度まで加熱する場合があるが、板ばね70、72の弾性作用により、ウェハ支持台40と支持台カバー50との間、及び、アダプタ36とシールド80、82との間に悪影響が及ぼされることはない。このため、ターゲット原子によって、実質上取り替えを行わない真空チャンバ20とウェハ支持台40とを汚染させることはなく、第1及び第2のシールド80、82と支持台カバー50とだけが汚染されるので、第1及び第2のシールド80、82と支持台カバー50とを定期的に交換するだけで事が足りる。
【0027】
支持台カバー50やシールド80、82を交換するために、これらを真空チャンバ20から取り外すには、前述の取り付け作業と逆の手順で行えばよい。すなわち、第1及び第2のシールド80、82については真空チャンバ20からアダプタ36ごと取り出した後、板ばね72を引き外すだけでよい。また、支持台カバー50は、ある程度の力で引き上げれば、板ばね70の着脱傾斜部70cが係合するウェハ支持台40の段差部40aから開放され、そのまま真空チャンバ20の外に持ち上げることができる。もちろん、板ばね70の着脱傾斜部70cを指等で外方に移動させて、支持台カバー50を持ち上げる等の手段を行ってもよい。このように、取り付け時と同様に、ねじによって固定された場合と比較すると手間を必要としないことから、取り外し時間が非常に短い。
【0028】
なお、上記実施形態では、シールド等を支持するためのばね手段として板ばねを用いているが、その形態については上記実施形態のものに限定されない。また、上では、板ばねのようなばね手段によって支持される、使用に応じて交換すべき部材としてシールド80、82及び支持台カバー50をあげたが、他の部材に対しても本発明を適用することができる。さらに、本発明の半導体製造装置はスパッタリング装置に限定されず、他の半導体製造装置、例えばスパッタリング装置以外のPVD装置、或いはCVD装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【0029】
【発明の効果】
本発明の半導体製造方法によれば、使用に応じて交換すべき部材はばね手段によって支持されているので、熱膨張したときにこの部材と被支持部材との間の熱膨張率の相違によって生じた部材の相対移動はばね手段によって許容される。したがって、この部材は変形したり損傷したりすることはなく、装置の寿命、信頼性が向上する。
【0030】
また、シールド等の交換部材を支持するばね手段は容易に取り付け及び取り外しができるので、そのような作業に要する時間が非常に短くなる。その結果として、真空チャンバの大気開放時間が短くなるので、真空チャンバの内壁及び装置を構成する部材に吸着する水及びガスの分子の量がねじで支持した場合と比べて減少する。このため、真空チャンバは短時間で排気され、所望の真空度にも容易に到達する。すなわち、本発明の半導体製造装置では、半導体ウェハの大型化に伴い装置の大型化を考慮すると、メンテナンスが非常に容易である。したがって、本発明の半導体装置では装置の稼働率が向上し半導体ウェハの量産化プロセスに適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体製造装置が適用可能なスパッタリング装置を概念的に示した断面図である。
【図2】本発明の半導体製造装置が適用されるスパッタリング装置の一実施形態装置を示した側断面図である。
【図3】図2に示したスパッタリング装置のA部の詳細断面図である。
【符号の説明】
1…スパッタリング装置、2…真空チャンバ、3…ターゲット、4…ウェハ支持台、5a、5b…シールド、7a,b…ばね手段、8…支持台カバー、10…スパッタリング装置、20…真空チャンバ、30…ターゲット、32…蓋体、34…絶縁体、36…アダプタ、36a…外向きフランジ、40…ウェハ支持台、40a…段差部、42…駆動軸、44…駆動伝達部材、46…ベロー、50…支持台カバー、50a…内向き部分、50b…起立部、50c…傾斜部、50d…突起部、60…カバーリング、60a…内向き係合部、60b…下向き係合部、60c…クランプ部、70…板ばね、70a…介装部、70b…押圧部、70c…着脱傾斜部、72…板ばね、80…第1のシールド、82…第2のシールド、W…半導体ウェハ。
Claims (6)
- 半導体製造装置であって、
真空チャンバと、
前記真空チャンバの上部に配置されたターゲットと、
前記真空チャンバの内部に設けられ、前記ターゲットに対向配置されたウェハ支持台と、
前記真空チャンバの内壁面を保護するために前記真空チャンバの内部に設けられた筒状のシールドと、
前記シールドを所定の位置に支持するばね手段と
を備え、
前記シールドは交換可能であり、
前記シールドは前記真空チャンバの一部分と共に前記ばね手段によって挟持されており、
当該半導体製造装置はスパッタリング装置である、ことを特徴とする半導体製造装置。 - 前記ばね手段は周方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
- 前記シールドは、前記ウェハ支持台の周囲に配置され且つウェハ支持台の上面外周縁に係合可能な内向き部分を有した支持台カバーであり、
前記ばね手段の一部分を前記支持台カバー及び前記ウェハ支持台の間に介在させ、接面圧力を与えることにより前記支持台カバーを前記ウェハ支持台に対して支持するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。 - 前記ばね手段は、前記支持台カバーと前記ウェハ支持台との間に介在される部分と、前記支持台カバーの一部を挟持する部分とからなることを特徴とする請求項3に記載の半導体製造装置。
- 前記ばね手段は周方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体製造装置。
- 前記ウェハ支持台に対して前記支持台カバーの周方向の回転を防止するための廻り止め手段を備えていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
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