DE69118085T2

DE69118085T2 - Differentialdruck-Haltungssystem für CVD-Anlage

Info

Publication number: DE69118085T2
Application number: DE69118085T
Authority: DE
Inventors: Steven C Selbrede
Original assignee: Genus Inc
Current assignee: Genus Inc
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-11
Also published as: US5383971A; JPH06342760A; EP0480735A1; US5094885A; DE69118085D1; EP0480735B1

Description

Diese Erfindung betrifft chemische Aufdampfverfahren, die insbesondere auf Scheiben bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden dünne Filme aus verschiedenen Materialien auf Scheiben eines halbleitenden Materials ausgeformt. Speziell ausgewählte Bereiche der aufgebrachten Filme werden entfernt, um Strukturen und einen Schaltkreis zu formen. Das chemische Aufdampfen (CVD) ist ein gut bekanntes Verfahren zum Aufbringen solcher dünnen Filme. Polysilikon, beispielsweise, schlägt sich aus Silangas, SiH&sub4;, nieder. Ähnlich schlägt sich Wolframsilizid aus einer Mischung von Gasen nieder, die Silan und ein Wolfram enthaltendes Gas, wie Wolframhexafluorid, enthalten. Reines Wolfram wird auch auf Siliziumscheiben bei der Herstellung von integrierten Schaltungen abgelagert.
In einem typischen CVD-Verfahren werden Scheiben auf Träger in einer Kammer plaziert, die Kammer wird abgedichtet und evakuiert, die Scheiben werden erwärmt, typischerweise durch Aufheizen des Scheibenträgers, und eine Gasmischung wird in die Kammer eingeführt. Typischerweise findet das Gasströmen kontinuierlich während des Herstellens statt. Die Temperatur einer zu beschichtenden Scheibe ist eine der Variablen, die die chemische Reaktion antreibt, um Wolfram dazu zu bringen, abgelagert zu werden. Es ist wichtig, die Temperatur, die relative Konzentration der verschiedenen Gase in der Mischung und solche Charakteristiken, wie die Gleichmäßigkeit des Gasflusses über die beschichtet werdende Oberfläche, unter anderem variable zu steuern. Eine gleichmäßige Dicke einer abgelagerten Schicht ist wichtig.
Eine der wichtigen Variablen zum Liefern einer Beschichtung von uniformer Dicke mit einem CVD-Verfahren ist die Gleichmäßigkeit der Temperatur über die Oberfläche der zu beschichtenden Scheibe. Die Aufbringungsrate in einem CVD-Verfahren hängt, unter anderen Variablen, von der Temperatur der Scheibe ab, so daß eine nicht gleichmäßige Temperatur zu einer CVD- Beschichtung von ungleichmäßiger Dicke führen wird.
Es ist typisch für eine CVD-Vorrichtung, eine Scheibe auf einer flachen Fläche, wie einer Fläche eines Mittelturms, zu stützen. Der Turm wird erwärmt, um die Scheibe aufzuwärmen. Es ist auch bekannt, eine Scheibe auf einer CVD-Einspannvorrichtung getrennt von, aber angebracht an einem Mittelturm zu tragen, und die Einspannvorrichtung zu heizen, um die Scheibe zu heizen. Diese Anordnung läßt eine niedrigere thermische Masse für die Einspannvorrichtung und demgemäß eine schnellere Temperaturantwortszeitdauer zu. Es ist auch bekannt, eine Scheibe mechanisch gegen eine Einspannvorrichtungsfläche an verschiedenen Punkten um den Umfang einer Scheibe oder über einen durchgehenden Ring zu drücken.
In all diesen Fällen, in denen eine Scheibe auf einer flachen Fläche getragen und die Fläche erwärmt wird, um die Scheibe aufzuwärmen, selbst wenn eine Scheibe mechanisch in eine Fläche gedrückt wird, ist die Scheibe nicht überall in tatsächlichem Kontakt mit der Aufwärmfläche. Wirklich guter Kontakt ist nicht im Bereich des Möglichen von Maschinentoleranzen. Der Kontakt besteht an einer Anzahl von Punkten oder kleinen Bereichen, und der Rest der Scheibenfläche ist nahe benachbart zu der Einspannvorrichtungsfläche, aber nicht in Berührung mit derselben. Wärmeübertragung von einer Einspannvorrichtung auf eine Scheibe ist demgemäß weniger effizient als erwünscht.
Da es keinen guten Kontakt zwischen einer Scheibe und einer Einspannvorrichtungsfläche gibt, besteht normalerweise ein erheblicher Unterschied zwischen der Temperatur einer Einspannvorrichtung und einer Scheibe auf der Einspannvorrichtung. Es ist nicht ungewöhnlich für den Temperaturunterschied, mehr als 100 Grad Celsius zu betragen. Außerdem ist die Wärmeübertragung an den Punkten, an denen die Scheibe tatsächlich die Einspannvorrichtung berührt, sehr viel effizienter, als dort, wo keine Berührung stattfindet, so daß es typischerweise kleine Bereiche auf der Scheibe an den Kontaktpunkten gibt, die wärmer als die Bereiche entfernt von den Kontaktpunkten sind. Diese kleinen Bereiche werden "heiße Flecken" genannt. Heiße Flecken können zu einer nicht gleichmäßigen Ablagerung führen.
In den meisten Fällen wird ein Schaltkreis nur auf einer Seite einer Scheibe ausgebildet. Die nicht für eine Schaltung verwendete Seite wird die Rückseite der Scheibe genannt. Es ist wichtig, daß die Rückseite einer Scheibe glatt und sauber gehalten wird, und daß, im allgemeinen, wenig oder kein Material auf der Rückseite abgelagert wird.
Eine andere wichtige Charakteristik beim Herstellen von integrierten Schaltungen ist das Aufschichten von verschiedenen Materialien. Dabei ist es wichtig, daß die aufgebrachten Lagen gut an dem Grundscheibenmaterial oder der nächst darunterliegenden Schicht anhaften, so daß das beschichtete Material nicht abplatzt oder abschält. Die Abmessungen der Strukturen und der Schaltung bei integrierten Schaltungstechnologien sind sehr klein, so daß irgendein ungewolltes Abblättern oder Abschälen leicht die Strukturen oder den Schaltkreis zerstören kann. Auch können Splitter von einer nicht anhaftenden Schicht empfindliches Zubehör zerstören und fordern ein häufigeres Reinigen der Beschichtungsvorrichtung, als ansonsten nötig wäre. Das zusätzliche Reinigen erniedrigt die Produktionszeit. Reinigungsprozeduren, wie Ionenbombardment, werden auch verwendet, um Scheibenoberflächen zu präparieren, um Schichten anzunehmen, die durch chemisches Bedampfen abgelagert werden.
Es ist normalerweise wünschenswert, Vorbehandlungsschritte durchzuführen und Haftschichten (wenn verwendet) abzulagern, während eine Scheibe in der gleichen Kammer und auf der gleichen Vorrichtung aufgebracht ist, die verwendet werden wird, um das CVD durchzuführen. Da die Scheiben typischerweise in der CVD-Kammer mit der Rückseite gegen ein Trageglied aufgebracht sind, ist nur die Frontseite vorliegend für Bearbeitungsschritte, die dem Erhöhen des Anhaftens dienen. Wenn nur die Frontseite gereinigt oder auf andere Weise behandelt wird, erhöht das Beschichten der Rückseite die Möglichkeit des Abschälens oder Abblätterns an Kanten.
Die Tatsache des nicht innigen Kontakts zwischen einer Scheibe und der Einspannvorrichtung und die Schwierigkeit des Herstellens einer Abdichtung, die undurchlässig für Gas ist, zwischen einer Scheibe und einer Einspannvorrichtung, führt zu Kanten- und Rückseitenbeschichtungsproblemen. Auch da das Reinigen und andere Vorbehandlungen normalerweise nur effektiv auf der Frontfläche durchgeführt werden, ist es wahrscheinlicher, daß die Ablagerung auf der Kante und der Rückseite einer Scheibe abblättert und abschält.
Intrusion von Beschichtungsgasen zu der Kante und der Rückseite einer Scheibe stellt noch eine andere Schwierigkeit dar. Diese Intrusion führt zu einer Ablagerung auf der Einspannvorrichtungsfläche. Diese Ablagerung ist auf der Einspannvorrichtungsfläche akkumulativ, während sie eine sehr kleine Menge auf der Kante oder Rückseite einer Scheiben darstellen mag. Eine neue Scheibe wird auf die Einspannvorrichtung aufgesetzt für jeden Beschichtungszyklus, aber die gleiche Einspannvorrichtungsfläche wird nach und nach beschichtet.
In den Fällen, in denen eine Scheibe direkt auf der Einspannvorrichtung aufliegt, selbst wenn nur längs des Umfangs der Scheibe, kann eine Akkumulation des über die Zeit beschichteten Materials zu Problemen führen, wie Abblättern und nicht passender Sitz der Scheibe auf der Einspannvorrichtung. Ein anderes schwerwiegendes Problem ist, daß eine auf der Einspannvorrichtung abgelagerte Beschichtung normalerweise aus einem anderen Material sein wird als die Einspannvorrichtung und ein unterschiedliches Emissionsvermögen als das Einspannvorrichtungsmaterial haben wird. Dies kann ein ungleichmäßiges Erwärmen der Scheibe hervorrufen und zu einer ungleichmäßigen Ablagerungsdicke führen.
Bei CVD-Verfahren ist es vor recht kurzer Zeit machbar geworden, bei viel höheren Drücken zu arbeiten, als in der Vergangenheit üblich war. Ein höherer Gesamtdruck für Verfahrensgase kann zu einer besseren Lochfüllungseffizienz und besseren Abdeckungsbearbeitung führen, als es bei einem niedrigeren Druck möglich ist. Ein höherer Beschichtungsdruck kann auch eine höhere Ablagerungsgeschwindigkeit, somit höheren Durchsatz an Scheiben für ein CVD-System, fördern. Bei Verfahren, die in der Vergangenheit den typischen Gesamtdruck von weniger als 130 Pa (1 Torr) hatten, sind Verfahren bei 2,5 kPa (200 Torr) und höher machbar geworden. Bei höheren Drücken ist es viel schwieriger, ein Kanten- und Rückseitenbeschichten zu verhindern, als bei einem Verfahren mit einem niedrigeren Gesamtdruck.
Was gebraucht wird, ist ein Lösungsweg für ein CVD-Bearbeiten, der die Temperaturgleichmäßgikeit erhöht, während das Kanten- und Rückseitenbeschichten reduziert wird. Idealerweise wird solch eine Vorrichtung und solch ein Verfahren eine niedrige thermische Masse haben, die eine schnelle Reaktion auf eine Temperaturänderung liefert. Die Vorrichtung sollte auch dazu fähig sein, eine aufgebrachte Scheibe ohne Aufwärmen anderer dem Beschichtungsgas ausgesetzter Flächen aufzuwärmen, so daß eine Minimalmenge an übermäßigem Beschichten herbeigeführt wird. Die benötigte Vorrichtung sollte ferner dazu fähig sein, diese Vorteile bei Gesamtdrücken zu erreichen, die viel höher als gegenwärtig für CVD-Verfahren verwendete Drücke sind.
In EP-A-0 456 372, die unter Art. 54 (3) EPÜ fällt, sind Vorrichtungen und Verfahren zum Verhindern der Kanten- und Ruckseitenbeschichtung von Scheiben beim CVD-Bearbeiten beschrieben. Ein Scheibendichtring mit einer kontaktlosen Dichtung zu der CVD-Einspannvorrichtung wird über die Scheibe gedrückt, kontaktiert die Scheibe um den Außenumfang und drückt die Scheibe gegen die Einspannvorrichtung. Der Dichtring bildet einen Ringraum um die Scheibe herum und eine kontaktlose Dichtung für eine Fläche der Einspannvorrichtung. Ein inertes Gas wird durch die Einspannvorrichtung direkt in das Ringvolumen eingefügt und fließt von dem Ring durch die kontaktlose Dichtung, wodurch Gas davon abgehalten wird, in den Bereich der Kante und Rückseite der Scheibe zu gelangen.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Verhindern einer Beschichtung auf dem Vorderseitenumkreis, der Kante und der Rückseite einer Scheibe während des Bearbeitens in einer CVD-Kammer geliefert, umfassend:
ein Haltemittel zum Halten der Scheibe während des Bearbeitens;
ein Enleerraummittel zum Bilden eines Schlitzes mit der Vorderseite der Scheibe um den Umfang derselben, das einen Entleerraum um die Scheibe herum bildet, isoliert von der CVD- Kammer, außer für den Schlitz, und eine Öffnung aufweist, die den Rest der Vorderseite der Scheibe der CVD-Kammer aussetzt; und
ein Ausblasgaseinlaßmittel zum Zuführen eines Ausblasgases in den Entleerraum, um durch den Schlitz von dem Entleeraum zu der CVD-Kammer zu fließen und der Diffusion des Beschichtungsgases von der CVD-Kammer zu dem Vorderseitenumkreis, der Kante und der Rückseite der Scheibe entgegenzuwirken.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Durchführen eines CVD-Verfahrens geliefert, umfassend eine wie oben beschriebene Vorrichtung und eine CVD- Kammer zum Enthalten von Beschichtungsgasen, in der das Verfahren durchgeführt wird;
ein Beschichtungsgaszuführmittel zum Zuführen von Beschichtungsgasen zu der Kammer und
ein Aufheizmittel zum Aufheizen einer Scheibe während des CVD- Verfahrens.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der gegenwärtigen Erfindung wird ein Verfahren zum Verhindern einer Vorderseitenumkreis-, Kanten- und Rückseitenbeschichtung auf einer Scheibe während eines CVD-Bearbeitens in einer CVD-Kammer geliefert, umfassend die folgenden Schritte:
Plazieren einer Scheibe auf einer Scheibenhalterung in der CVD-Kammer vor dem Beginnen des CVD-Bearbeitens;
Umgeben der Scheibe mit einem Entleerraummittel, das einen Schlitz mit der Vorderseite der Scheibe um den Umkreis derselben bildet, einen Entleerraum um die Scheibe bildet, isoliert von der CVD-Kammer, mit Ausnahme des Schlitzes, wobei das Entleerraummittel eine Öffnung aufweist, die den Rest der Vorderseite der Scheibe der CVD-Kammer aussetzt; und
Zuführen eines Ausblasgases in den Entleerraum, um durch den Schlitz von dem Entleerraum zu der CVD-Kammer zu fließen und der Diffusion des Beschichtungsgases von der CVD-Kammer zu dem Vorderseitenumkreis, der Kante und der Rückseite der Scheibe entgegenzuwirken.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung zum Verhindern der Vorderseitenumkreis-,Kanten- und Rückseitenbeschichtung auf einer Scheibe eine Kammer zum Durchführen einer CVD-Bearbeitung, einer Halterung mit einem Entleerraum und flexible Scheibenträger, die von der Halterung getragen werden. Ein bewegbarer Klemmring, der Kontaktpolster aufweist, kontaktiert eine Scheibe auf den flexiblen Scheibenträgern, wodurch ein Schlitz mit der Vorderseite der Scheibe um den Umfang derselben gebildet wird. Der Klemmring zwingt die Scheibe gegen die flexiblen Scheibenträger, wodurch die Träger deformiert werden, kontaktiert den Lagerblock und bildet, mit dem Entleerraum und der Scheibe, eine Umhüllung, getrennt von der Beschichtungskammer.
Ein Erhitzer innerhalb des Entleerraums heizt die Scheibe auf, Beschichtungsgas wird in die Verarbeitungskammer eingeführt, und Ausblasgas wird in den Entleerraum eingeführt, um durch den Schlitz herauszufließen, wodurch Beschichtungsgas davon abgehalten wird, zu der Kante oder der Rückseite der Scheibe während des Bearbeitens zu gelangen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Scheibenträger Blattfedern, und bei einer alternativen Ausführungsform kontaktieren Keramikknöpfe, die an den Federn angebracht sind, tatsächlich die Scheiben.
Der Erhitzer in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein pyrolytischer Kohlenelektrodenerhitzer und wird während des Betriebs getrimmt, um die Scheibe gleichmäßig aufzuwärmen. Temperaturgleichmäßigkeit wird durch getrenntes Anordnen des Erhitzers von der Scheibe um einen Abstand von zumindest 10- mal der Länge der mittleren freien Weglänge des Ausblasgases bei dem Druck und der Temperatur des Ausblasgases während des Bearbeitens erhöht. Ferner sorgt der minimale Kontakt des Klemmrings mit der Scheibe und das Tragen der Scheibe auf flexiblen Trägern für die Scheibenvorderseite dafür, daß sie die einzig dem Beschichtungsgas bei der Beschichtungstemperatur ausgesetzte Fläche ist. Dadurch, daß ein Erhitzer mit einer relativ kleinen Masse innerhalb des Entleerraums verwendet und das Aufwärmen der Scheibe primär mit kleiner Masse durchgeführt wird, kann das Aufwärmen schnell erreicht werden, und Abkühlen kann genauso schnell erreicht werden.
Die Erfindung ermöglicht, daß die Schlitzhöhe und der Gasfluß für verschiedene Verfahren und verschiedene Beschichtungsdrücke optimiert sind. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Erhitzer in der separaten Umhüllung enthalten ist, so daß der Erhitzer nicht beschichtet wird, und somit die Emissionsfähigkeit des Erhitzers nicht variabel ist. Da die Scheibe die einzig heiße Fläche hat, die dem Beschichtungsgas ausgesetzt ist, ist der Verbrauch von teurem Beschichtungsgas ebenso minimiert, und teure Reinigungsprozeduren und Wartungszeiten werden minimiert; Produktionszeit wird maximiert.
Ausführungsbeispiele werden geliefert, die eine Vielzahl von Trägern und mehrere Klemmringe innerhalb einer einzigen Kammer aufweisen, so daß mehrere Scheiben beschichtet werden können während eines einzigen Verarbeitungszyklus, und mit einer Vakuumschleuse und einer automatischen Ausrüstung, um das Hantieren der Scheiben durch das System zu automatisieren.
Die gegenwärtige Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 ein Schnitt durch eine eine einzige Station aufweisende Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Elemente in Kontakt mit einer Scheibe bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Klemmrings in Kontakt mit einer Scheibe ist, um zu illustrieren, wie ein Schlitz gebildet wird;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiels mit einem Drehturm und einer Vakuumschleuse ist; und
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht ähnlich der von Fig. 2 ist, die Kontaktknöpfe zeigt, die an den flexiblen Scheibenträgern angebracht sind.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, Fig. 1 ist eine Vorderschnittansicht einer eine einzige Station aufweisenden CVD- Beschichtungsvorrichtung 11 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Hauptkörper der CVD-Kammer ist ein speziell maschinell bearbeiteter Aluminiumblock 13 mit einer Eingangsöffnung zum Laden von Scheiben, mehrere Öffnungen für analytische Meßinstrumente und Durchgänge für Vakuumpumpen der Verfahrensgase.
Das maschinelle Bearbeiten des Körpers 13 liefert einen mittleren Turm 17 mit einer Aufbringungsschulter und einem Paßelement für einen Tragering 19, der durch mit Gewinde versehene Bolzen 21 in einer Kreisforrn an Ort und Stelle gehalten wird. Der Tragering 19 trägt flexible Scheibenträger, wie die Träger 23 und 25, die kreisförmig angeordnet sind, um eine Scheibe 27 während des Bearbeitens zu tragen. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Scheibenträger Blattfederelemente mit einem kleinen Kontaktbereich zum Berühren der Scheibe.
Ein entfernbarer Klemmring 29 kann angehoben werden, um einer Scheibe zu ermöglichen, auf den Trägern plaziert zu werden. Der Klemmring wird dann auf eine geladene Scheibe zubewegt, wobei er die Scheibe mit Kontaktpolstern berührt und einen Schlitz mit steuerbarer Breite überall sonst um den Umfang der Scheibe liefert. Drei Kontaktpunkte durch drei Polster ist ideal, da drei Punkte eine Ebene definieren und eine minimale Anzahl an Kontaktpunkten bevorzugt ist, aber mehr als drei Punkte können auch verwendet werden. Der Tragering kann gekühlt werden unter Verwendung eines Kühlmittels, das in einem Kanal in dem Ring geführt wird, mit einer geeigneten Temperatur.
Eine Heizplatte 31, die im wesentlichen konzentrisch zu dem Tragering 19 und der Scheibe 27 getragen wird, inkorporiert einen pyrolytischen Graphiterhitzer 33, der über eine abgedichtete elektrische Zuleitung 35 mit Strom versorgt wird. Ein Abstand zum Anbringen von Zuleitungen und Verbindungen wird durch eine Kavität 37 in dem Körper 13 bereitgestellt. Die Kavität 37 ist an radialen Durchgängen für Verbindungen zu dem Ausgang offen.
Ein inertes Gas, Argon bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wird durch eine Einlaßarmatur 41 in eine Kavität 43 hinter der Heizplatte 31 zugeführt, wo es um die Heizplatte zu der Kavität 45 hinter der Scheibe fließt. Der Zweck dieses Gasflusses ist, Beschichtungsgase davon abzuhalten, hinter die Scheibe zu diffundieren, wo sie zu einer Beschichtung des Materials auf der Rückseite und der Kante der Scheibe führen könnten. Das Gas wird Ausblasgas genannt, da es die Beschichtungsgase von der Rückseite der Scheibe wegbläst.
Mit dem Klemmring 29 gegen die Scheibe 27, wodurch die flexiblen Scheibenträger 23 heruntergedrückt werden, kontaktiert der Klemmring 29 den Körper 13 längs eines geschlossenen Kreises auf der Fläche 47. Dann ist kein Weg für Ausblasgas vorhanden, von hinter der Scheibe in die Bearbeitungskammer zu entweichen, außer durch die enge Durchführung zwischen dem Klemmring und der Scheibe um den Scheibenumf ang herum.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden verschiedene Arten von Instrumenten innerhalb der Kavität 37 angebracht, um Messungen zum Experimentieren und zur Steuerung aufzunehmen.
Ein Deckelgußteil 61 ist auf das offene Ende des Körpers 13 aufgebracht und durch eine O-Ringdichtung 63 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel abgedichtet. Die Anbringungsbefestigungsteile sind herkömmliche Befestigungsteile, die nicht gezeigt sind. Gaszuführungen 65 und 67 sind zum Zuführen von Beschichtungsgasen in das Bearbeitungskammervolumen während des Verfahrens vorhanden, und eine Ablenkplatte 69 hilft dabei, die Beschichtungsgase gleichmäßig zu verteilen, während sie in das Beschichtungskammervolumen fließen.
Eine Öffnung 71 in der Beschichtungskammer dient dem Eingang einer Robotortransfervorrichtung, die nicht gezeigt ist und eine zu beschichtende Scheibe von außerhalb der Beschichtungskammer in die Kammer trägt und die Scheibe auf den flexiblen Scheibenträgern plaziert, während der Klemmring zurückgezogen ist. Dieselbe Robotorvorrichtung entfernt eine beschichtete Scheibe von den Trägern und trägt sie durch die Öffnung aus der Beschichtungskammer heraus, wenn das Bearbeiten abgeschlossen ist. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist an der Öffnung 71 eine separate Vakuumschleusenkammer angebracht an die Beschichtungskammer mit einem Ventil, um die Öffnung während des Verfahrens zu schließen, und einer separaten Ventil- und Pumpvorrichtung, die nicht gezeigt ist, so daß die Schleusenkammer auf Vakuum- und Atmosphärendruck getrennt von der Beschichtungskammer zirkuliert werden kann. Dies ermöglicht den Scheiben, in die Vakuumschleuse hinein und aus derselben herausgeladen zu werden, und der Vakuumschleuse, mit Vakuumdruck zirkuliert zu werden, während eine Scheibe bearbeitet wird in der Beschichtungskammer. Solche Be-/Entladungsschleusenkammern sind gut bekannt im Stand der Technik.
Die Durchführung 73 ist eine Pumpendurchführung in der bevorzugten Ausführungsform. Eine Rohrverzweigungsschweißkonstruktion 75 hat eine passende Durchführung 77, und einen O-Ring 79 mit eine Dichtung, wo die Durchführungen sich treffen. Typischerweise wird mehr als eine Pumpdurchführung verwendet. Die Pumpdurchführungen führen zu einer Zentraldurchführung 81 in der Rohrverzweigung. Ein Vakuumventil 83 führt zu einer Turbomolekularvakuumpumpe 85. Es gibt andere Vakuumventile und Grobpumpen, nicht gezeigt, wie es für Systeme mit einer einzigen Station in dem Stand der Technik bekannt ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Klemmring 29 drehbar wie ein Scharnier nahe einer Seite des Beschichtungskammervolumens, nicht in Fig. 1 zu sehen, und mittels einer ferrofluidischen gedichteten mechanischen Bewegungsvorrichtung bewegbar. Dies ist nur einer von vielen Wegen, wie der Klemmring bewegt werden kann, und viele andere Wege sind im Stand der Technik bekannt.
Im Betrieb, angenommen keine Scheibe ist in der Bearbeitungskammer und in der Bearbeitungskammer herrscht Vakuum, findet ein typischer Beschichtungsbetrieb wie folgt statt: der Klemmring 29 wird von dem Lagerblock 17 entfernt, wodurch Raum für einen Robotorhantierer geliefert wird, um eine Scheibe zu plazieren. Als nächstes wird die Scheibe auf die flexiblen Scheibenträger plaziert und der Klemmring wird so lange bewegt, bis er den Lagerblock kontaktiert. Der Kontakt des Klemmrings mit der Scheibe liefert einen Schlitz von steuerbarer Breite auf der Vorderseite um den Umfang der Scheibe, wie oben beschrieben.
Danach wird aus Ausblasgas in die Kavität unter der Scheibe eingefügt und entweicht durch den Schlitz mit gesteuerte Höhe. Die Aufwärmleistung wird während dieser Sequenz gesteuert, um die gewünschte Scheibentemperatur zu erhalten. Wenn die Scheibentemperatur korrekt ist, was abhängig von Verfahrensspezifikationen variiert, werden Beschichtungsgase in die Kammer eingeführt und Material auf der Vorderseite der Scheibe abgesetzt. Die beschriebene Sequenz ist typisch und kann in einem gewissen Ausmaß variieren. Beispielsweise kann die Wärmleistung aus verschiedenen Gründen verändert werden, oder das Ausblasgas kann während des Beladens kontinuierlich vorhanden sein. Es gibt viele andere Veränderungen, die gemacht werden können, um das Beschichten einer Scheibe in der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, und in anderen Ausführungsformen der Erfindung, zu erreichen.
Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang einer radialen Linie durch eine Seite des Lagerblocks, der Aufwärmplatte, des Stützrings und einer Scheibe, in einer Skala, die größer als die von Fig. 1 ist, um besser die Beziehung zwischen einigen der Elemente illustrieren zu können. Die Scheibe 27 ist gezeigt, wie sie von einem flexiblen Scheibenträger 25 getragen wird. Der Klemmring 29 weist drei Kontaktpolster zum Kontaktieren der Scheibe 27 auf, und ein Polster 87 ist gezeigt. Der Klemmring hat auch einen Wasserkanal 89 zum Kühlen des Ringes während der Bearbeitung.
Der Anbringungsring 19 ruht in einer Schulter 95, die in dem Körper zu diesem zweck maschinell hergestellt worden ist, und wird durch herkömmliche Befestigungsmittel 21 an Ort und Stelle gehalten.
Die Heizplatte 31 mit dem pyrolytischen Graphitheizer 33 ist getrennt von der unteren Wand des Körpers 13 durch zylindrische Abstandshalter 99 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gehalten.
Wenn Ausblasgas zu der Rückseite der Scheibe geführt wird und aus dem gesteuerten Schlitz herausfließt, wird Ausblasgas hinter der Scheibe mit einem höheren Druck gehalten, als der gesamte Druck der Beschichtungsgase. Diese Druckdifferenz ist erforderlich, um sicherzustellen, daß das Ausblasgas aus dem gesteuerten Schlitz in die Bearbeitungskammer ausfließt, wodurch Beschichtungsgase davon abgehalten werden, durch den Schlitz in die Kavität unter der Scheibe zu fließen. In der Praxis ist festgestellt worden, daß eine Schlitzhöhe von 0,127 mm (0,005 Inch) und ein Argonausblasgasfluß von 10 sccm einen exzellenten Schutz vor Kanten- und Rückseitenablagerung für silanreduzierte selektive Wolframablagerung liefert. Andere Verfahren, wie wasserstoffreduzierte Deckwolframablagerung, können eine kleinere Schlitzhöhe oder einen niedrigeren Ausblasgasfluß benötigen, um vor Diffusion von Beschichtungsgasen hinter die Scheibe zu schützen. Dies hängt von der Verfahrenschemie, dem Verfahrensdruck und anderen Charakteristiken ab.
Der Abstand D1 beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform ungefähr 12,7 mm (0,5 Inch) und liefert eine Abstand zum Anbringen der Scheibenträger. Es ist festgestellt worden, daß irgendein Abstand, genauso groß oder größer als 10 mal die mittlere freie Weglänge des Ausblasgases bei dem Betriebsdruck des Ausblasgases adäquat für diesen Zweck der Wärmeübertragung ist.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Klemmrings 29, um besser die Geometrie zu illustrieren, die einen einstellbaren Schlitz zwischen dem Klemmring und der Scheibe liefert. Ein Bereich des Klemmrings 29 ist in Kontakt mit der Scheibe 27 über zwei der Kontaktpolster, 87 und 93 sind gezeigt, gezeigt. Der Klemmring weist einen Lippenbereich 103 mit einer Breite D2 auf, der eine Fläche parallel zu der Scheibe überall, außer an den Kontaktpolstern, bildet. Die Weite D2 des Lippenbereichs beträgt ungefähr 1 mm, und die Höhe D3 jedes Kontaktpolsters beträgt ungefähr 0,127 mm (0,005 Inch). Die Höhe der Kontaktpolster kann durch Verändern des Klemmrings eingestellt werden, so daß verschiedene Höhen für verschiedene Verfahren verwendet werden können. Wenn der Klemmring in Kontakt mit der Scheibe ist, existiert ein eingestellter Schlitz von 0,127 mm Höhe fast über den kompletten Umkreis der Scheibe. Ausblasgas, das zu der Rückseite der Scheibe geliefert wird, dringt durch diesen Schlitz hindurch.
Die gegenwärtige Erfindung ist brauchbar für bekannte CVD-Verfahren, wie Abdeckwolfram, Selektivwolfram und andere, und der Ausblasgasfluß kann eingestellt werden, um Verfahren mit irgendeinem Druck von unterhalb von 0,13 Pa (1 m Torr) bis Atmosphärendruck zu versorgen. Um Beschichtungsgase davon abzuhalten, durch den Schlitz zu der Kante und Rückseite einer Scheibe im Verfahren zu diffundieren, ist es wichtig, daß die Schlitzhöhe (D3 in Fig. 3) in Kombination mit dem Ausblasgasfluß einen Impuls (Masse mal Geschwindigkeit) an Ausblasgas in dem Schlitz liefert, der größer als der Impuls des Beschichtungsgases ist, das in entgegengesetzte Richtung diffundiert. Je größer der Differentialdruck ist, desto effektiver wird das Beschichtungsgas von der Scheibenrückseite ausgeschlossen. Jedoch, wenn der Druckunterschied zu groß ist, kann das Ausblasgas in die Beschichtungsgase einspritzen und die Gasflußdynamiken für die Ablagerung durcheinanderbringen, was zu einer ungleichmäßigen Beschichtung, insbesondere um die Kante der Scheibe nahe dem Schlitz, führen kann. Für verschiedene Verfahren mit verschiedenen Drücken wird ein geeigneter Fluß und ein geeignetes Druckdifferential experimentell gefunden durch stufenweises Erhöhen des Ausblasgasflusses, während die Schlitzhöhe gleichgehalten wird, bis ein Kanten- und Rückseitenbeschichten unterdrückt wird, während die Beschichtungsdynamiken nicht durcheinandergebracht werden. Wenn die Beschichtungsdynamiken durcheinandergebracht werden, bevor eine Kanten- und Rückseitenbeschichtung unterdrückt wird, kann die Schlitzhöhe verändert und die Experimente wiederholt werden. Auf diese Weise kann eine optimale Schlitzhöhe und ein optimaler Ausblasgasfluß für jede Verfahrensbedigung erreicht werden. Für Selektrivwolframablager in der aus einer einzigen Station bestehenden Beschichtungsvorrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels wurde eine Schlitzhöhe von ungefähr 0,127 mm und ein Ausblasgasfluß von ungefähr 10 sccm als zufriedenstellend aufgefunden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, ist die Beschichtungsvorrichtung der Erfindung eine eine einzige Station aufweisende Vorrichtung, die eine Scheibe pro Arbeitszyklus beschichtet. Es ist jedoch nicht notwendig, daß die Vorrichtung eine aus einer einzigen Station bestehende Kammer ist. Die Anordnung der Erfindung kann auch mit Systemen verwendet werden, die mehr als eine Station aufweisen, so daß mehr als eine Scheibe pro Arbeitszyklus beschichtet werden kann.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf ein Beschichtungssystem mit sechs Stationen, wobei jede Station ähnlich der für die eine einzige Station aufweisende Vorrichtung, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist.
In Fig. 4 weist eine Kammer 105 einen Drehturm mit sechs Einzelstationsbeschichtungspositionen 107, 109, 111, 113, 115 und 117 auf. Jede hat einen Erhitzer, Trageblöcke, einen entfernbaren Klemmring usw., ähnlich wie für die eine einzige Station aufweisende Vorrichtung, die oben beschrieben ist. Mehrzweckverbindungen zu einem Zentralturm 119 mit geeigneten Drehdurchführungen sind im Stand der Technik zum Übertragen einer notwendigen Bewegung und Leistung über die Kammerabdeckung bekannt.
Die Kammer 105 ist mit einem Vakuumventil 121 zu einer Vakuumschleusenkammer 123 verbunden, so daß ein Robotormechanismus (nicht gezeigt) Scheiben in die Kammer 105 hinein und aus derselben heraus transferieren kann, wenn das Ventil 121 offen ist. Die Vakuumschleusenkammer weist eine andere mit einem Ventil versehene Öffnung (nicht gezeigt) auf, so daß Scheiben von außerhalb des Systems hineingelassen werden können, wenn die Vakuumschleuse belüftet ist. Die Vakuumschleuse weist einen Mechanismus auf, der es ermöglicht, daß sechs Scheiben von außen für jeden Beschichtungszyklus geladen werden können.
Im Betrieb, mit dem Ventil 121 offen und Vakuum in der Vakuumschleuse, wird eine Scheibe auf die Station 115 geladen, dann wird der Turm um 60º weitergedreht, um eine andere Station zu der Vakuumschleuse auszurichten. Während eine Station benachbart zu der Vakuumschleuse ist, wird der Klemmring für diese Station angehoben, um eine Scheibe hineinzulassen, und dann wird er heruntergelassen, nachdem sich die Greif- und Plazier- Vorrichtung zurückgezogen hat. Der Turm kann in beide Richtungen bewegt werden.
Das Beladungsverfahren wird solange wiederholt, bis die sechs Stationen beladen sind, dann wird das Ventil 121 geschlossen. Ausblasgas wird hineingelassen, Verfahrensgase werden hineingelassen, Wärme wird an die Scheiben angelegt, und so weiter, um das CVD-Bearbeiten zu erreichen. Während der Bearbeitungszeit können Scheiben aus der Vakuumschleuse entfernt und neue Scheiben geladen werden, wonach die Vakuumschleuse ausgepumpt wird. Wenn Bearbeiten durchgeführt worden ist, werden die Scheiben entladen, eine nach der anderen, in die Vakuumschleuse, und neue Scheiben werden eingeladen.
Die Schematik von Fig. 4 ist nur eine von vielen Variationen, die verwendet werden kann, um das Bearbeiten von mehr als einer Scheibe zu einem Zeitpunkt zu erreichen, während die Vorrichtung der Erfindung verwendet wird.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform sind die flexiblen Scheibenträger nicht Blattfedern wie die für die erste bevorzugte Ausführungsform beschriebenen Federn, sondern haben einen Isolationsknopf, um die Metallfeder von der Scheibe zu isolieren. Fig. 5 zeigt einen solchen flexiblen Scheibenträger 125 in Beziehung zu einer Scheibe 27. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Scheibenträger eine Blattfeder 127, einen Stift 129 und einen Keramikknopf 131. Es gibt andere Materialien, die verwendet werden können für den Knopf, wie Quarz.
Es können viele Veränderungen der Vorrichtung der Erfindung durchgeführt werden. Einige sind bereits beschrieben worden, wie das Einstellen der Schlitzhöhe, um an die Verfahrensbedingungen angepaßt zu sein. Eine eine einzige Station aufweisende Vorrichtung ist für Scheiben mit einem Durchmesser zwischen 100 und 150 mm getestet worden. Die Vorrichtung ist dazu fähig, Scheiben mit einem Durchmesser von 200 mm oder selbst mehr aufzunehmen. Es gibt auch eine Anzahl von Materialauswahlmöglichkeiten für verschiedene Elemente der bevorzugten Ausführungsform. Beispielsweise sind einige Materialien geeignet für die flexiblen Träger mit der Forderung, daß sie dazu fähig sind, den Federbetrieb bei den Temperaturen, die die Materialien während des Bearbeitens erfahren, aufrechtzuerhalten. Als ein anderes Beispiel kann der Klemmring aus Quarz oder Aluminiumoxyd hergestellt sein, um besser kompatibel zu Selektivwolfram zu sein. Als ein anderes Beispiel können die Stützteile innerhalb des Entleerraums und anderswo in der Bearbeitungskammer aus Nickel oder Monel gemacht sein, wenn NF3- Plasmen in einem Verfahren verwendet werden sollen.

Claims

1. Vorrichtung (11) zum Verhindern des Beschichtens auf dem Vorderseitenumkreis, der Kante und der Rückseite einer Scheibe (27) während des Bearbeitens in einer CVD-Kammer, umfassend:

ein Haltemittel (19, 23, 25) zum Halten der Scheibe (27) während des Bearbeitens;

ein Entleerraummittel (29) zum Bilden eines Schlitzes mit der Vorderseite der Scheibe um den Umkreis derselben, um einen Entleerraum (45) um die Scheibe herum, isoliert von der CVD- Kammer, mit Ausnahme des Schlitzes, die eine Öffnung aufweist, die den Rest der Vorderseite der Scheibe der CVD-Kammer aussetzt, zu bilden; und

ein Ausblasgaseinlaßmittel (41) zum Zuführen eines Ausblasgases in den Entleerraum (45), um durch den Schlitz von dem Entleerraum in die CVD-Kammer zu fließen und der Diffusion von Beschichtungsgas von der CVD-Kammer zu dem Vorderseitenumkreis, der Kante und der Rückseite der Scheibe entgegenzuwirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel flexible Träger in (23, 25) zum Kontaktieren der Scheibe an Punkten auf der Rückseite der Scheibe umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entleerraummittel einen entfernbaren Klemmring (29) aufweist, der eine erste Fläche zum Anordnen räumlich getrennt von der Vorderseite der Scheibe um den Umkreis der Scheibe aufweist, wodurch ein Schlitz gebildet wird, und eine zweite Fläche zum kontinuierlichen Kontaktieren einer Fläche (47) der Innenseite der Kammer aufweist, wodurch der Entleerraum (45) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Klemmring (29) Verlängerungen (87, 93) von der ersten Fläche in Richtung der Scheibe zum Kontaktieren der Scheibe und Drängen der Scheibe gegen die flexiblen Träger (23, 25) aufweist, wobei die Länge der Verlängerungen die Tiefe des Schlitzes definiert.

5. System zum Durchführen eines CVD-Prozesses umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und eine CVD-Kammer zum Enthalten von Beschichtungsgasen, in der der Prozeß durchgeführt wird;

Beschichtungsgaszufuhrmittel (65, 67, 69) zum Zuführen von Beschichtungsgasen zu der Kammer; und

Aufwärmmittel (31, 33) zum Erhitzen einer Scheibe (27) während des CVD-Prozesses.

6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Tragemitteln und Entleerraummitteln (107, 109, 111, 113, 115, 117), die dem Bearbeiten einer Vielzahl von Scheiben in einem einzigen CVD-Beschichtungszyklus dienen.

7. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Lade-Verschluß-Mittel (12, 123) zum Laden und Entfernen von Scheiben ohne Belüften der CVD-Kammer.

8. Verfahren zum Verhindern einer Vorderseitenumkreis-, Kanten- und Rückseitenbeschichtung auf einer Scheibe während einer CVD-Bearbeitung in einer CVD-Kammer, umfassend die folgenden Schritte:

Plazieren einer Scheibe (27) auf einem Scheibenträger (19, 23, 25) in der CVD-Kammer vor dem Starten der CVD-Bearbeitung; Umgeben der Scheibe mit einem Entleerraummittel (29), das einen Schlitz mit der Vorderseite der Scheibe um den Umkreis derselben bildet, wodurch ein Entleerraum (45) um die Scheibe herumisoliert von der CVD-Kammer, mit der Ausnahme des Schlitzes, ausgebildet wird, wobei das Entleerraummittel eine Öffnung aufweist, die den Rest der Vorderseite der Scheibe der CVD-Kammer aussetzt; und

Zuführen von Ausblasgas in den Entleerraum, um durch den Schlitz von dem Entleerraum in die CVD-Kammer zu fließen und Diffusion von Beschichtungsgas von der CVD-Kammer zu dem Vorderseitenumkreis, der Kante und der Rückseite der Scheibe entgegenzuwirken.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls des Ausblasgases, das durch den Schlitz in die CVD-Kammer während des Bearbeitens fließt, größer als der Impuls des Beschichtungsgases ist, das von der CVD-Kammer in den Schlitz in Richtung des Entleerraums diffundiert.