JP4019466B2 - 膜形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を代表例として、各種電子デバイスの製造に用いられる膜形成装置に係わり、特に膜形成装置内での被製造物の着脱、搬送を確実に実施させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子デバイスの製造過程では、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の技術を用いた成膜が実施されている。これら成膜時には、被製造物（以下、基体と総称する）を加熱部等を有する支持体へ搭載し、基体の上面の所定部分を固定治具で押圧しながら基体上面へ成膜することが一般的に行なわれている。この固定治具には、基体の所定の面以外へ膜が付着するのを防止する役目を兼ねさせることも度々あり、プラズマ等を利用する成膜では、基体の全周辺部を覆うようなクランプリング等（以下、固定治具と総称する）が多用されている。
【０００３】
図６には、固定治具７に係わる技術の従来例の断面図を示した。図６Ａ）は減圧ＣＶＤ装置である（特開平３−２１５６７０）。冷却パイプ２を備えた容器１の内部が反応室３になっている。基体６を搭載する加熱部４には、ヒータ５が組み込まれている。更に、基体６は、固定治具７で押圧され固定されている。固定治具７には加熱部４からの輻射熱を反射させるＡｌ膜８が設けられ、又固定治具７の終端は冷却された容器１と接触しており、固定治具７の温度上昇が軽減されている。Ａｌ膜８を用いる代わりに、Ａｌ製固定治具にすることも開示されている。反応室３内の反応気体の分解、熱反応により膜形成される。低めの温度の固定治具表面への膜形成は抑制され、基体６の中央の露出面へ形成される膜の厚さ分布も向上するというものである。
【０００４】
図６Ｂ）はスパッタリングの膜形成装置で、基体６の固定に係わる従来例である（特開平６−１８８３０３）。陰極を兼ねた加熱部４を昇降装置９により上方へ移動すると、搭載した基体６は固定治具７の爪部１０により固定される。昇降装置９の移動誤差に起因し、爪部１０が基体６へ過大に押圧するのを防ぐために、調整ネジ１１や移動機構１２で押圧が微調整される。ターゲット１３と加熱部４の間に電圧印加、プラズマ放電させ、基体６の中央の露出面へ膜形成する。
【０００５】
図６Ａ）、Ｂ）の固定治具７と爪部１０は、基体６の側面や裏面へ膜が回り込み形成されるのを防止している。図６Ｃ）には、固定治具７の別の従来例の拡大図を示した。加熱部４に搭載された基体６は固定治具７の押圧部７ａで固定されている。ひさし部７ｂは、押圧部７ａ近傍の基体６部分への膜形成を抑制するためのものである。この固定治具７により、基体６の裏面等への膜の回り込みも防止しながら、基体６の露出面である膜形成有効範囲へ膜形成する。
【０００６】
一方、基体６の膜形成される有効領域、即ち基体６の露出面を極力大きく取ることが、製造の収率性を高める点から、重要になっている。このため、基体６の出来るだけ周囲に寄った領域のみを覆うように固定治具７を配する必要がある。しかも、基体６は益々大型化される傾向にある。
【０００７】
これらの状況に対応して、合理的に膜形成することは、各種電子デバイスの高機能化、コスト低減等で重要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
温度が高い基体へ膜形成した後では、基体と固定治具とのステッキング現象を生ずることがある。基体の大型化に伴い、固定治具が基体の周囲面に接触し、押圧する総延長も長くなると、このステッキングの発生する確率が益々高くなる。例えば、半導体装置の製造工程のＡｌの高温成膜プロセスでは、基体と固定治具との分離がスムーズに行なわれないために、膜形成の自動化に支障を来したり、更には基体と固定治具とが強固に固着し、基体が破損したりする。
【０００９】
このステッキング現象を発生させる原因は、基体と固定治具の間にＡｌ等の成膜材料が回り込む現象及びそれらの接触面の温度とが相乗的に作用した結果と考えられる。ステッキング現象の回避には、この成膜材料の回り込みを極力少なくするか、この接触面の温度上昇を抑制する必要がある。
【００１０】
成膜材料の回り込み対策では、図６Ｂ）、Ｃ）に示すような従来の対応法がある。同図のＣ）を用いて説明する。ひさし部７ｂが、基体６と固定治具７との接触面、即ち押圧部７ａ下への成膜材料の回り込みを抑制してる。ひさし部７ｂの奥行きを広くすれば、回り込みの抑制の効果は大きくできるが、基体６に膜形成する有効範囲を減ずる問題がある。
【００１１】
接触面の温度上昇の抑制は、基体を搭載する加熱部からの熱と、プラズマを利用する膜形成にあっでは、プラズマの輻射熱をも考慮した対策が必要となる。図６Ａ）の従来例では、加熱部４からの輻射熱の影響は抑制されるが、伝導熱に対しては考慮されていない。又、容器１と接触による固定治具７の冷却では、基体６と容器１の両方の上面に固定治具７の位置合わせが必要となり、確実な操作には手間がかかると言う問題がある。
【００１２】
本発明は、これらの問題を鑑み、膜形成される有効面積を減ずることなく成膜材料の回り込みや基体と固定治具の接触面の温度上昇を簡易に抑制し、前述のステッキング現象に伴うトラブルを回避する膜形成装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの解決手段は、成膜材料の回り込みを抑制する改良された固定治具を備えた膜形成装置である。
【００１４】
基体の所定部分、一般的には成膜される基体面の周辺部分、の面上に配する固定治具は、該基体に接する第一の部分と、該第一の部分に連らなる内側（基体の露出面側）に所定間隔で基体と対向する第二の部分とを有し、基体に対面する第二の部分の面を凹状にし、課題を解決する。
【００１５】
又、基体に対面する第二の部分の面を粗面化し、実効面積を稼ぐことによっても解決できる。基体に対面する第二の部分の面を凹状し、且つ粗面化すれば、更に効果が高まる。
【００１６】
本発明の成膜材料の回り込みを抑制する手段は、固定治具の基体を覆う面積を拡大せずに、基体に対面する第二の部分の面の面積を実効的に拡大して、回り込んだ成膜材料を効率よく捕獲させるものである。即ち、第二の部分の先端と基体とは所定間隔なので、第二の部分への回り込み量は変わらないが、その多くが第二の部分の基体対向面に捕獲され、第一の部分の基体との接触面へ回り込む確率を低下させている。この結果、高温基体に成膜しても、基体と固定治具とのステッキング現象の発生を抑制できる。
【００１７】
本発明の別の解決手段は、基体と固定治具との接触面の温度上昇を抑制する手段を備えた膜形成装置である。
その一は、成膜に利用するプラズマ等の輻射熱による固定治具の昇温を抑制するものである。固定治具の内部に熱伝導の抵抗をなす中空部を設け、固定治具の表面が受けた輻射熱が基体との接触面へ熱伝導するのを抑制するものである。特に、固定治具の基体と接する領域において、中空部を設けることは、接触面の温度上昇の抑制に効果がある。
【００１８】
その二は、加熱部の改善に関するものである。固定治具、被製造物、加熱部とが順に積み重なる領域の加熱部において、一つは加熱部に凹部を設けて被製造物との接触面積を低減し、他は被製造物の固定治具が接触する面の裏側の領域に冷却機構を設けて接触面の温度上昇を抑制するものである。
【００１９】
前者の加熱部の凹部は、その領域上の基体の温度上昇が抑制され、その位置に対応する基体と固定治具との接触面の温度も低くなり、基体と固定治具とのステッキングが抑制される。
【００２０】
後者は、被製造物と固定治具との接触領域に対応し、加熱部に冷却機構を設けるもので、局部的な放熱で被製造物と固定治具との接触面の昇温を抑制する。この冷却においては、加熱部の熱ストレスの低減や被製造物の膜形成有効範囲の温度分布の確保のために、冷却機構を温度制御する手段を備えることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１には、スパッタリング法による成膜を例として、膜形成装置の概要を断面図で示した。排気、真空シール、ガス導入等の手段は図示してないが、一般に知られる膜形成装置の手段を用いればよい。
【００２２】
膜形成装置の容器２０と上蓋２８に囲まれた膜形成室２１が設けられている。膜形成室２１には、上下移動するリフト２２に固定された加熱部２３、基体２５の搬送機構２４、シールド部２７とそれに固定された固定治具２６がある。上蓋２８には、スパッタリングされるターゲット２９が固定され、プラズマを制御するマグネットアッセンブリ３０が配されている。
【００２３】
加熱部２３が下方にある状態で、搬送機構２４により基体２５が中央に搬送さされる。リフト２２により加熱部２３を上昇させ、基体２５が搬送機構２４から加熱部２３上に移送される。更に、加熱部２３は上昇し、基体２５の周囲が固定治具２６に押し付けられる。シールド部２７等が弾性力を作用することで、固定治具２６は適度な力で基体２５を押圧することになる。押圧の状態は、後に詳述する。
【００２４】
加熱部２３により、基体２５を昇温させる。膜形成室２１内はガスが導入され、ターゲット２９と加熱部２３の空間でプラズマを発生させる。ターゲット２９からスパッタされた成膜材料が、基体２５の露出面へ堆積、成膜される。膜形成が終了すると、プラズマを止め、加熱部２３を降下させると、成膜された基体２５は搬送機構２４へ移され、図示しない所定の位置へ搬送される。新たな基体２５が搬送機構２４へ載せられ、前記と同様の過程を経て膜形成される。
【００２５】
本発明では、膜形成後、加熱部２３を降下した際に、基体２５と固定治具２６とのステッキング現象もなく、基体２５もスムーズに降下するように、後に詳述する手段が使用されている。
【００２６】
図２には、加熱部２３に搭載された基体２５と固定治具２６とのステッキングの原因の一つである、成膜材料の回り込みを抑制する固定治具２６の実施例を断面図で示した。本実施例の主旨は、押圧部２６ａと基体２５との間隙への成膜材料の回り込みを低減させるために、固定治具２６のひさし部２６ｂの内面での成膜材料の捕獲率を高めるものでる。本主旨に沿うものであれば、図示の例に限られることはない。又、固定治具２６の材料は、膜形成の条件を基に、堅牢性、耐温度、脱ガス性等を考慮して選択されるべきであり、ステンレスが代表的な例である。
【００２７】
図２Ａ）、Ｂ）は、ひさし部２６ｂの基体２５に対向する面を凹状にして、その面積を拡大し、ひさし部２６ｂの先端から回り込む成膜材料をその表面に捕獲せるものである。ひさし部２６ｂの先端と基体２５の間隔が一定なら、回り込み量も等量であるが、ひさし部の内面での捕獲率が高くなり、押圧部２６ａの先端に到達する回り込み成膜材料の量が低減できる。
【００２８】
図２Ｃ）は、基体２５と対面するひさし部２６ｂの内面部２６ｃを粗面化し、実効面積を増加させ、その内面での回り込み成膜材料の捕獲率を高めたものである。押圧部２６ａの先端に到達する成膜材料の量を低減できる。図２Ａ）、Ｂ）の形状のひさし部２６ｂの内面を粗面化すれば、更に捕獲率を高めることができる。
【００２９】
上記により、ひさし部２６ｂの内面での成膜材料の捕獲率が高くなるので、ひさし部２６ｂの幅を許容内で狭くできる。基体２５の膜形成の有効範囲が拡大され、半導体装置等の電子デバイスの製造の収率を高めることになる。
【００３０】
図３には、固定治具２６の押圧部２６ａと基体２５との接触面の温度上昇を抑制するために、押圧部２６ａの領域に中空部２６ｄを設けた例を断面図で示した。図１で説明したプラズマの輻射熱によって、固定治具２６の表面は昇温する。その熱の前記接触面への熱伝導において、中空部２６ｄを伝導の抵抗成分として作用させるものである。
【００３１】
図３Ａ）では、固定治具２６の蓋２６ｅが吸収した輻射熱は、中空部２６ｄの作用で、基体２５との接触面への到達を抑制される。ひさし部２６ｂの内面を凹状にし、既述した回り込む成膜材料の捕獲率を高める構成も含めた例として示したものである。
【００３２】
図３Ｂ）は、中空部２６ｄがスリット状をなしている例を示した。接触面までの熱伝導の抵抗を高め、又固定治具２６の表面近傍からの熱放散を促進させるこを目的としたものである。
【００３３】
上記のプラズマ等からの輻射熱による温度上昇を抑制し、固定治具２６の押圧部２６ａと基体２５とのステッキングを低減させている。
図４、５には、加熱部２３の熱が固定治具２６の押圧部２６ａと基体２５との接触面へ伝達されるのを抑制する実施例を、部分断面図で示した。
【００３４】
図４の構成を説明する。中空をなすリフト２２に加熱部２３が固定されている。加熱部２３の上面にはヒータ板３２が設けられ、ヒータ線３１で加熱される。ヒータ板３２には基体２５が搭載され、固定治具２６の押圧部２６ａで押圧されている。
【００３５】
押圧部２６ａと基体２５との接触面が重なる加熱部２３の領域に、冷却機構３３が設けられている。冷却機構３３には、リフト２２の中空内の配管３４から液体又は気体の熱伝媒体が供給され、図示しない配管から排出される。
【００３６】
基体２５と押圧部２６ａとの接触面の熱は、基体２５、ヒータ板３２を下方に伝導し、冷却機構３３かち放出される。この冷却は、押圧部２６ａと基体２５とのステッキング現象を発生させない程度の温度であればよい。過剰に冷却すると、加熱部２３内の熱ストレスや基体２５の温度分布の不良の原因ともなるので、膜形成条件、冷却機構３３に流す熱伝媒体の流量等を考慮して、媒体の温度を調整するのが望ましい。冷却媒体の温度調整は、図示してないが、通常用いられる温度調整手段で熱伝媒体のタンク等を温度制御すればよい。
【００３７】
図５Ａ）は、発熱体３５を配設した加熱室３７と冷却機構３６とを連結した例を示した。基体２５と押圧部２６ａとの接触面に対する冷却機構３６の配置関係や固定治具２６、基体２５、ヒータ板３２等の配置は、図４の場合とほぼ同様である。
【００３８】
加熱部２３内の通路３８から熱伝媒体が冷却機構３６へ導入される。冷却機構３６の直上のヒータ板３２や基体２５の熱を吸収した熱伝媒体は、連結路４０を通り加熱室３７へ送り込まれる。熱伝媒体の一部は、発熱体３５の熱をヒータ板３２へ移送するのに使用される。熱伝媒体は加熱部２３内の通路３９から排出する。タンク等を経由して循環させてもよい。又、連結路４０の部分に、図示しないバルブを設け、熱伝媒体の流量を調整し、冷却機構３６と加熱室３７との温度差を制御することも可能である。
【００３９】
図５Ｂ）には、基体２５と押圧部２６ａとの接触面に対応させ、加熱部２３に凹部４１を設けた例を示した。凹部４１では、加熱部２３から基体２５への熱伝達が阻害される分、前記の接触面の温度上昇が抑制される。図には、溝状の凹部４１を示したが、ドット状の凹部をドットの面積や面密度を変えて熱伝達の条件を制御することも可能である。
【００４０】
以上の説明では、加熱部２３から基体２５への熱伝達は、これら相互の接触による熱伝導を示したが、これに限られるものではない。例えばヒータ板３２に微細な孔を設け、前述の熱伝媒体に不活性気体を用い、その一部を孔から放出し、加熱部２３と基体２５との間での熱移送を行なってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１と２は、基体と固定治具との接触面への、成膜材料の回り込み低減し、ステッキング現象を抑制する。又、基体の膜形成有効範囲を拡げる。
【００４２】
請求項３乃至６は、基体と固定治具との接触面の温度上昇を低減し、ステッキング現象を抑制する。
これらの結果として、半導体装置等の電子デバイスの製造での歩留り、収率、装置稼働率等を高めることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタリング装置を例とする膜形成装置の概要を示す断面図。
【図２】固定治具のひさし部の実施例を示す断面図。
【図３】固定治具に中空を設ける実施例を示す断面図。
【図４】加熱部の実施例を示す断面図。
【図５】加熱部の他の実施例を示す断面図。
【図６】従来例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 容器 ２ 冷却パイプ
３ 反応室 ４ 加熱部
５ ヒータ ６ 基体
７ 固定治具 ７ａ押圧部
７ｂひさし部 ８ Ａｌ膜
９ 昇降装置 １０ 爪部
１１ 調整ネジ １２ 移動機構
１３ ターゲット
２０ 容器 ２１ 膜形成室
２２ リフト ２３ 加熱部
２４ 搬送機構 ２５ 基体
２６ 固定治具 ２６ａ押圧部
２６ｂひさし部 ２６ｃ内面部
２６ｄ中空部 ２６ｅ蓋
２７ シールド部 ２８ 上蓋
２９ ターゲット ３０ マグネットアッセンブリ
３１ ヒータ線 ３２ ヒータ板
３３ 冷却機構 ３４ 配管
３５ 発熱体 ３６ 冷却機構
３７ 加熱室 ３８ 通路
３９ 通路 ４０ 連結路
４１ 凹部

Claims (2)

1. 被製造物の一方の面が加熱部に接して加熱され、該被製造物の他方の面の所定部分が固定治具に覆われて支持され、該被製造物の該所定部分以外の露出した面に膜形成される膜形成装置において、
   該被製造物が該固定治具に覆われた所定部分と重なる該加熱部の領域のみに、該被製造物と該固定治具との接触面の熱を放出する冷却機構を設けたことを特徴とする膜形成装置。
2. 該冷却機構の温度制御をする手段を有することを特徴とする請求項１記載の膜形成装置。

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