JP4520677B2

JP4520677B2 - Multi-chamber sputtering equipment

Info

Publication number: JP4520677B2
Application number: JP2001264688A
Authority: JP
Inventors: 正彦小林; 賢二小林
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003077975A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-chamber sputter device capable of dealing with a multi-chamber system provided with a plurality of independent film formation processing chambers and a loading/unloading lock chamber in the circumference of a carrying chamber provided with a substrate carrying robot, performing film formation to many kinds of substrates different in size by a single film formation device, and carrying the many kinds of the substrates different in the size while maintaining vacuum. SOLUTION: A diameter of a target 1 in a sputter processing chamber, a diameter of a substrate stage 3 interposed between the substrate and a substrate holder 2 holding the substrate and an inside diameter of a ring-like protection shield 4 disposed in the circumference of the substrate holder 3 are determined in response to the substrate size of the many kinds of different sizes carried in the multi-chamber system, and the substrate of the many kinds of the different sizes carrying the substrate carrying robot and the shelf of the loading/ unloading lock chamber in the multi-chamber system is made a carrying structure.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、薄膜作成装置の一種であるスパッタリング装置に関するものである。特に、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室（ロードロック室とアンロードロック室）とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置に関する。とりわけ半導体製造工程の一部に用いられるスパッタリング装置の性能改善に関するものであり、応用分野としては半導体製造工程での実装配線技術等がある。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングは対象物の表面に薄膜を作成する技術として産業の各分野で応用されている。特にＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイス製造や液晶ディスプレー（ＬＣＤ）等の表示装置の製造において多用されている。近年、半導体装置においてはデバイス工程が完成した後に、外部接続リードピンのスペースを省略して基板チップに直接リード端子を接続させる為のスパッタ工程がある。これは、広義には、実装配線技術と呼ばれる。この部分は成膜の最終工程となるためにさまざまな直径サイズの基板を処理する要求が有る。一方、設備に対してはコストを低減させて稼働率を上げるための要求が有る。
【０００３】
しかしながら、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応する従来のスパッタ処理装置では、特定の基板サイズしか搬送出来なかった。そこで、搬送する基板サイズが異なる場合には、成膜材料が同じでもおのおのの基板サイズにあわせた、別の成膜装置が必要であった。
【０００４】
図６は従来のスパッタ処理装置を説明する図である。図６図示のように、真空室６の内部に、ターゲット１と基板ホルダー２とが対向配置され、基板ホルダー２に基板ステージ３を介して支持されている基板２０にスパッタ現象を利用して薄膜が形成される。図６中、４は防着シールド、５は電源、７は搬送室、８は排気室、９は各室を真空的に隔離するためのゲートバルブ、６０は基板ホルダー２の周囲に配備されるリング状防着シールド、１００は基板搬送用ロボットのアームである。
【０００５】
基板ステージ３は基板２０の直径（ｗ３）より小さい直径（Ｄ１）で製造されており、またリング状防着シールド６０は基板２０の直径（ｗ３）より大きい内径（Ｄ２）で作られている。
【０００６】
上記のようにリング状防着シールド６０や基板ステージ３は特定の基板の直径にあわせて作られていた。
【０００７】
このために異なるサイズの基板を処理したい場合、設備投資が肥大化するかまたは他のサイズ基板の生産を断念するしか無かった。無理をして異なるサイズの基板を処理する場合には、処理室の基板ホルダーを大気開放後に交換し、真空に再度排気することが必要であった。また、搬送ロボットもそのアームを、当該異なるサイズの基板に対応できるアームに交換することが必要であった。このために処理室及び搬送室やロードアンロード室等、基板が通過する部分の部品を対応基板サイズに応じて交換する必要が有った。この改造工事に多大の日数が必要であり、生産効率を低下させていた。改造後も真空に排気して所定の膜質を得るためには所定の性能確認プロセスが必要であり、ダミーウエハ代や人件費等の諸費用がかかっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応する従来のスパッタ処理装置に見られる上述した不具合、非効率を改善することを目的としている。
【０００９】
そして異なるサイズの多種類の基板への成膜を単一成膜装置で行うことができ、かつ、真空を維持したままサイズが異なる多種類の基板を搬送することができるマルチチャンバースパッタ装置を提案することを目的としている。
【００１０】
更に、前記のようなマルチチャンバースパッタ装置であって、なおかつ、ターゲットの利用効率を大幅に改善でき、装置のランニングコスト低減を図ることが可能なマルチチャンバースパッタ装置を提案することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置において、以下の対策を施したマルチチャンバースパッタ装置を提案する。
【００１２】
まず、前記複数の独立した成膜処理室の中の少なくとも一つの成膜処理室は、内部にターゲットと基板ホルダーとが対向配置され、当該基板ホルダーに基板ステージを介して支持されている基板にスパッタ現象を利用して薄膜を形成するスパッタ処理室であって、前記ターゲットは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有し、前記基板ステージは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな直径を有すると共に、前記基板ホルダーの周囲に配備されるリング状防着シールドは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな内径を有しているスパッタ処理室とされている。
【００１３】
そして、前記基板搬送用のロボットは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ大きな内径を有する複数の溝を多段状に備えているアームを有している。
【００１４】
更に、前記ロード／アンロードロック室は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな対向距離を有する、一対のテーパ状の棚を多段状に備えているものである。
【００１５】
スパッタ処理室のターゲットと、基板ステージと、リング状防着シールドとが、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の異なる寸法の基板の大きさに対して前述した特定の大きさを有するものとされていると共に、基板搬送用のロボット、ロード／アンロードロック室がそれぞれ前記のような特徴的な構造とされていることによって、真空を維持したまま、サイズが異なる多種類の基板を搬送し、そして異なるサイズの多種類の基板への成膜を単一成膜装置で行うことができる。
【００１６】
なお、前記の構造の基板搬送用のロボットに代えて、次のような構成の基板搬送用のロボットを採用することとしても同様の作用、効果を発揮させることができる。この基板搬送用ロボットは、そのアームの上の同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンによって前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の支持が行われ、当該突設されている複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ小さく、かつ、同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンの高さは、複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径が小さくなるに連れて低くなっているというものである。
【００１７】
前記本発明のマルチチャンバースパッタ装置において、スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージを介して当該基板ホルダーに支持されている基板と、ターゲットとの間隔を変化させることができる可動式基板ホルダーとされている構成にすることができる。このような構成を採用することによって、ターゲット基板間距離（以下「Ｔ／Ｓ距離」と表す）を調整し、より良好な膜厚均一性を達成し、ターゲットの利用効率改善を図ることができる。
【００１８】
また、前記本発明のマルチチャンバースパッタ装置において、ターゲットの基板ホルダーに対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石が、ターゲット中央部側に配備されるセンターカソードマグネットと、前記センターカソードマグネットとは別にターゲット周縁側に配備される外周カソードマグネットとから構成されており、前記外周カソードマグネットは、前記センターカソードマグネットとは独立してターゲット裏面側との間隔を変化させることができる可動式となっている。
【００１９】
カソード磁石を前記の構成にすることによって、成膜処理すべき基板の大きさに応じて、外周カソードマグネットのターゲット裏面側に対する距離（間隔）を調整し、異なるサイズの多種類の基板に成膜する場合であっても、良好な膜厚均一性の確保、ターゲットの利用効率の改善を図ることができる。
【００２０】
この場合、前述したＴ／Ｓ距離調整可能な機能を併せて採用すれば、良好な膜厚均一性の確保、ターゲットの利用効率の改善をより効果的に達成することができる。
【００２１】
次に、前述した本発明のマルチチャンバースパッタ装置において、スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージが配置される部分の周囲に外周シールドを備えており、当該外周シールドの表面と、基板ホルダーに基板ステージを介して支持される基板の裏面との間隔は、１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲となるようにすることができる。
【００２２】
これは、成膜処理中の基板のソリを考慮すると、前記の間隔が１ｍｍ以下では基板裏面が外周シールドの表面に接触してしまう可能性が有り、また３ｍｍ以上にするとスパッタされた粒子が基板の裏面に回り込みやすく、後工程で基板裏面の薄膜除去工程が必要になるといったさまざまな不都合が生じるためである。
【００２３】
なお、前記において、外周シールドの表面には膜はがれ防止の表面処理が施されているようにすることが望ましい。
【００２４】
本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるスパッタ処理室の基板ステージとリング状防着シールドとは前述した特定の大きさを有するものであるため、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中でその直径が小さい方のサイズの基板に成膜処理を行っている場合には、外周シールドはターゲットから見える位置に有り、膜が堆積する。この膜の体積が進むと、薄膜の応力のために、剥離が懸念される。そこで、外周シールドの表面に膜はがれ防止の表面処理を施すものである。
【００２５】
この外周シールドの表面に施す膜はがれ防止の表面処理は、ブラスト処理又は金属膜の溶射処理とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２７】
図１は本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるスパッタ処理室の断面を表すものである。図６を用いて説明した従来のスパッタ処理装置における構成部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図１図示のスパッタ処理装置を動作させるには、あらかじめ真空室を荒びき真空ポンプで排気して、所定の圧力（１０Ｐａ程度）にした後、本排気に切り替える。本排気の段階では通常クライオポンプ、またはターボ分子ポンプが一般的に使用され、１０^-5Ｐａ前半から１０^-6Ｐａ程度迄排気する。
【００２９】
通常は、ターゲット１表面の酸化膜除去の為に、ダミーと言われる事前スパッタが行われる。その手順は、搬送室７を経由してダミー基板と言われる基板が真空容器６に運び込まれ、プロセスガス（一般的にＡｒガス等の希ガスが用いられる）が真空容器６に所定の圧力（１０^-1Ｐａ程度から１０Ｐａ程度迄）になるように導入される。この圧力の制御には圧力が一定となるような圧力制御（流量を調整）または流量制御（圧力を調整）方式が用いられる。
【００３０】
スパッタ処理装置において行われるスパッタ現象を利用した薄膜の形成は、次のようなメカニズムによって行われる。圧力若しくは流量制御されて安定な状態でプロセスガスが真空容器６に導入された状態で、ターゲット１に負の直流電力または高周波電力を加えると、ターゲット１表面に発生している磁場と電界の相互作用にもとづくマグネトロン放電が生じる。この放電によって生じたプラズマ中でイオン化したＡｒイオンがターゲット表面に向かって加速され（３００Ｖから７００Ｖ程度）てターゲット１表面がイオン衝撃を受ける。この運動エネルギーでターゲットを構成する金属若しくは絶縁材料の結合エネルギーを解き放ち、たたき出す（スパッタ）。このスパッタされた材料が基板に付着することで薄膜が基板上に形成されるのである。
【００３１】
基板サイズは通常さまざまなものが有り、４インチ（１００ｍｍ）程度のものから１２インチ（３００ｍｍ）程度の大口径のものまでその用途と集積度に応じて、基板サイズが変化する。最近の半導体デバイスにおけるチップコスト低減の為に、高集積化とチップサイズの大型化にともない基板サイズは２００ｍｍから３００ｍｍへの移行が進行しつつ有る。
【００３２】
マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板が直径ｗ１＝１５０ｍｍ、最大直径の基板が直径ｗ２＝２００ｍｍである場合、これらを共通して搬送できるように、図１図示のスパッタ処理装置には次のような工夫がしてある。
【００３３】
まず、ターゲット１は、図１図示のように、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径（ｗ２＝２００ｍｍ）の基板より大きな直径を有するようにされている。マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径を有する基板に対する成膜処理にも十分対応できるようにしておくためである。
【００３４】
次に、基板ステージ３の直径Ｄ１は、前記最小直径（ｗ１＝１５０ｍｍ）の基板の直径より少し小さくしてある（本実施例では１４４ｍｍとした）。また、基板ホルダー２の周囲に配備されるリング状防着シールド６０の内径Ｄ２は、最大直径（ｗ２＝２００ｍｍ）の基板より少し大きくしてある（本実施例では２０４ｍｍとした）。
【００３５】
このようにリング状防着シールド６０の内径Ｄ２を搬送される基板の最大径よりも大きく、基板ステージ３の直径Ｄ１を搬送される基板の最小直径よりも小さくすることで、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の搬送装着を可能にすることができる。
【００３６】
実用的には、例えば、１５０ｍｍから３００ｍｍ迄の種類の基板を搬送する場合、リング状防着シールド６０の内径は３０６ｍｍ程度に、また基板ステージ３の直径は１４４ｍｍ程度とするのが望ましい。
【００３７】
また、基板ホルダー２は、従来公知の上下動機構を備えていて、図１中、両方向矢印１１０で示すように、ターゲット１との間の距離を調整可能な可動式基板ホルダーとされていることが望ましい。このようにすれば、Ｔ／Ｓ距離を調整し、良好な膜厚均一性を確保し、ターゲットの利用効率改善を図る上で有利である。例えば、処理する基板のサイズが比較的小さい場合にはＴ／Ｓ距離を小さくし、処理する基板のサイズが比較的大きい場合にはＴ／Ｓ距離を大きくする等の対応が可能である。
【００３８】
図２（ａ）は、本発明のマルチチャンバースパッタ装置における搬送室に備えられている基板搬送用ロボットのアームの基板接触部の構造を説明するものである。マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板が直径１５０ｍｍ、最大直径の基板が直径２００ｍｍである場合、これらを共通して搬送できるように、基板搬送用ロボットのアームには次のような工夫がしてある。
【００３９】
すなわち、基板搬送用ロボットのアーム３０ａは、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ大きな内径を有する複数の溝を多段状に備えている。図２（ａ）図示の例では、内径Ｄ４が２０１ｍｍの溝と、内径Ｄ３が１５１ｍｍの溝が、多段状に配備されている。
【００４０】
そこで、直径２００ｍｍ基板を搬送する場合には内径Ｄ４が２０１ｍｍの溝に当該基板が入り、１５０ｍｍ基板を搬送するには内径Ｄ３が１５１ｍｍの溝に当該基板が落とし込められる。
【００４１】
更に小さい直径や大きい直径の基板をアーム３０ａに載せる場合には、更に多段の溝を作ることで搬送可能となる。内径寸法Ｄ３、Ｄ４は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板をそれぞれ挿入出来る大きさであれば良い。
ただし、搬送精度や基板設置精度を考慮して、通常、基板直径の１〜２ｍｍ増しで設計するのが適当である。
【００４２】
図２（ｂ）は、基板搬送用ロボットのアームの基板接触部の他の構造を説明するものである。図２（ｂ）図示の例は、基板をアーム上のピンに載せて搬送する場合の例である。
【００４３】
基板搬送用ロボットのアーム３０ｂの上の同心円状の複数の円周の位置に、それぞれ、ピン４０ａ、４０ｂが複数本突設されている。ピン４０ｂが円周状に複数本突設されている位置における複数本のピン４０ｂによって形成される円周の直径は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板２０ｂの直径１５０ｍｍより小さく（例えば、１００ｍｍ程度）なっている。また、ピン４０ａが円周状に複数本突設されている位置における複数本のピン４０ａによって形成される円周の直径は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板２０ａの直径２００ｍｍより小さく（例えば、１５５ｍｍ程度）なっている。
【００４４】
ここで、アーム３０ｂの上の同心円状の複数の円周の位置に、それぞれ、複数本突設されるピンの数は、各円周の位置において３本程度が望ましい。これがあまり多くなると、真空処理室６での基板２０ａ、２０ｂの受け渡しが難しくなる場合があるので注意が必要である。
【００４５】
図２（ｂ）図示の例の場合、直径２００ｍｍの基板２０ａは、ピン４０ａが円周状に複数本（例えば、３本）突設されている位置のピン４０ａに支持されて搬送される。また、直径１５０ｍｍの基板２０ｂは、ピン４０ｂが円周状に複数本（例えば、３本）突設されている位置のピン４０ｂに支持されて搬送される。
【００４６】
そこで、アーム３０ｂの上の同心円状の複数の円周の位置に突設されている複数本のピンの高さは、複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径が小さくなるに連れて、図２（ｂ）図示のように、低くしておく必要がある。
【００４７】
この場合、隣接する円周の位置に突設されるピン４０ａ、４０ｂの高さの関係は、少なくとも、０．３ｍｍ程度相違していることが望ましい。両者の高さの相違が０．３ｍｍより小さい場合には、同心円状の隣接する各円周の位置に突設されているピンに支持されている基板の成膜時における反りによって、基板が隣接する円周の位置に突設されているピンに接触するおそれがあって好ましくないからである。
【００４８】
同様の理由から、最も小さな直径の基板２０ｂを支持するピン４０ｂの高さは、少なくとも、０．３ｍｍ程度より大きいことが望ましい。０．３ｍｍより小さい場合には、基板２０ｂが成膜時に反った場合、基板２０ｂの裏面がアーム３０ｂの表面に接触してしまうおそれがあるからである。
【００４９】
そこで、例えば、直径２００ｍｍの基板２０ａと、直径１５０ｍｍの基板２０ｂが搬送される図２（ｂ）図示の実施例の場合、ピン４０ａの高さを１ｍｍに設定したときには、ピン４０ｂの高さは、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度とすることが望ましい。
【００５０】
図３は、本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるロード／アンロードロック室の棚の断面形状の一部を示すものである。
【００５１】
本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるロード／アンロードロック室は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板（図３の場合、基板２０ｂ）より小さな対向距離を有する、一対のテーパ状の棚５０ａ、５０ｂを多段状に備えている。
【００５２】
図３では、上下２段のみ図示しているが、ロード／アンロードロック室の棚５０ａと５０ｂは一対で構成され、２５枚から２７枚程度の多段状になっている。
各棚５０ａ、５０ｂの形状は図示のようにテーパが掛けられている。そして、対向距離Ｌ２は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板の直径より小さくなっている。
【００５３】
例えば、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小の直径が基板２０ｂの１５０ｍｍである場合、Ｌ２は、１３０ｍｍ程度となる。
【００５４】
この場合、図示の例では、テーパ角度Ａを１０度としている。
【００５５】
このようにすると、異なるサイズ、例えば、直径２００ｍｍの基板から直径１５０ｍｍの基板まで搭載が可能となる。
【００５６】
テーパ角度Ａを大きくし過ぎると、基板ピッチＬ３（図３）が大きくなり過ぎて、ロード／アンロードロック室のボリュームが大きくなり過ぎるので好ましくない。逆に、テーパ角度を０度（平坦）にすると、基板の裏面と棚の表面との接触面積が大きくなり過ぎて、パーティクル発生の原因となってしまう。
【００５７】
そこで、テーパ角度Ａは、実用的な観点から、５度程度から２０度程度が望ましい。
【００５８】
また棚５０ａ、５０ｂの材質はテフロン（登録商標）やポリミドといった比較的融点の高い樹脂系のものが望ましい。メタル材質の場合、基板と接触したときにパーティクルが発生しやすい事が確認された。
【００５９】
以上、図１〜図３を用いて説明したように、本発明によれば、スパッタ処理室のターゲットと、基板ステージと、リング状防着シールドとが、マルチチャンバシステム内で搬送される複数の寸法が異なる基板の大きさに対して前述した特定の大きさを有するようにされている。なおかつ、基板搬送用のロボット、ロード／アンロードロック室が、マルチチャンバシステム内で搬送される複数の寸法が異なる基板の大きさに対して、それぞれ前述した特徴的な構造にされている。そこで、サイズの異なる多種類の基板の搬送、これらの基板に対する成膜を、真空を破らずに、かつ、単一の成膜装置で行うことができる。
【００６０】
図４は、図１図示のスパッタ処理装置における基板ホルダー２の部分を拡大して表したものである。基板ホルダー２は、図４図示のように、基板ステージ３が配置される部分の周囲に外周シールド１１０を備えており、この外周シールド１１０の表面１２０と、基板ホルダー２に基板ステージ３を介して支持される基板２０の裏面との間隔Ｌ１は、１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲となるようにされている。
また、外周シールド１１０の表面１２０にはブラスト処理が施してある。この実施例では、ブラスト材としてアルミナやＳｉＣの微粉末を外周シールド１１０の表面１２０に照射して表面を故意的に荒らしている。
【００６１】
基板ステージ３の直径Ｄ１、リング状防着シールド６０の内径Ｄ２を図１を用いて上述した大きさに設定し、直径１５０ｍｍの基板２０が基板ステージ３を介して基板ホルダー２に支持された時には、成膜中に外周シールド１１０の外縁部はターゲット１から見える位置に有り、膜が堆積する。この膜の体積が進行すると、薄膜の応力のために、剥離が懸念される。とりわけＴｉＷやＷ／ＷＮやＷＳｉ、ＴａＮ等薄膜の応力の大きなものに関しては母材シールドと堆積される薄膜との界面での剥離が発生する事が良く経験される。
【００６２】
そこで、ブラスト処理で表面１２０を荒らす事で、薄膜と外周シールド１１０との密着性を高めているものである。
【００６３】
この表面処理は例えばブラストでは無くて、金属の溶射（Ａｌ等の微粉末をプラズマ等で溶解させながら外周シールド１１０の表面１２０に吹きつける処理方法）を施した場合、更に大きな効果が有ることが確認されている。
【００６４】
このような表面処理を施すことで、ストレスの高い前記薄膜材料（ＴｉＷ、Ｗ／ＷＮ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＳｉ等）をスパッタさせても外周シールド１１０との密着性が向上して、膜が剥がれる事が激減される為に、パーティクル発生が少なくなる事を確認した。
【００６５】
なお、リング状防着シールド６０や、真空室への薄膜堆積を防止するための側壁防着シールド４に同様の表面処理を施すことによって、膜剥がれの防止、パーティクル発生の防止を図る上で一層効果的であることは言うまでもない。
【００６６】
図５は、本発明のマルチチャンバースパッタ装置における他のスパッタ処理室の断面を表すものである。図１図示のスパッタ処理室とはカソード部分が相違しているのみで、その他は同一であるので、図６、図１を用いて説明したスパッタ処理装置における構成部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６７】
図１図示のスパッタ処理装置の場合と同様に、ターゲット１は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有している。
【００６８】
そして、ターゲット１の基板ホルダー２に対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石は、ターゲット１の中央部側に配備されるセンターカソードマグネット１０ａと、センターカソードマグネット１０ａとは別にターゲット１の周縁側に配備される外周カソードマグネット１０ｂとから構成されている。
【００６９】
外周カソードマグネット１０ｂはセンターカソードマグネット１０ａとは別の支持金具２００によって保持されている。支持金具２００及び外周カソードマグネット１０ｂは、上下動作機構２２０によって上下動作される。すなわち、外周カソードマグネット１０ｂは、ターゲット１の裏面側との間隔を変化させることができる可動式になっている。
【００７０】
図５図示のスパッタ処理装置でサイズの異なる基板を処理するときには以下のように行われる。例えば、比較的小さなサイズである直径１５０ｍｍの基板を処理する場合、外周カソードマグネット１０ｂを上方向に移動させ、ターゲット１から離れた位置に配置する。
【００７１】
一方、比較的大きなサイズである直径２００ｍｍ、３００ｍｍの基板を処理する場合には、外周カソードマグネット１０ｂを下方向に移動させ、ターゲット１に近付いた位置に配置する。これによって、ターゲット１の外周部からのスパッタ量を増加させ、比較的大きなサイズの基板に成膜する場合における、基板面内の膜厚均一性を確保することができる。
【００７２】
なお、この場合、処理する基板の大きさに応じて、基板ホルダー２を上下動させ、Ｔ／Ｓ距離を調整する処理を併せて行えば、基板直径やターゲット材料に応じて、最適な基板面内の膜厚均一性を確保する上で有利である。
【００７３】
例えば、比較的小さなサイズである直径１５０ｍｍの基板の場合は、外周カソードマグネット１０ｂを上方向に移動させてターゲット１から離すと共に、Ｔ／Ｓ距離を比較的小さくする。一方、比較的大きなサイズである直径２００ｍｍ、３００ｍｍの基板の場合は、外周カソードマグネット１０ｂを下方向に移動させてターゲット１に近接させると共に、Ｔ／Ｓ距離を比較的大きくする。
【００７４】
この方式ではとりわけＡｕバンプのような非常に高価なターゲット材料を使用する場合にはターゲット利用効率改善という観点からも非常に有効となる。
【００７５】
センターカソードマグネット１０ａの最大直径がターゲット１の最大直径寸法より極端に小さい場合、ターゲット１の外周部がエロージョンされず、ターゲット再付着膜からのパーティクル発生の現象が見られる場合が有る。ＡｕやＡｌ材の場合にはエロージョンされなくても、パーティクル発生が無いことが知られている。従って上記材料の場合はこうした可動式の外周カソードマグネット１０ｂとＴ／Ｓ距離の調整による分布補正は効果が大きい。
【００７６】
以上添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、各構成、形状及び配置関係については、本発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎず、また、基板サイズなどの数値及び、薄膜材料・ターゲット材料などについては、例示にすぎない。したがって、本発明は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置において、異なるサイズの多種類の基板への成膜を単一成膜装置で行うことができる。しかも、真空を維持したままサイズが異なる多種類の基板を搬送することができる。これによって、設備の共有化ができ、その経済的な効果は絶大である。
【００７８】
更に、カソードマグネットを、センターカソードマグネットと、これとは別の可動式外周カソードマグネットとから構成することによって磁場調整可能とし、これにＴ／Ｓ距離調整可能な機構を組み合わせることで、ターゲットの利用効率を大幅に改善し、装置のランニングコスト低減に寄与すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるスパッタ処理室の断面を表す図。
【図２】（ａ）本発明のマルチチャンバースパッタ装置における搬送室に備えられている基板搬送用ロボットのアームの基板接触部の構造を説明する断面図。
（ｂ）本発明のマルチチャンバースパッタ装置における搬送室に備えられている基板搬送用ロボットの他のアームの基板接触部の構造を説明する断面図。
【図３】本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるロード／アンロードロック室の棚を説明する一部断面図。
【図４】図１図示のスパッタ処理装置における基板ホルダーの部分の拡大断面図。
【図５】本発明のマルチチャンバースパッタ装置における他のスパッタ処理室の断面を表す図。
【図６】マルチチャンバースパッタ装置における従来のスパッタ処理室の断面を表す図。
【符号の説明】
１ターゲット
２基板ホルダー
３基板ステージ
４防着シールド
５電源
６真空処理室
７搬送室
８排気室
９各室を真空的に隔離するためのゲートバルブ
１０カソードマグネット
１１ターゲット固定金具
１０ａセンターカソードマグネット
１０ｂ外周カソードマグネット
３０ａ、３０ｂ搬送用ロボットアーム
４０ａ、４０ｂ搬送用ロボットアーム上の基板搭載ピン
５０ａ、５０ｂロード／アンロード室内の棚
６０リング状防着シールド
７０マグネット回転軸
８０カソードハウジング
１００搬送用ロボットのアーム
１１０外周防着シールド
１２０外周防着シールドの表面
２００外周マグネット固定金具
２２０上下動作機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of the present application relates to a sputtering apparatus which is a kind of thin film forming apparatus. In particular, a plurality of independent film forming chambers and load / unload lock chambers around a transfer chamber equipped with a substrate transfer robot(Load lock room and unload lock room)The present invention relates to a sputter processing apparatus corresponding to a multi-chamber system. In particular, it relates to improving the performance of a sputtering apparatus used in a part of the semiconductor manufacturing process. As an application field, there is a mounting wiring technique in the semiconductor manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
Sputtering is applied in various industrial fields as a technique for forming a thin film on the surface of an object. In particular, it is frequently used in the manufacture of electronic devices such as LSIs (Large Scale Integrated Circuits) and display devices such as liquid crystal displays (LCDs). In recent years, in a semiconductor device, after a device process is completed, there is a sputtering process for omitting a space for an external connection lead pin and connecting a lead terminal directly to a substrate chip. This is called mounting wiring technology in a broad sense. Since this part is the final step of film formation, there is a need to process substrates of various diameter sizes. On the other hand, there is a demand for equipment to reduce the cost and increase the operating rate.
[0003]
However, in a conventional sputter processing apparatus corresponding to a multi-chamber system in which a plurality of independent film formation processing chambers and load / unload lock chambers are provided around a transfer chamber having a substrate transfer robot, Only a specific substrate size could be transferred. Therefore, when the substrate size to be transferred is different, a separate film forming apparatus is required in accordance with each substrate size even if the film forming material is the same.
[0004]
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional sputtering apparatus. As shown in FIG. 6, the target 1 and the substrate holder 2 are disposed opposite to each other inside the vacuum chamber 6, and a thin film is formed on the substrate 20 supported by the substrate holder 2 via the substrate stage 3 by using a sputtering phenomenon. Is formed. In FIG. 6, 4 is an adhesion shield, 5 is a power source, 7 is a transfer chamber, 8 is an exhaust chamber, 9 is a gate valve for vacuum-isolating each chamber, and 60 is disposed around the substrate holder 2. A ring-shaped deposition shield 100 is an arm of a substrate transfer robot.
[0005]
The substrate stage 3 is manufactured with a diameter (D1) smaller than the diameter (w3) of the substrate 20, and the ring-shaped deposition shield 60 is made with an inner diameter (D2) larger than the diameter (w3) of the substrate 20.
[0006]
As described above, the ring-shaped deposition shield 60 and the substrate stage 3 are made according to the diameter of a specific substrate.
[0007]
For this reason, when it is desired to process substrates of different sizes, the capital investment has increased or the production of other size substrates has to be abandoned. When processing a substrate of a different size forcibly, it was necessary to replace the substrate holder in the processing chamber after opening it to the atmosphere and exhaust it again to a vacuum. In addition, the transfer robot also needs to replace its arm with an arm that can handle the different size substrates. For this reason, it is necessary to replace parts such as the processing chamber, the transfer chamber, and the load / unload chamber in accordance with the corresponding substrate size. This remodeling work required a great number of days, and reduced the production efficiency. Even after remodeling, in order to obtain a predetermined film quality by evacuating to a vacuum, a predetermined performance confirmation process is required, and various expenses such as a dummy wafer cost and labor costs are required.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to a conventional sputtering apparatus corresponding to a multi-chamber system in which a plurality of independent film forming chambers and load / unload lock chambers are provided around a transfer chamber provided with a substrate transfer robot. The purpose is to improve the above-mentioned problems and inefficiencies found in (1).
[0009]
And we propose a multi-chamber sputtering system that can perform film deposition on multiple types of substrates of different sizes with a single deposition system and can transport multiple types of substrates of different sizes while maintaining a vacuum. The purpose is to do.
[0010]
It is another object of the present invention to provide a multi-chamber sputtering apparatus as described above, which can greatly improve the utilization efficiency of the target and can reduce the running cost of the apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a multi-chamber system in which a plurality of independent film forming chambers and load / unload lock chambers are provided around a transfer chamber having a substrate transfer robot. We propose a multi-chamber sputtering apparatus with the following countermeasures.
[0012]
First, in at least one of the plurality of independent film forming chambers, a target and a substrate holder are disposed so as to face each other, and the substrate is supported on the substrate holder via the substrate stage. A sputtering processing chamber for forming a thin film using a sputtering phenomenon, wherein the target has a diameter larger than a maximum diameter substrate among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system, and the substrate stage is A ring-shaped deposition shield disposed around the substrate holder and having a diameter smaller than the smallest diameter substrate among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system; Among the plurality of substrates, the sputtering chamber has an inner diameter larger than that of the substrate having the largest diameter.
[0013]
The substrate transfer robot includes an arm having a plurality of grooves each having an inner diameter larger than the diameter of each of the plurality of substrates transferred in the multi-chamber system.
[0014]
Further, the load / unload lock chamber includes a plurality of taper shelves having a plurality of stages, each having a facing distance smaller than a substrate having the smallest diameter among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system. Is.
[0015]
The sputter processing chamber target, substrate stage, and ring-shaped deposition shield are assumed to have the specific dimensions described above for the size of a plurality of different sized substrates being transported within a multi-chamber system. In addition, the substrate transfer robot and the load / unload lock chamber each have a characteristic structure as described above, so that various types of substrates having different sizes can be transferred while maintaining a vacuum, A single film forming apparatus can form a film on many types of substrates having different sizes.
[0016]
It is to be noted that the same operation and effect can be achieved by adopting a substrate transport robot having the following configuration in place of the substrate transport robot having the above structure. In this substrate transfer robot, a plurality of substrates transferred in the multi-chamber system are supported by pins projecting from a plurality of concentric circumferential positions on the arm, respectively. The diameter of each circumference formed concentrically by the projecting pins is smaller than the diameter of each of the plurality of substrates transported in the multi-chamber system, and a plurality of concentric circles. The height of the plurality of pins projecting from the circumferential position of each of the pins decreases as the diameter of each circle formed concentrically by the plurality of pins decreases. .
[0017]
In the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention, the substrate holder in the sputtering chamber is a movable substrate holder that can change the distance between the substrate supported by the substrate holder via the substrate stage and the target. Can be configured. By adopting such a configuration, it is possible to adjust the distance between target substrates (hereinafter referred to as “T / S distance”), achieve better film thickness uniformity, and improve the utilization efficiency of the target. .
[0018]
In the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention, a magnet disposed on the back side opposite to the front surface facing the substrate holder of the target, a center cathode magnet disposed on the center side of the target,SaidApart from the center cathode magnet, it consists of an outer peripheral cathode magnet deployed on the periphery of the target,SaidThe outer cathode magnet isIndependent of the center cathode magnetIt is movable so that the distance from the target back side can be changedThe
[0019]
By adopting the above-described configuration of the cathode magnet, the distance (interval) of the outer cathode magnet to the target back side is adjusted according to the size of the substrate to be deposited, and deposition is performed on many types of substrates of different sizes. Even in this case, it is possible to ensure good film thickness uniformity and improve target utilization efficiency.
[0020]
In this case, if the above-described function capable of adjusting the T / S distance is also employed, it is possible to more effectively achieve good film thickness uniformity and improvement in target utilization efficiency.
[0021]
Next, in the above-described multi-chamber sputtering apparatus of the present invention, the substrate holder of the sputtering processing chamber includes an outer periphery shield around the portion where the substrate stage is disposed, and the surface of the outer periphery shield and the substrate holder have a substrate. The distance from the back surface of the substrate supported via the stage can be in the range of 1 mm to 3 mm.
[0022]
In consideration of the warpage of the substrate during the film formation process, there is a possibility that the back surface of the substrate may come into contact with the surface of the outer shield when the distance is 1 mm or less. This is because it is easy to go around the back surface of the substrate, and various inconveniences such as the need for a thin film removing step on the back surface of the substrate in a subsequent process occur.
[0023]
In the above, it is desirable that the surface of the outer peripheral shield is subjected to a surface treatment for preventing film peeling.
[0024]
Since the substrate stage and the ring-shaped deposition shield in the sputtering chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention have the specific sizes described above, among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system, When the film forming process is performed on the substrate having the smaller diameter, the outer shield is in a position where it can be seen from the target, and the film is deposited. As the volume of this film increases, there is a concern about delamination due to the stress of the thin film. Therefore, a surface treatment for preventing film peeling is applied to the surface of the outer shield.
[0025]
The surface treatment for preventing film peeling on the surface of the outer peripheral shield can be blasting or thermal spraying of a metal film.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0027]
FIG. 1 shows a cross section of a sputtering chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention. The same members as those in the conventional sputtering apparatus described with reference to FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0028]
To operate the sputtering apparatus shown in FIG. 1, the vacuum chamber is evacuated with a rough vacuum pump in advance to a predetermined pressure (about 10 Pa) and then switched to the main exhaust. In the exhaust stage, a cryopump or a turbo molecular pump is generally used.^-Five10 from the first half of Pa^-6Exhaust to about Pa.
[0029]
Usually, in order to remove the oxide film on the surface of the target 1, preliminary sputtering called dummy is performed. The procedure is as follows. A substrate called a dummy substrate is carried into the vacuum vessel 6 through the transfer chamber 7, and a process gas (generally a rare gas such as Ar gas) is applied to the vacuum vessel 6 at a predetermined pressure ( 10^-1(From about Pa to about 10 Pa). For this pressure control, a pressure control (flow rate adjustment) or a flow rate control (pressure adjustment) system is used so that the pressure is constant.
[0030]
Formation of a thin film using a sputtering phenomenon performed in a sputtering apparatus is performed by the following mechanism. When a negative direct current power or a high frequency power is applied to the target 1 in a state where the process gas is introduced into the vacuum vessel 6 in a stable state under pressure or flow control, the mutual magnetic field and electric field generated on the surface of the target 1 A magnetron discharge based on the action occurs. Ar ions ionized in the plasma generated by this discharge are accelerated toward the target surface (about 300 V to 700 V), and the target 1 surface is subjected to ion bombardment. The kinetic energy releases the binding energy of the metal or insulating material constituting the target and knocks out (sputtering). The sputtered material adheres to the substrate, so that a thin film is formed on the substrate.
[0031]
There are various substrate sizes, and the substrate size varies from about 4 inches (100 mm) to a large diameter of about 12 inches (300 mm) depending on the use and degree of integration. In order to reduce the chip cost in recent semiconductor devices, the substrate size is gradually shifting from 200 mm to 300 mm with higher integration and increased chip size.
[0032]
In the case where the substrate having the smallest diameter among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system has a diameter w1 = 150 mm and the substrate having the maximum diameter has a diameter w2 = 200 mm, these can be transported in common as shown in FIG. This sputter processing apparatus is devised as follows.
[0033]
First, as shown in FIG. 1, the target 1 has a larger diameter than a substrate having the maximum diameter (w2 = 200 mm) among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system. This is because a film forming process for a substrate having the maximum diameter among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system can be sufficiently handled.
[0034]
Next, the diameter D1 of the substrate stage 3 is slightly smaller than the diameter of the substrate having the minimum diameter (w1 = 150 mm) (in this embodiment, 144 mm). The inner diameter D2 of the ring-shaped deposition shield 60 provided around the substrate holder 2 is slightly larger than the substrate having the maximum diameter (w2 = 200 mm) (in this embodiment, it is set to 204 mm).
[0035]
Thus, by making the inner diameter D2 of the ring-shaped deposition shield 60 larger than the maximum diameter of the substrate to be transported and making the diameter D1 of the substrate stage 3 smaller than the minimum diameter of the substrate to be transported, A plurality of substrates to be transported can be transported and mounted.
[0036]
Practically, for example, when a substrate of a type of 150 mm to 300 mm is transported, the inner diameter of the ring-shaped deposition shield 60 is preferably about 306 mm, and the diameter of the substrate stage 3 is preferably about 144 mm.
[0037]
Further, the substrate holder 2 is provided with a conventionally known vertical movement mechanism, and is a movable substrate holder capable of adjusting the distance to the target 1 as indicated by a double-headed arrow 110 in FIG. Is desirable. This is advantageous in adjusting the T / S distance, ensuring good film thickness uniformity, and improving the utilization efficiency of the target. For example, the T / S distance can be reduced when the size of the substrate to be processed is relatively small, and the T / S distance can be increased when the size of the substrate to be processed is relatively large.
[0038]
FIG. 2A illustrates the structure of the substrate contact portion of the arm of the substrate transfer robot provided in the transfer chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention. When a substrate having a minimum diameter of 150 mm and a substrate having a maximum diameter of 200 mm among a plurality of substrates transferred in a multi-chamber system is used, the substrate transfer robot arm is provided so that these can be transferred in common. Has the following ingenuity.
[0039]
In other words, the arm 30a of the substrate transfer robot includes a plurality of grooves each having an inner diameter larger than the diameter of each of the plurality of substrates transferred in the multi-chamber system. In the example shown in FIG. 2A, a groove having an inner diameter D4 of 201 mm and a groove having an inner diameter D3 of 151 mm are arranged in multiple stages.
[0040]
Therefore, when a 200 mm diameter substrate is transported, the substrate enters a groove having an inner diameter D4 of 201 mm, and to transport a 150 mm substrate, the substrate is dropped into a groove having an inner diameter D3 of 151 mm.
[0041]
When a substrate having a smaller diameter or a larger diameter is placed on the arm 30a, it can be transported by forming a multistage groove. The inner diameter dimensions D3 and D4 may be any size as long as a plurality of substrates transported in the multi-chamber system can be inserted.
However, in consideration of conveyance accuracy and substrate installation accuracy, it is usually appropriate to design with a substrate diameter increased by 1 to 2 mm.
[0042]
FIG. 2B illustrates another structure of the substrate contact portion of the arm of the substrate transfer robot. The example shown in FIG. 2B is an example in which the substrate is transported on a pin on an arm.
[0043]
A plurality of pins 40a and 40b project from a plurality of concentric circumferential positions on the arm 30b of the substrate transfer robot. The diameter of the circumference formed by the plurality of pins 40b at the position where the plurality of pins 40b protrudes circumferentially is the smallest diameter substrate 20b among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system. The diameter is smaller than 150 mm (for example, about 100 mm). Further, the diameter of the circumference formed by the plurality of pins 40a at the position where the plurality of pins 40a protrudes in a circumferential shape is the largest diameter among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system. The diameter of the substrate 20a is smaller than 200 mm (for example, about 155 mm).
[0044]
Here, it is desirable that the number of pins projecting from a plurality of concentric circumferential positions on the arm 30b is about three at each circumferential position. If this is too large, it may be difficult to deliver the substrates 20a and 20b in the vacuum processing chamber 6, so care must be taken.
[0045]
In the case of the example shown in FIG. 2B, the substrate 20a having a diameter of 200 mm is transported while being supported by the pins 40a at the positions where a plurality of pins 40a (for example, three) protrude in a circumferential shape. Further, the substrate 20b having a diameter of 150 mm is transported while being supported by the pins 40b at positions where a plurality of pins 40b (for example, three) are provided in a circumferential shape.
[0046]
Therefore, the height of the plurality of pins protruding from the positions of the plurality of concentric circles on the arm 30b is such that the diameter of each circle formed concentrically by the plurality of pins is small. Accordingly, it is necessary to keep it low as shown in FIG.
[0047]
In this case, it is desirable that the relationship between the heights of the pins 40a and 40b protruding from adjacent circumferential positions is at least about 0.3 mm different. When the difference in height between the two is smaller than 0.3 mm, the substrates are adjacent to each other due to warpage during deposition of the substrate supported by the pins protruding in the positions of the adjacent concentric circles. This is because there is a possibility that it may come into contact with a pin protruding at a circumferential position.
[0048]
For the same reason, the height of the pin 40b that supports the substrate 20b having the smallest diameter is desirably at least larger than about 0.3 mm. If it is smaller than 0.3 mm, the back surface of the substrate 20b may come into contact with the surface of the arm 30b when the substrate 20b warps during film formation.
[0049]
Therefore, for example, in the embodiment shown in FIG. 2B in which the substrate 20a having a diameter of 200 mm and the substrate 20b having a diameter of 150 mm are conveyed, when the height of the pin 40a is set to 1 mm, the height of the pin 40b is It is desirable that the thickness is about 0.3 mm to 0.7 mm.
[0050]
FIG. 3 shows a part of the sectional shape of the shelf of the load / unload lock chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention.
[0051]
The load / unload lock chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention has a facing distance smaller than the smallest diameter substrate (substrate 20b in the case of FIG. 3) among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system. A pair of tapered shelves 50a and 50b are provided in multiple stages.
[0052]
In FIG. 3, only the upper and lower two stages are shown, but the shelves 50a and 50b of the load / unload lock chamber are configured as a pair, and have a multistage shape of about 25 to 27 sheets.
The shape of each shelf 50a, 50b is tapered as shown. The facing distance L2 is smaller than the diameter of the smallest diameter substrate among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system.
[0053]
For example, when the minimum diameter of the plurality of substrates transported in the multi-chamber system is 150 mm of the substrate 20b, L2 is about 130 mm.
[0054]
In this case, in the illustrated example, the taper angle A is 10 degrees.
[0055]
In this way, it is possible to mount different sizes, for example, a substrate having a diameter of 200 mm to a substrate having a diameter of 150 mm.
[0056]
If the taper angle A is too large, the substrate pitch L3 (FIG. 3) becomes too large, and the volume of the load / unload lock chamber becomes too large. On the contrary, when the taper angle is 0 degree (flat), the contact area between the back surface of the substrate and the surface of the shelf becomes too large, which causes generation of particles.
[0057]
Therefore, the taper angle A is preferably about 5 to 20 degrees from a practical viewpoint.
[0058]
The material of the shelves 50a and 50b is preferably a resin-based material having a relatively high melting point such as Teflon (registered trademark) or polyimide. In the case of a metal material, it was confirmed that particles were likely to be generated when contacted with the substrate.
[0059]
As described above with reference to FIGS. 1 to 3, according to the present invention, a target of a sputtering process chamber, a substrate stage, and a ring-shaped deposition shield are a plurality of transported units in a multi-chamber system. The above-described specific sizes are set for the sizes of the substrates having different dimensions. In addition, the substrate transfer robot and the load / unload lock chamber have the above-described characteristic structures with respect to the sizes of the substrates having different dimensions to be transferred in the multi-chamber system. Therefore, it is possible to transfer various types of substrates having different sizes and form films on these substrates with a single film forming apparatus without breaking the vacuum.
[0060]
FIG. 4 is an enlarged view of the portion of the substrate holder 2 in the sputtering apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 4, the substrate holder 2 includes an outer peripheral shield 110 around a portion where the substrate stage 3 is arranged. The surface 120 of the outer peripheral shield 110 and the substrate holder 2 are interposed via the substrate stage 3. The distance L1 from the back surface of the substrate 20 to be supported is in the range of 1 mm to 3 mm.
The surface 120 of the outer shield 110 is blasted. In this embodiment, the surface 120 of the outer shield 110 is intentionally roughened by irradiating the surface 120 of the outer shield 110 with a fine powder of alumina or SiC as a blast material.
[0061]
When the diameter D1 of the substrate stage 3 and the inner diameter D2 of the ring-shaped deposition shield 60 are set to the sizes described above with reference to FIG. 1, and the substrate 20 having a diameter of 150 mm is supported by the substrate holder 2 via the substrate stage 3 During the film formation, the outer edge portion of the outer peripheral shield 110 is in a position where it can be seen from the target 1, and the film is deposited. As the volume of the film progresses, there is a concern about peeling due to the stress of the thin film. In particular, for thin films having large stress such as TiW, W / WN, WSi, and TaN, it is often experienced that peeling occurs at the interface between the base material shield and the deposited thin film.
[0062]
Therefore, the adhesion between the thin film and the outer shield 110 is enhanced by roughening the surface 120 by blasting.
[0063]
This surface treatment is not blasting, for example, but when metal spraying (a treatment method in which fine powders of Al or the like are sprayed onto the surface 120 of the outer shield 110 while being melted with plasma or the like), there is a greater effect. It has been confirmed.
[0064]
By performing such a surface treatment, even if the thin film material (TiW, W / WN, TaN, TiN, WSi, etc.) with high stress is sputtered, the adhesion to the outer shield 110 is improved and the film is peeled off. It was confirmed that the generation of particles was reduced because things were drastically reduced.
[0065]
Note that the same surface treatment is applied to the ring-shaped deposition shield 60 and the sidewall deposition shield 4 for preventing the deposition of a thin film in the vacuum chamber, thereby further preventing film peeling and particle generation. Needless to say, it is effective.
[0066]
FIG. 5 shows a cross section of another sputtering processing chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention. 1 is the same as the constituent members in the sputtering apparatus described with reference to FIGS. 6 and 1 because the cathode part is different from the sputtering process chamber shown in FIG. 1 and the other parts are the same. Reference numerals are assigned and description thereof is omitted.
[0067]
As in the case of the sputtering apparatus shown in FIG. 1, the target 1 has a larger diameter than the largest diameter substrate among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system.
[0068]
The magnet disposed on the back side opposite to the front surface of the target 1 facing the substrate holder 2 is a target separately from the center cathode magnet 10a disposed on the center side of the target 1 and the center cathode magnet 10a. 1 and an outer peripheral cathode magnet 10b disposed on the peripheral side of the outer periphery.
[0069]
The outer cathode magnet 10b is held by a support fitting 200 different from the center cathode magnet 10a. The support fitting 200 and the outer peripheral cathode magnet 10b are moved up and down by the up and down operation mechanism 220. That is, the outer peripheral cathode magnet 10b is movable so that the distance from the back side of the target 1 can be changed.
[0070]
When processing substrates of different sizes with the sputter processing apparatus shown in FIG. For example, when a substrate having a diameter of 150 mm, which is a relatively small size, is processed, the outer peripheral cathode magnet 10 b is moved upward and disposed at a position away from the target 1.
[0071]
On the other hand, when processing a relatively large size substrate having a diameter of 200 mm or 300 mm, the outer peripheral cathode magnet 10 b is moved downward and disposed at a position close to the target 1. Thereby, the amount of sputtering from the outer peripheral portion of the target 1 can be increased, and the film thickness uniformity within the substrate surface can be ensured when the film is formed on a relatively large size substrate.
[0072]
In this case, if the substrate holder 2 is moved up and down in accordance with the size of the substrate to be processed and the process of adjusting the T / S distance is performed together, the optimum substrate surface is selected according to the substrate diameter and the target material. It is advantageous in ensuring the film thickness uniformity.
[0073]
For example, in the case of a relatively small substrate having a diameter of 150 mm, the outer peripheral cathode magnet 10b is moved upward to move away from the target 1 and the T / S distance is made relatively small. On the other hand, in the case of a relatively large substrate having a diameter of 200 mm or 300 mm, the outer peripheral cathode magnet 10b is moved downward to be close to the target 1 and the T / S distance is relatively large.
[0074]
This method is very effective from the viewpoint of improving target utilization efficiency especially when a very expensive target material such as an Au bump is used.
[0075]
When the maximum diameter of the center cathode magnet 10a is extremely smaller than the maximum diameter dimension of the target 1, the outer peripheral portion of the target 1 may not be eroded, and a phenomenon of generation of particles from the target reattachment film may be observed. In the case of Au or Al material, it is known that no particles are generated even if erosion is not performed. Therefore, in the case of the above material, such distribution correction by adjusting the movable outer peripheral cathode magnet 10b and the T / S distance has a great effect.
[0076]
The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, each configuration, shape, and arrangement relationship are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood, and the substrate size, etc. These numerical values and the thin film material / target material are merely examples. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed to various forms within the technical scope grasped from the description of the scope of claims.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, a sputtering apparatus corresponding to a multi-chamber system in which a plurality of independent film forming chambers and load / unload lock chambers are provided around a transfer chamber provided with a substrate transfer robot. In the above, film formation on many types of substrates of different sizes can be performed with a single film formation apparatus. In addition, many types of substrates having different sizes can be conveyed while maintaining a vacuum. As a result, the facilities can be shared and the economic effect is enormous.
[0078]
Furthermore, the magnetic field can be adjusted by configuring the cathode magnet with a center cathode magnet and a movable outer peripheral cathode magnet different from this, and by combining this with a mechanism capable of adjusting the T / S distance, the target can be used. This greatly improves the efficiency and contributes to reducing the running cost of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a sputtering chamber in a multi-chamber sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating the structure of a substrate contact portion of an arm of a substrate transfer robot provided in a transfer chamber in a multi-chamber sputtering apparatus of the present invention.
(B) Sectional drawing explaining the structure of the substrate contact part of the other arm of the substrate transfer robot provided in the transfer chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating a load / unload lock chamber shelf in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention.
4 is an enlarged cross-sectional view of a portion of a substrate holder in the sputtering apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of another sputtering chamber in the multi-chamber sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a cross section of a conventional sputtering treatment chamber in a multi-chamber sputtering apparatus.
[Explanation of symbols]
1 target
2 Board holder
3 Substrate stage
4 Protection shield
5 Power supply
6 Vacuum processing chamber
7 Transfer room
8 Exhaust chamber
9 Gate valve for vacuum isolation of each chamber
10 Cathode magnet
11 Target fixing bracket
10a Center cathode magnet
10b Peripheral cathode magnet
30a, 30b Transfer robot arm
40a, 40b Board mounting pins on the transfer robot arm
50a, 50b Shelf in load / unload room
60 Ring-shaped deposition shield
70 Magnet rotation axis
80 Cathode housing
100 Arm of transfer robot
110 Outer circumference shield
120 Surface of outer circumference shield
200 Peripheral magnet fixing bracket
220 Vertical movement mechanism

Claims

基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロードロック室とアンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置であって、
前記複数の独立した成膜処理室の中の少なくとも一つの成膜処理室は、内部にターゲットと基板ホルダーとが対向配置され、前記基板ホルダーに基板ステージを介して支持されている基板にスパッタ現象を利用して薄膜を形成するスパッタ処理室であって、
前記ターゲットは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有し、前記基板ステージは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな直径を有すると共に、前記基板ホルダーの周囲に配備されるリング状防着シールドは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな内径を有しているスパッタ処理室であり、
前記基板搬送用のロボットは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ大きな内径を有する複数の溝を多段状に備えているアームを有し、
前記ロードロック室とアンロードロック室は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな対向距離を有する一対のテーパ状の棚を多段状に備えており、
前記ターゲットの基板ホルダーに対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石が、ターゲット中央部側に配備されるセンターカソードマグネットと、前記センターカソードマグネットとは別にターゲット周縁側に配備される外周カソードマグネットとから構成されており、前記外周カソードマグネットは、前記センターカソードマグネットとは独立してターゲット裏面側との間隔を変化させることができる可動式となっていることを特徴とするマルチチャンバースパッタ処理装置。A sputtering apparatus corresponding to a multi-chamber system provided with a plurality of independent film forming processing chambers, a load lock chamber, and an unload lock chamber around a transfer chamber provided with a substrate transfer robot,
At least one of the deposition treatment chamber in said plurality of independent deposition treatment chamber includes a target and the substrate holder is disposed opposite the inside, the sputtering phenomenon substrate supported via the substrate stage to the substrate holder A sputtering treatment chamber for forming a thin film using
The target has a larger diameter than a substrate having a maximum diameter among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system, and the substrate stage is the smallest of the substrates transported in the multi-chamber system. The ring-shaped deposition shield disposed around the substrate holder has a smaller inner diameter than the largest substrate among the plurality of substrates transported in the multi-chamber system. A sputter processing chamber,
The robot for transporting the substrate includes an arm having a plurality of grooves each having a plurality of grooves each having an inner diameter larger than the diameter of each of the plurality of substrates transported in the multi-chamber system.
The load lock chamber and the unload lock chamber each include a plurality of tapered shelves having a facing distance smaller than a substrate having a minimum diameter among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system ,
A magnet disposed on the back surface opposite to the front surface facing the substrate holder of the target is disposed on the target peripheral side separately from the center cathode magnet disposed on the center side of the target and the center cathode magnet. A multi-chamber characterized in that the outer peripheral cathode magnet is movable so that the distance from the back side of the target can be changed independently of the center cathode magnet. Sputter processing equipment.

基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロードロック室とアンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置であって、
前記複数の独立した成膜処理室の中の少なくとも一つの成膜処理室は、内部にターゲットと基板ホルダーとが対向配置され、前記基板ホルダーに基板ステージを介して支持されている基板にスパッタ現象を利用して薄膜を形成するスパッタ処理室であって、前記ターゲットは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有し、前記基板ステージは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな直径を有すると共に、前記基板ホルダーの周囲に配備されるリング状防着シールドは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな内径を有しているスパッタ処理室であり、
前記基板搬送用のロボットは、そのアームの上の同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンによって前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板を支持するものであって、突設されている複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ小さく、かつ、同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンの高さは、複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径が小さくなるに連れて低くなっているものであり、
前記ロードロック室とアンロードロック室は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな対向距離を有する一対のテーパ状の棚を多段状に備えており、
前記ターゲットの基板ホルダーに対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石が、ターゲット中央部側に配備されるセンターカソードマグネットと、前記センターカソードマグネットとは別にターゲット周縁側に配備される外周カソードマグネットとから構成されており、前記外周カソードマグネットは、前記センターカソードマグネットとは独立してターゲット裏面側との間隔を変化させることができる可動式となっていることを特徴とするマルチチャンバースパッタ処理装置。A sputtering apparatus corresponding to a multi-chamber system provided with a plurality of independent film forming processing chambers, a load lock chamber, and an unload lock chamber around a transfer chamber provided with a substrate transfer robot,
At least one of the deposition treatment chamber in said plurality of independent deposition treatment chamber includes a target and the substrate holder is disposed opposite the inside, the sputtering phenomenon substrate supported via the substrate stage to the substrate holder A sputtering process chamber for forming a thin film using the substrate, wherein the target has a diameter larger than a maximum diameter substrate among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system, and the substrate stage includes the substrate stage, A plurality of substrates carried in the multi-chamber system have a smaller diameter than the smallest substrate, and a ring-shaped deposition shield disposed around the substrate holder is carried in the multi-chamber system. A sputter processing chamber having an inner diameter larger than the largest diameter substrate among
The robot for transporting the substrate supports a plurality of substrates transported in the multi-chamber system by a plurality of pins projecting from a plurality of concentric circumferential positions on the arm. The diameter of each circumference formed concentrically by a plurality of projecting pins is smaller than the diameter of each of the plurality of substrates conveyed in the multi-chamber system, and is concentric The height of the plurality of pins projecting from each of the plurality of circumferential positions decreases as the diameter of each circumference formed concentrically by the plurality of pins decreases. Yes,
The load lock chamber and the unload lock chamber each include a plurality of tapered shelves having a facing distance smaller than a substrate having a minimum diameter among a plurality of substrates transported in the multi-chamber system ,
A magnet disposed on the back surface opposite to the front surface facing the substrate holder of the target is disposed on the target peripheral side separately from the center cathode magnet disposed on the center side of the target and the center cathode magnet. A multi-chamber characterized in that the outer peripheral cathode magnet is movable so that the distance from the back side of the target can be changed independently of the center cathode magnet. Sputter processing equipment.

スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージを介して前記基板ホルダーに支持されている基板と、ターゲットとの間隔を変化させることができる可動式基板ホルダーとされていることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。A substrate holder of a sputtering chamber according to claim 1, wherein the substrate supported on the substrate holder via the substrate stage, that there is a movable substrate holder can be changed the distance between the target Alternatively, the multi-chamber sputtering apparatus according to 2.

スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージが配置される部分の周囲に外周シールドを備えており、前記外周シールドの表面と、基板ホルダーに基板ステージを介して支持される基板の裏面との間隔が、１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲とされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。A substrate holder of a sputtering chamber is provided with an outer shield around the portion where the substrate stage is arranged, the surface of the outer peripheral shield, the distance between the back surface of the substrate to be supported via the substrate stage to the substrate holder The multi-chamber sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the multi-chamber sputtering apparatus has a range of 1 mm to 3 mm.

外周シールドの表面には膜はがれ防止の表面処理が施されていることを特徴とする請求項４項記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。5. A multi-chamber sputtering apparatus according to claim 4 , wherein the surface of the outer shield is subjected to a surface treatment for preventing film peeling.

外周シールドの表面に施されている膜はがれ防止の表面処理は、ブラスト処理又は金属膜の溶射処理であることを特徴とする請求項５記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。6. The multi-chamber sputtering apparatus according to claim 5 , wherein the surface treatment for preventing film peeling applied to the surface of the outer shield is blasting or thermal spraying of a metal film.