JPH10214798A - ウエハエッジ堆積の排除 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ペデスタルに支持されているウエ
ハのエッジ堆積を実質的に排除する方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 ウエハ面を流れるプロセスガスのウエハ
エッジ及び裏面への到達をシャドーリングで防止する。
シャドーリングはパージガスが流れ込むウエハエッジを
囲む空洞を画成している。パージガスは空洞からシャド
ーリングとウエハの上面との間のギャップを通して流れ
出す。傾斜面を有した整列ピンがペデスタルのウエハ支
持面にウエハをペデスタルの中央位置に案内するために
配置されている。これらのピンはシャドーリングをウエ
ハに関して整列する。シャドーリングは複数の合せ型を
有し、ピンと合わさるとシャドーリングとペデスタルは
一体化し、ピンがシャドーリングを整列し、実質的にエ
ッジ堆積が排除される。凹みの断面は楕円形であり、熱
膨張によるピンの半径方向の移動を可能にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ダイの製造
に使用される基板（例えば半導体ウエハ）に有効な材料
層を堆積する方法及び装置に関する。更に詳細には、本
発明は、ウエハエッジ上の不必要な堆積を実質的に排除
する方法及び装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】

化学気相堆積の概要 通常「ＣＶＤ」と呼ばれる化学的気相堆積は、薄い材料
層を半導体ウエハに堆積する数多くのプロセスの１つで
あり、熱、プラズマ又は光によって促進される分解、又
は化学反応をベースにしているであろう。例えば、熱Ｃ
ＶＤプロセスにおいてウエハを処理するためには、チャ
ンバにはウエハを受容するように作られたサセプタが設
けられている。基本的にウエハは、ロボットブレードに
よってサセプタに載置され、またそこから除去され、処
理中はサセプタによって支持される。これらの典型的な
装置において、サセプタ及びウエハは処理に先立って約
２００℃〜６５０℃に加熱される。ウエハが適切な温度
に加熱されると、処理流体（典型的にはガス）が、通常
ウエハの上方に位置しているガスマニホールドを通して
チャンバに導入される。処理ガスは、加熱されたウエハ
表面と接触して熱的に分解されて、そのウエハ表面に薄
い材料層を堆積する。

【０００３】ウエハ処理の基本的な目標は、各々のウエ
ハから可能な限り多くの有効なダイを得ることである。
処理される各々のウエハの最終的なダイの歩留りには多
くの因子が影響を与える。これらの因子は処理変数を含
んでおり、ウエハに堆積される材料層の均一性及び厚さ
と、ウエハに付着して１以上のダイを汚染する可能性の
ある粒子汚染物質とに影響を与える。これらの因子の両
方はＣＶＤ及び他のプロセスで、各々のウエハからのダ
イの歩留りを最大にするように制御されなくてはならな
い。

【０００４】ウエハエッジ近傍の不必要な堆積による粒
子汚染 チャンバ内の粒子汚染物質の原因は、ウエハエッジでの
不適切な堆積である。ウエハエッジは通常面取りがなさ
れているという事実が幾分影響して、エッジ堆積の状況
は制御が困難でり、不完全な又は不適切な堆積がウエハ
エッジ近傍で起こる可能性がある。これは、堆積層の互
いに不適切な付着、及び／又はウエハへの不適切な付着
をもたらす可能性がある。

【０００５】この問題は、典型的な半導体ウエハの部分
的な断面図である図１（ａ）に例示されている。この例
において、ウエハ１は、３つの連続した堆積層２、３及
び４を有しており、上層４はタングステン層であって中
間層２及び３（必要ならばそれ以上の層）を堆積した後
でウエハ上に形成される。タングステンがウエハのシリ
コン（又は酸化シリコン）表面に容易に付着しないの
で、このような三層プロセスがタングステンの堆積には
一般的である。従って、非常に薄い「プライマー(prime
r）」層２が堆積されてからタングステン層４に容易に
付着する材料の第２の層３が堆積される。しかしなが
ら、図１（ａ）から判るように、タングステン層４は、
ベベル付けされたウエハの外側エッジ５の上の周りを
「包み」、シリコン基板と直接接触している。

【０００６】上記した、周りを包んでしまうということ
に伴う問題は、タングステンがシリコンウエハ表面に付
着せずに、ウエハのハンドリングの際に容易に欠けて剥
げ落ちる可能性があることであり、この結果粒子汚染が
起きる。

【０００７】それと対照的に、理想的なエッジ断面を図
１（ｂ）に示す。この図では、三層が全てウエハのエッ
ジに関して同じ位置又は近傍、好ましくは斜面の上方の
位置又は近傍で終わり、メタル層４がウエハエッジの一
番遠いところにある。

【０００８】加熱によるウエハエッジ近傍の不必要な堆
積 堆積材料層の均一性に影響する要因は、ウエハを加熱す
るために用いられる方法である。ある方法においては、
反応チャンバの石英壁を通して赤外線ランプによってウ
エハを加熱する。熱の分散が均一でないと、ウエハが歪
み、ウエハ面の堆積が非均一になり、ウエハエッジの持
ち上がった部分の下にプロセスガスが不必要に堆積され
る。

【０００９】ウエハを加熱する他の方法は、加熱ペデス
タルを、ウエハの支持と加熱の両方のために使用するこ
とである。この装置の例は、１９９４年２月２３日に出
願され今も出願中の「Improved Chemical Vapor Deposi
tion Chamber」という名称の米国特許出願第08/200,862
号明細書に記載されており、この内容は本明細書に援用
されている。この装置において、ウエハは、チャンバ内
部の垂直ストーク（vertical stalk)上に取り付けられ
た加熱ペデスタルの平坦な支持面に支持されている。ペ
デスタルは電気的加熱コイルによって内部から加熱さ
れ、この高熱の支持ペデスタルによってウエハが加熱さ
れる。ウエハ加熱の均一性を改良するために、このペデ
スタルは、このウエハの下側とペデスタルの平坦支持面
との間の界面で「真空」引きがなされる真空チャックを
具備する。結果として生じる、ウエハを横切る圧力差
は、ペデスタルにウエハを引き寄せ、その結果、ウエハ
の加熱の均一性が改善される。しかし、このウエハの裏
面の真空引きの結果、ウエハのエッジ回りでウエハとペ
デスタルの間の界面にプロセスガスが引っ張られる可能
性がある。このことは、不必要なエッジ堆積及び裏面堆
積を引き起こし、前述の如く、粒子汚染の発生を引き起
こすことがある。このように、加熱の均一性を改良する
ことは、不必要なエッジ堆積及び裏面堆積の増加の可能
性を伴っている。

【００１０】この問題に対して従来技術によって様々な
解決策が提案されてきた。

【００１１】１．パージガスリング 不必要なエッジ堆積の問題の１つの解決策は、ヒータ本
体との間にマニホールドを画成するパージガスリングを
使用することである。処理中に、ガス等のパージ流体は
ヒータ本体を通してマニホールド内に注入されて、マニ
ホールドの出口でウエハのエッジに向って噴射される。
その結果、プロセスガスがウエハのエッジ部分先端と接
触しないように抑制される。この方法は、理論的にはウ
エハの外周エッジ及び低面の不必要な堆積を低減し、図
１（ｂ）に示すような堆積パターンを生成する。しか
し、実際問題として、パージガスリングは期待するほど
の好結果をもたらさない。

【００１２】２．シャドーリング この問題の他の解決策としては、ウエハの上に位置し
て、そのウエハの周囲の狭い領域と接触しているシャド
ーリングを具備させて堆積を防止することがある。図１
（ｃ）に示すように、シャドーリングを使用すると、ウ
エハエッジの回りに堆積されない環状の帯がもたらさ
れ、これはウエハハンドリングの点からすると時には望
ましい。しかしながら、ウエハが歪んでいることと、揮
発性の堆積ガスがなおシャドーリングのへりの下に移動
してウエハのエッジ及び裏面に不必要な材料を堆積する
傾向があるということによってシャドーリングも期待す
るほどの好結果をもたらさない。更に、シャドーリング
とウエハとの間に僅かでも整列ミスがあると、ウエハエ
ッジを不完全に影を作ることになる。

【００１３】故に、ＣＶＤ及び／又は他のウエハ処理操
作中の半導体ウエハのエッジ又はその近傍での材料の堆
積を制御するための方法及び装置が必要である。

【００１４】

【発明の概要】本発明は、処理チャンバ内で、加熱ペデ
スタル等の基板支持体に支持されているウエハのエッジ
をマスクする方法及び装置を提供するものである。ガス
等の処理流体はウエハ面を流れて、ウエハ上にあるがウ
エハに接触しないように配置されたシャドーリングによ
って、ウエハエッジ近傍に堆積することが抑制される。
シャドーリングは、パージガスが中に流れるウエハエッ
ジを囲む空洞を画成している。このパージガスは、シャ
ドーリングとウエハの上面との間のギャップを通って空
洞から流れ出す。

【００１５】シャドーリングはプロセスガスのウエハへ
の堆積を２つの異なった方法で抑制する。第１に、シャ
ドーリングは、ウエハの上方から下に流れるプロセスガ
スの、ウエハのマスクされた部分への堆積を物理的に遮
る。第２に、シャドーリングは、プロセスガスがシャド
ーリングの下に広がってウエハエッジ近傍に堆積してし
まうことを抑制するようにパージガス流の方向付けをす
るために使用される。

【００１６】６つの整列ピンが、加熱ペデスタルのウエ
ハ支持面に押入されてそこから突出している。これらの
ピンは傾斜面を有しており、ウエハがペデスタルに載置
されたときにウエハを加熱ペデスタルの中央位置に案内
するように配置されている。これらのピンは、好ましく
は、ウエハが所定の位置に滑り易いようにピンとウエハ
との間の摩擦を最小にする材料から作られている。

【００１７】好ましい実施形態では、ピンはステンレス
鋼から作られており、ペデスタルはアルミニウムで作ら
れている。

【００１８】これらのピンは、シャドーリングを加熱ペ
デスタル対して、故にウエハ対して整列するように作用
するものである。シャドーリングの下側には、ピンと組
み合わされる複数の凹部形状が形成されている。シャド
ーリングと加熱ペデスタルとが一体化されて、ピンは正
確にシャドーリングを整列するように作用する。シャド
ーリングはもってウエハに関して中央に寄せられて回転
的に整列され、ウエハの所望の部分をカバーする。プロ
セス温度で、シャドーリングは支持リングに載ってお
り、ピンの頂部とシャドーリングとの間には小さなギャ
ップがある。ピンは断面が楕円形であって半径方向にペ
デスタルと整列されており、熱膨張によるピンと凹部と
の間の相対運動に適応するようになっている。

【００１９】シャドーリングは下から支持リングによっ
て垂直に支持されており（従ってウエハと接触しないよ
うになっている）、その支持リングは加熱ペデスタルを
囲んでいる。支持リングは、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金で作られており、ペデスタルに押入されている
ピンによってペデスタルと整列された後、そのペデスタ
ルに溶接されたものである。支持リングとペデスタルと
の界面はペデスタルと支持リングとの間に画成されたパ
ージガスマニホールドのエッジの底部をシールしてい
る。

【００２０】シャドーリングは基本的に加熱ペデスタル
より低い熱伝導性を有しており、加熱ペデスタルからシ
ャドーリングへの熱伝達を低減する。堆積速度は温度に
依存しているので、シャドーリングの温度を低くするこ
とは、そのシャドーリングへの堆積を低減する。好まし
い実施形態では、加熱ペデスタルはアルミニウム製で、
支持リングは６０６１−Ｔ６アルミニウム合金製で、シ
ャドーリングは３１４ステンレス鋼又はセラミック製で
ある。

【００２１】熱伝達は支持リングとシャドーリングとの
接触領域を最小にすることによって更に抑制され、これ
は２つのリングのオーバーラップ部が最小になるように
設計することによって達成されるであろう。

【００２２】本発明は、ＣＶＤプロセスを用いてウエハ
等を処理する半導体ウエハプロセスチャンバに特定の用
途が見出されるが、これに限定されるものではない。

【００２３】本発明の１つの利点は、実質的にウエハの
エッジ近傍の堆積の発生を排除することである。これに
よって、表面に不適当に付着した不必要なエッジ近傍堆
積によって発生する粒子汚染が排除される。

【００２４】本発明の他の利点は、整列ピンが、ウエハ
をペデスタルと、シャドーリングをペデスタルと、従っ
てシャドーリングをウエハとを整列するように作用する
ことである。これによって「中央から外れて(off cente
red)」ウエハのエッジ部分が影にされることが防止さ
れ、また非円形のウエハが、ウエハに関して回転的に整
列ミスされた非円形のシャドーリングによって不完全に
影にされることとも防止される。

【００２５】本発明のこれらの利点と更なる詳細は、以
下に続く詳細な説明により添付の図と併せて、いわゆる
当業者により明白になるであろう。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明に従った加熱ペデスタル１
６を図２に示す。以下の説明から明らかになように、ペ
デスタル１６は半導体ウエハの下側及びエッジの材料堆
積を低減するために使用されることができる。加熱ペデ
スタル１６は、エッジ保護部材を備えており、そのエッ
ジ保護部材は加熱ペデスタル１６の支持面２２に受容さ
れているウエハ２０の周囲に隣接されて配置されている
円周シャドーリング２４の形で設けられている。

【００２７】操作中に、ウエハ２０は加熱ペデスタル１
６に配置されて、シャドーリング２４はウエハ２０の外
周のエッジをマスクするように配置されている。処理中
に、ウエハ周囲のエッジ近傍の連続するパージガスの流
れは、シャドーリング２４とウエハ２０のマスクされた
部分の表面との間に画成されたギャップ８０を通して提
供される。このパージ流は、エッジのごく近傍のウエハ
２０の下側及びウエハ２０のエッジの堆積を抑制する。

【００２８】１．ペデスタル及びシャドーリングの構造 図２で、加熱ペデスタル１６は、垂直ストーク１８によ
って支持された本体６１を含めて示されている。ストー
ク１８内には、パージガスコンジット５１と、ペデスタ
ルの温度を計測する為の熱電対（図示せず）を含むハウ
ジングと、ペデスタル１６の本体６１内部に位置する加
熱エレメント５４にパワーを供給する為のコンジット５
６とがある。本体６１は通常アルミニウム製であって支
持面２２を有しており、その支持面２２には半導体ウエ
ハが支持されることができる。加熱ペデスタル１６の支
持面２２には複数の同軸真空溝（図示せず）が形成され
ており、真空を供給してウエハ２０を支持面２２の引き
付けて、処理中の加熱の均一性を改善している。これら
の真空溝は同軸溝の形であって、真空コンジット（図示
せず）によって供給されており、この内容は出願中の米
国特許出願第08/626,789号明細書に記載されている。面
２２にはウエハ２０と支持面２２との接触領域を低減す
るように加工(textured)がなされ、粘着が低減されてい
る。

【００２９】ウエハ搬送は従来の処理装置ロボットアー
ム（図示せず）よって達成され、このロボットアーム
は、スリットバルブ開口（図示せず）を通してチャンバ
に入る。このロボットアームはウエハ２０を処理のため
の所定位置に配置するために用いられる。

【００３０】脱着可能シャドーリング２４は、本体６１
の周囲を囲んで支持リング２８上に載置されており、そ
の支持リング２８は本体６１にはめ込まれたピン６０に
よって整列された後に本体６１に電子ビーム溶接された
ものである。その代わりに、ピン６０は本体６１に溶接
されたアルミニウムリング（図示せず）にはめ込まれた
ものであってもよい。支持リング２８及び本体６１は、
単一の材料から機械加工することは困難であるパージガ
スマニホールド２６を画成している。パージガスマニホ
ールド２６には本体６１に形成された８つのガスコンジ
ット８６からパージガスが送り込まれ、このパージガス
マニホールド２６はパージガスコンジット８６から送ら
れるパージガスの圧力／流れを分散及び均等にするよう
に作用する。パージガスコンジット８６は、パージガス
コンジット５１を介してパージガス供給源（図示せず）
と連通している。

【００３１】図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、
パージガスは通路８４を通って流れ、シャドーリング２
４とウエハ２０のマスクされた部分の上面との間に画成
されているパージギャップ８０に入る。パージギャップ
８０の寸法は、パージガスが、エッジ及びウエハの下側
の堆積を防止するために十分に流れることができるよう
に決められている。本発明の好ましい実施形態において
は、装置が操作温度（通常２６５℃）のときにパージギ
ャップ８０は０．０１０〜０．０３０インチ（０．２５
〜０．７６ｍｍ）である。

【００３２】これらの図には、円形のウエハへの使用に
適する好ましい実施形態を示しているが、パージギャッ
プ８０は、ウエハの外周に従うことに注意すべきであ
る。従って、もし非円形のウエハ（「ウエハフラット」
が形成されたウエハ等の）が処理される場合、パージギ
ャップ８０が不規則な外周に従うように形成されるべき
である。さらに、ここに説明した好ましい実施形態はウ
エハを支持するための平面を有するウエハ支持面２２を
備えているが、本発明は、ウエハのためのポケットを有
する支持面等の異なった形状を持つ支持面を用いてもよ
い。

【００３３】２．ウエハ及びシャドーリングの整列 ペデスタル１６の本体６１は、６つの整列ピン３２を有
しており、それらのピンはそれぞれ傾斜側部３３を有し
ている。各々のピン３２は、本体６１に開けられた穴３
８に押入されており、図３（ａ）に示すようにペデスタ
ル１６の支持面２２から突き出している。各々のピン３
２の傾斜側部３３は、ウエハ２０及びシャドーリング２
４を、ピン３２によって係合されたときに所定の位置に
案内するように作用している。各々のピン３２は軸線上
の通路３４を備えており、その通路によって残余ガスが
穴３８のピン３２の下の領域から排出されて、過剰な圧
力がピン３２の下に蓄積されてチャンバが操作温度に加
熱されたときにピンが外に出るように力が加わることの
ないようになっている。この軸線上の通路３４は、トラ
ップされた非プロセスガスがピン３２の下からプロセス
チャンバにリークする恐れのある場合に、「仮想リーク
(virtual leak)」排除することもできる。

【００３４】好ましい実施形態で、ピン３２は０．１８
７インチ（４．７５ｍｍ）であって円形の断面を有す
る。しかし、ピン３２は、例えばウエハ２０のエッジと
の接触領域を増加するように楕円形又は他の非円形断面
を有していてもよい。更に、ピン３２はドーム形又は鋭
角な形状を与えられていてもよい。図示した実施形態に
おいて、ピン３２の傾斜側部３３はピン３２の長軸から
約２０度である。この実施形態において、ピン３２は、
ステンレス鋼等の材料から作られており、ウエハ２０及
びシャドーリング２４に関する摩擦を最小にするように
なっている。ピン３２は面２２の回りに配置されてお
り、ウエハ２０及びシャドーリング２４がピン３２と係
合したときに、ウエハ２０及びシャドーリング２４をペ
デスタル１６の中央の位置に案内する。ウエハ２０がペ
デスタル上の位置に配置されたときに、ウエハ２０が正
しく整列されていないと、ウエハのエッジが少なくとも
１つのピン３２に接触して傾斜側部３３によってウエハ
は整列位置に移動される。

【００３５】これらのピン３２はシャドーリング２４を
本体６１に対して、故にウエハ２０にたいして整列する
のにも使用される。図４に示すように、シャドーリング
２４は、ピン３２と組の複数の凹み３６を有している。
ウエハ２０をペデスタル１６上に位置決めした後、加熱
ペデスタル１６及びシャドーリング２４は一体化され、
ピン３２は凹み３６と係合する。凹み３６は、ピン３２
と対応するようにテーパを有しており、また円形の断面
を有している。好ましい実施形態において凹み３６は、
楕円の断面を有しており、シャドーリング２４とペデス
タル１６との異なった熱膨張係数に備えるようになって
いる。各々の楕円断面は、その長軸がペデスタル１６に
対して半径方向に整列されている。このように、凹み３
６が楕円形状であることによって、ピン３２が熱膨張し
たときに凹み３６に関して半径方向に移動できるように
なっている。

【００３６】シャドーリング２４が正しく整列されてい
ないと、ピン３２が凹み３６に係合することによって正
しく整列される。シャドーリング２４はもって中央に寄
せられ、回転的に整列される。ピン３２はシャドーリン
グ２４の回転運動も制限する。これはシャドーリング２
４のウエハとの整列を改良するものであり、特に円形で
ないウエハ（フラットサイドを有する円形ウエハ等）が
合いのシャドーリングと使用されるときに有利である。
その理由は、ウエハ２０の、シャドーリング２４の下か
ら突き出す（従ってシャドーされない）部分が存在する
可能性を低減するからである。

【００３７】プロセス温度（図示の実施形態では通常２
６５℃である）では、多様な構成要素が熱膨張するの
で、シャドーリング２４は支持リング２８に直接載置さ
れており、ピン３２と凹み３６との間に約０．０２０イ
ンチ（０．５１ｍｍ）の僅かなギャップがある。

【００３８】３．熱伝達の考察 本体６１から支持リング２８及びシャドーリング２４へ
の熱伝達を低減するために、接触領域の最小化及び材料
の選択がなされる。支持リング２８とシャドーリング２
４との界面での接触領域の低減は、その界面間の熱伝達
を低減する。このことによってリングが相対的に低温に
保たれリング上の不必要な堆積が低減される。従って支
持リング２８は、支持リング２８の比較的小さな外周領
域上でシャドーリング２４と接触している。更に、支持
リング２８又はシャドーリング２４は接触領域、従って
両者間の熱伝達を低減するために加工された接触面を有
してもよい。同様に、支持リング２８は、パージガスマ
ニホールド２６の上方の領域では、本体６１と小さな円
周フランジ８２に沿って接触しているのみである。支持
リング２８は本体６１によって下から支持されている。

【００３９】材料の選択が、更に熱伝達を低減するため
に用いられる。例えば、シャドーリング２４は、本体６
１の材料より低い熱伝導係数及び熱膨張係数を有する材
料で作られる。好ましい実施形態では、シャドーリング
２４は、３１６Ｌステンレス鋼等のニッケル−クロム−
鉄合金から作られる。リングの低い熱伝導は、本体６１
からシャドーリング２４への熱伝達を低減する。同様
に、ピン３２は３１４ステンレス鋼で作られており、こ
のことは、シャドーリング２４への熱伝達を低減するの
みでなく、ウエハ２０及びシャドーリング２４が表面に
沿って滑り易いようにもしている。

【００４０】開示された支持リング２８はアルミニウム
又はアルミニウム合金で作られているが、支持リング２
８はリング自身がステンレス鋼等の低い熱伝導材料で作
られてもよく、本体６１に取り付けられてもよい点に注
意すべきである代わりに、支持リング２８は、シャドー
リング２４と接触してプロセスガスに露出するための低
熱伝導材料で作られた構成部材を有してもよい。

【００４１】４．ウエハ処理 図２は、通常の操作中の、すなわち、ウエハローディン
グが完了して加熱ペデスタルが最上の位置にある場合
の、脱着加熱ペデスタルに配置されたウエハを示してい
る。図２では、ウエハローディングプロセスは示してい
ないが、このプロセスの詳細は図から推測されるであろ
う。

【００４２】処理が開始されると、ペデスタル１６はシ
ャドーリング２４が排気板３０に捕獲されるまで低くさ
れる。ペデスタルが更に低くされると、ペデスタル１６
内のウエハリフトフィンガ（図示せず）は、垂直ストッ
プにぶつかって、残りの加熱ペデスタルが下方へ移動を
続ける間静止している。従って、ウエハリフトフィンガ
は支持面２２から離れて垂直に延ばされる。加熱ペデス
タル１６が最下位置にくると、適当な大きさの半導体ウ
エハ２０を保持しているロボットブレード（図示せず）
がチャンバ壁の開口部６８を通してチャンバに入ってく
る。ペデスタル１６が上昇されると、延びているウエハ
リフトフィンガは、ロボットブレードからウエハ２０を
持ち上げ、ブレードはチャンバの外へ引き込められる。
ペデスタル１６が上方に移動を続けてウエハリフトフィ
ンガストップを越えると、ウエハリフトフィンガが本体
６１の中に引き込められ、ウエハ２０は支持面２２に関
して下げられる。ウエハ２０が支持面２２に向って移動
すると、整列ピン３２はウエハ２０をペデスタル１６の
中央位置に案内する。ペデスタル１６は上昇を続け、シ
ャドーリング２４は排気板３０から支持リング２８によ
って持ち上げられて、整列ピン３２によって中央に寄せ
られて回転的に整列される。そして加熱ペデスタルは図
２に示す操作位置に到達する。ここで、処理が開始可能
となる。

【００４３】通常のメタルＣＶＤ堆積プロセスは、二つ
の個々のステップを持つ。約３０秒続く第１のステップ
の間、このチャンバ内の圧力は約０．６ｋＰａ（４．５
Ｔｏｒｒ）に下げられ、メタル堆積ガスがチャンバに導
入される。ニュークリエーション（nucleation）ステッ
プとして知られているこのステップは、非常に薄いメタ
ル層をウエハ上に堆積する。この薄い層はその上に更に
メタル層が堆積されるベース層として作用する。

【００４４】第２のステップの間（継続は６０秒より短
く、この間にほとんどのメタルが堆積される）、ペデス
タル１６に真空溝（図示せず）が設けられていたなら
ば、ウエハとペデスタル１６の支持面２２との界面に
「真空」が引かれる。

【００４５】ペデスタル１６は、今度は、ペデスタル１
６の本体内部に取り付けられている電気的可動加熱コイ
ル５４によって抵抗加熱される。コイル５４には、スト
ーク１８の本体内部に位置する堅いステンレス鋼接続ス
テム５６に沿って電力が供給される。コイルがただ１つ
の場合をこの図に示すが、１つ以上のコイル又は、同時
に納められているが別々に印加されている多数の加熱要
素も使用することができる。代わりに赤外線ヒータを使
用することもできる。

【００４６】ペデスタル１６が加熱されるとき、本体６
１は、上昇した温度によって半径方向に膨張する。低い
熱膨張係数を有するステンレス鋼製であって温度が低い
場合には、支持リング２８はあまり膨張しない。従っ
て、本体６１の外面は突出している支持リング２８の内
部エッジ８２と水平方向で接触し、支持リング２８と本
体６１との間の界面でメカニカルシールをつくる。この
シールはプロセスガスが本体６１と支持リング２８との
間に洩れるのを防止する。支持リング２８は、上述した
ように、本体６１に溶接されており、パージガスマニホ
ールド２６より下の領域を本体６１に対してシールして
いる。

【００４７】第２の堆積ステップ中に、アルゴン等の不
活性パージガスは、約４．２立方フィート／分（約２リ
ットル／秒）で、パージガス供給源（図示せず）によっ
てパージガスマニホールド２６を通して供給され、パー
ジギャップ８０を通して外にでる。この場合この供給は
パージギャップ８０へのプロセスガスの移動を実質的に
防止するために十分な圧力及び流量でなされる。パージ
ガスがパージギャップ８０の外に流れ出ると、処理チャ
ンバに入り、チャンバ（図示せず）の標準排出口を通し
て排出されることになる。

【００４８】このパージガスの供給は、ウエハの下側の
外側部分及びエッジのメタル堆積を実質的に減少又は排
除するという特別な利益効果を持つ。これは、パージガ
スがパージギャップ８０を通して絶え間なく高い質量流
量で流出するためであり、堆積ガスを効果的に薄め、ウ
エハエッジの近傍に堆積気体が拡散することを効果的に
防止する。更に、ウエハの頂部の外側部分近傍の堆積は
直接防止される。その理由は、シャドーリングがプロセ
スガスがウエハのマスクされた部分の直下に向かって垂
直下向きに流れるのを物理的に遮るからである。故に、
全エッジ近傍領域の堆積はシャドーリング及びパージガ
スの組合わせによって低減される。

【００４９】本発明は特定（ＣＶＤプロセスで使用され
る装置）の実施形態に関して上部で述べられたが、本発
明の代替例や変更例は疑いなく当業者によって明らかに
なるであろう。例えば、ウエハは加熱ペデスタル内の電
気式部材によって加熱される必要はなく、石英処理チャ
ンバの外部の赤外線ランプによって加熱されることもで
きる。他の実施形態では、シャドーリングは支持リング
によって機械的に支持される必要はなく、処理中に、ピ
ン３２によって、パージガスの浮力リフトによって又は
機械的に上部ガスマニホールドに取り付けられて支持さ
れることもできる。加えて、本発明は熱ＣＶＤチャンバ
内の使用について記述されたが、ここでの構成部材はプ
ラズマ堆積及び他の基板プロセス操作での使用にも等し
く適する。また、プラズマ堆積には、シャドーリング及
び支持リングの両方がセラミックで作られることが好ま
しい。それゆえ、前述の請求項は、本発明の真の精神及
び範囲に含まれるような代替例と変更例を全て包含して
いるとして、説明されているということが意図されてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、ウエハエッジにおける材料層の非理
想的な堆積を示した半導体ウエハの部分断面図であり、
（ｂ）及び（ｃ）はウエハのエッジにおける材料層の改
良された堆積を示した半導体ウエハの部分断面図であ
る。

【図２】本発明に従った、半導体チャンバ内の加熱ペデ
スタルの部分断面図である。

【図３】（ａ）は図２の領域Ａ、（ｂ）は図２の領域Ｂ
として示した加熱ペデスタルの上部を詳細に示した図で
あり、特にシャドーリングの形状を示した図である。

【図４】図３（ａ）及び図３（ｂ）のシャドーリングの
底面図である。

フロントページの続き (72)発明者 カール エー． リタウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， パロ アルト， ブライアント ストリー ト 3278 (72)発明者 ダシャン エス． ゾウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ヘンダーソン アヴェ ニュー 968， ナンバー３

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセス流体が、処理チャンバ内で基板
   支持体に支持されている基板の一部分と接触することを
   抑制する方法であって、 （ａ）アライナを用いて前記基板を前記基板支持体と整
   列するステップと、 （ｂ）プロセス流体の、前記基板の一部分に対する実質
   的に垂直な方向の流れを遮るためのマスクを提供するス
   テップと、 （ｃ）前記アライナを用いて、前記マスクを前記基板支
   持体に対して整列するステップと、 （ｄ）パージ流体を前記基板のマスクされた部分と前記
   マスクとの間に流すステップと、を備える方法。
2. 【請求項２】 前記整列するステップが、前記基板と前
   記基板支持体とを一体化したときに、前記基板を前記基
   板支持体に対して整列するステップである請求項１に記
   載の方法。
3. 【請求項３】 前記アライナが、前記基板を前記基板支
   持体と整列するために、前記基板の周囲エッジを係合す
   る請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記アライナが、前記マスクと前記基板
   支持体とを一体化したときに、前記マスクを前記基板支
   持体に対して整列する請求項２に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記アライナが、操作温度において前記
   マスクと離れている請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記パージガスが流れる通路を画成する
   ために、前記マスクを前記基板から離すステップを更に
   備える請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記マスクを前記基板から離すことが、
   前記基板支持体と前記マスクとの間の熱伝達を抑制する
   ように前記マスクを支持することを含む請求項６に記載
   の方法。
8. 【請求項８】 前記マスクを支持することが、前記基板
   支持体より低い熱伝導性を有するマスク支持体を使用す
   ることを含む請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記熱伝達を抑制するように前記マスク
   を支持するステップが、前記マスク及び前記基板支持体
   の少なくとも１つと前記マスク支持体との接触領域を低
   減するサブステップを含む請求項７に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記パージ流体を流すことが、前記パ
    ージ流体を前記基板に関して半径方向内側に流すことを
    含む請求項１に記載の方法。
11. 【請求項１１】 処理チャンバ内の基板支持体に支持さ
    れている基板に関してマスクを整列する方法であって、 （ａ）アライナを提供するステップと、 （ｂ）前記基板と基板支持体とを接触させて、同時に前
    記基板を前記基板支持体に対して整列するために前記ア
    ライナを使用するステップと、 （ｃ）前記基板支持体と前記マスクとを一体化させ、同
    時に前記マスクを前記基板支持体に対して整列するため
    に前記アライナを使用するステップと、を備える方法。
12. 【請求項１２】 前記アライナが、前記基板を前記基板
    支持体に対して整列するために、前記基板のエッジを係
    合する請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記基板支持体と前記マスクとを一体
    化させ、同時に前記マスクを前記基板支持体に対して整
    列するステップが、前記マスクと前記基板との間にパー
    ジギャップを画成する請求項１１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記アライナが、操作温度において前
    記マスクから離れている請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 処理チャンバ内で基板支持体に支持さ
    れている基板の一部がプロセス流体と接触することを抑
    制する装置であって、 （ａ）前記プロセス流体が、前記基板のマスクされた部
    分に対して実質的に垂直な方向に流れることを遮るため
    に形成されているマスクと、 （ｂ）前記基板を前記基板支持体に対して整列させるた
    めに形成されているアライナと、 （ｃ）前記マスクと前記基板の前記マスクされた部分と
    によって画成された流路であって、該流路への前記プロ
    セス流体の流入を抑制するためにパージ流体が流れる流
    路と、を備える装置。
16. 【請求項１６】 前記アライナが、更に、前記マスクを
    前記基板支持体に対して整列するように形成されている
    請求項１５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記アライナが、前記基板と前記基板
    支持体とが一体化されたときに前記基板を整列するため
    に、前記基板のエッジと係合するように形成されている
    請求項１６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記アライナが、前記マスクと基板支
    持体とが一体化したときに、前記マスクを整列するため
    の前記マスクの下側の型(formation)と係合するように
    形成されている請求項１７に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記アライナが、前記基板支持体に取
    り付けられている請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記アライナが、前記基板を前記基板
    支持体の中央位置に案内するために配置されている少な
    くとも１つのピンを含む請求項１９に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記少なくとも１つのピンが、傾斜形
    状であるという特徴を有している請求項２０に記載の装
    置。
22. 【請求項２２】 前記アライナが、操作温度において前
    記マスクと間隔が開くように形成されている請求項１８
    に記載の装置。
23. 【請求項２３】 前記型が熱膨張に適応するように形成
    されている請求項１８に記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記型が、前記基板支持体に対して半
    径方向に整列された長軸を有する請求項２３に記載の装
    置。
25. 【請求項２５】 前記型が楕円形の断面を有する請求項
    ２３に記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記流路を画成するために前記マスク
    を前記基板から離すためのマスク支持体を更に備える請
    求項１６に記載の装置。
27. 【請求項２７】 前記マスク支持体が、前記マスク支持
    体と前記マスクとの間の熱伝達を抑制するように形成さ
    れている請求項２６に記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記マスク支持体が、前記基板支持体
    よりも低い熱伝導性を有している請求項２７に記載の装
    置。
29. 【請求項２９】 前記マスク及び前記基板支持体のうち
    の少なくとも１つと前記マスク支持体との接触領域が、
    前記マスク支持体の長断面よりも小さい請求項２７に記
    載の装置。
30. 【請求項３０】 基板支持体に支持されている基板の少
    なくとも一部分を覆う装置であって、 （ａ）前記基板のエッジ部をマスクするために形成され
    ているマスクと、 （ｂ）前記基板を前記マスクと整列するために形成され
    ているアライナと、を備える装置。
31. 【請求項３１】 前記アライナが、前記基板を前記基板
    支持体と、また前記マスクを前記基板支持体と整列する
    ように形成されている請求項３０に記載の装置。
32. 【請求項３２】 前記マスクを前記基板支持体と整列す
    る前に、前記基板を前記基板支持体と整列するように形
    成されている請求項３１に記載の装置。
33. 【請求項３３】 前記アライナが、前記基板と前記基板
    支持体とが一体化されたときに前記基板を整列するため
    に、前記基板のエッジと係合するように形成されている
    請求項３１に記載の装置。
34. 【請求項３４】 前記アライナが、前記マスクと前記基
    板支持体が一体化されたときに前記マスクを整列するた
    めに、前記マスクの下側の合わせ型（keyedformation)
    と係合するように形成されている請求項３３に記載の装
    置。
35. 【請求項３５】 前記アライナが、前記基板支持体に取
    り付けられている請求項３４に記載の装置。
36. 【請求項３６】 前記アライナが、前記基板を前記基板
    支持体の中央位置に案内するために配置された少なくと
    も１つのピンを含む請求項３５に記載の装置。
37. 【請求項３７】 前記少なくとも１つのピンが、傾斜形
    状であるという特徴を有している請求項３６に記載の装
    置。
38. 【請求項３８】 前記アライナが、操作温度において前
    記マスクと間隔が開くように形成されている請求項３４
    に記載の装置。
39. 【請求項３９】 前記合わせ型が熱膨張に適応するよう
    に形成されている請求項３４に記載の装置。
40. 【請求項４０】 前記合わせ型が、前記基板支持体に対
    して半径方向に整列された長軸を有する請求項３９に記
    載の装置。
41. 【請求項４１】 前記合わせ型が楕円形の断面を有する
    請求項３９に記載の装置。