JPH0542507B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は基板をスパツタエツチしつつ、スパツ
タ成膜を行うバイアススパツタが可能な連続スパ
ツタ装置に関するものである。

〔発明の背景〕

半導体基板に例えば配線膜をスパツタ成膜する
には、真空排気、基板に吸着したガス除去のため
の基板加熱、下地表面の自然酸化物除去のための
スパツタエツチクリーニング、スパツタ成膜、大
気圧復帰の工程の全て、あるいはその一部が必要
である。この内のスパツタ成膜工程ではパターン
幅が1μｍ前後以下の微細パターンの場合、ステ
ツプカバレツジ向上のために、基板をエツチング
しつつスパツタ成膜を行うバイアススパツタ法が
有効である。

従来のバイアススパツタ装置は例えば、
Semiconductor World第３巻、第10号
（1984.10）における原因による「バイアス・スパ
ツタリングによる多層配線技術」において論じら
れている。この従来例では、１個の処理室から成
るスパツタ装置の基板電極上に基板を多数並べた
後、上記工程を順次行つていくものであり、次の
欠点をもつ。

(1) 上記工程を順次行うため、処理時間が長い。

(2) スパツタ成膜室を基板の出し入れ毎に大気に
した後、真空排気する。このため所定の時間内
に到達する全圧あるいはガス分圧がばらつき、
スパツタ成膜時の真空雰囲気を変動させる。

(3) 基板加熱、スパツタエツチクリーニング、ス
パツタ成膜を同一室内で行うため、基板加熱、
スパツタリングエツチクリーニングの際に発生
する汚染ガスが処理室内に残り、スパツタ成膜
時に膜中にとりこまれ膜質を低下させる。

(4) 多数枚基板を一括処理する場合には、基板内
膜厚分布を均一に保つため通常スパツタ電極と
基板間距離を長くする。このため成膜速度が低
く、膜中にとりこまれるガス量が増え膜質を低
下させる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高品質真空中でのバイアスス
パツタ成膜を高速に行うことを可能とする連続ス
パツタ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は高品質化のために、(1)取入・取出室を
設け、処理室を常時高真空に保持し、(2)処理室内
の複数の処理ステーシヨンの真空雰囲気を独立に
制御し、処理ステーシヨン間の相互汚染をなく
し、(3)処理室内で基板を保持したまま移動する基
板ホルダにエツチング電極を内蔵し、スパツタ成
膜とスパツタエツチングを同時に行うことによ
り、バイアススパツタを可能としたものである。

さらに高速化のために、(1)複数の処理を各々の
処理ステーシヨンで同時に行い、(2)スパツタ電極
に基板を静止対向させ、高速成膜を行い、さらに
(3)基板を基板ホルダにのせたまま、処理室内の処
理ステーシヨン間を搬送することにより、搬送時
間の短縮を実現した。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。

(1) 構 成 第１図は本発明の一実施例を示すスパツタ装置
の垂直断面図である。第２図は第１図に示すＤ−
Ｄ面による水平断面図であり、同図のＥ−Ｅ面は
第１図の垂直断面図を示している。

五角形の真空容器３０（第２図）と中央に円柱
状の凹みを有する蓋３１（第１図）により主真空
３２を構成する。真空容器３０の壁面３８（第２
図）には、ほぼ同一水平面に中心軸をもつ開口３
３（第２図）が等角度間隔にあけられ、順にロー
デイングステーシヨン７８、第１〜第４ステーシ
ヨン７９〜８２を形成する。またローデイングス
テーシヨン７８の大気側にはローデイング室５１
および取入・取出室５２が取り付けられ、第１〜
第４処理ステーシヨンの開口３３の外側には副真
空室３４が形成されている。第１図に示す如く副
真空室３４と主真空室３２とは開口３３の他に排
気口３５により真空的に連通可能である。排気口
３５はエアシリンダ３６で駆動されるバルブ３７
により開閉される。

第２図に示すごとく真空容器３０と蓋３１との
間には、真空容器３０の壁面３８とほぼ平行な複
数の平面４０を有するドラム３９がある。ドラム
３９は蓋３１の底面の中心で回転自在に支持され
ており、モータ２４、ギア２５、チエーン２６に
より回転させられる。

またドラム３９の各々の平面４０には、各々１
組の板ばね４１により平面４０とほぼ平行な状態
のまま前後動可能な基板ホルダ４２が取り付けら
れていて、プツシヤ４３により、真空容器３０の
壁面３８と基板ホルダ４２が密着できる。蓋３１
の凹み内の中心にあるエアシリンダ４４（第１
図）により円錐カム４５が下降すると、プツシヤ
４３は中心から外方に向けて力を受け、ガイド４
６によりガイドされながら全ステーシヨンで同時
に基板ホルダ４２を壁面３８に押付ける。円錐カ
ム４５が上昇すると圧縮ばね４７により、プツシ
ヤ４３は中心方向に力を受け、プツシヤ４３の先
端は蓋３１の凹みの外周面まで後退し、基板ホル
ダ４２は板ばね４１により壁から離れてドラム３
９に接近する。

第２図において、第１処理ステーシヨン７９、
第２処理ステーシヨン８０、および第４処理ステ
ーシヨン８２についてはプツシヤ４３、ガイド４
６、基板ホルダ４２、板ばね４７の図示を省略し
てある。

第１図に示すごとく、少なくとも一つの副真空
室３４には処理ユニツト１８、ガス配管７２、真
空バルブ７３、可変バルブ７４を設ける。

また主真空室３２は、配管４８により真空ポン
プ７５に接続され、高真空排気される。

また、第２図に示す如くローデイングステーシ
ヨン７８の大気側にはローデイング室５１、さら
にその大気側に取入・取出室５２が設置されてい
る。取入・取出室５２内には２組の搬送手段５
３，５４が、またローデイング室５１内には１組
の搬送手段５５が設置されている。

取入・取出室５２の両側にはゲートバルブ５
６，５７が設置されている。

取入・取出室５２の両側にはゲートバルブ５
６，５７が設置されている。ゲートバルブ５６，
５７が開いている時に基板５は大気中の搬送手段
（図示せず）により取入・取出室５２に搬入され、
搬送手段５３，５５，５４によりローデイング室
５１を経て再び大気側に搬出されることができ
る。

また取入・取出室５２は第１図に示すように真
空配管５８、真空バルブ５９を経由して補助真空
ポンプ６０に、またリーク配管６１、リークバル
ブ６２を経由してリークガス源（図示せず）に接
続されている。

ローデイング室５１は配管６３を経由して真空
ポンプ９１に接続されている。

またローデイング室５１内のローデイング位置
６４（第２図）に基板がある時、第１図に示した
エレベータ６５により基板は持ちあげられ、アー
ム６６（第１図）にチヤツクされる（チヤツク機
構は図示省略）。アーム６６は（中心線にて示す）
軸６７の回りで回転駆動され、基板５はウエーハ
ホルダ４２に移しかえられる。

なおエレベータ６５は例えばエアシリンダ６８
により、またアーム６６の軸６７はモータ（図示
省略）により駆動される。

第３処理ステーシヨン８１の断面詳細図を第３
図に示す。

基板ホルダ４２はエツチング電極１０１、絶縁
板１０２を内蔵し、絶縁板１０２の表面に保持機
構（図示せず）により基板５を保持している。基
板ホルダ４２の側面にはエツチング電極１０１が
露出し、給電口１０３を形成している。なおエツ
チング電極１０１と基板ホルダ４２との間には絶
縁物１１０が挿入されており、アース電位にある
ウエーハホルダ４２からエツチング電極１０１は
絶縁されている。

第２処理ステーシヨン８０、第３処理ステーシ
ヨン８１さらに必要に応じて第４処理ステーシヨ
ン８２の前記給電口１０３に対向する壁面３８の
該位置には、周囲を絶縁物１１１およびアースシ
ールド１０５に囲まれた給電部材１０６がある。
給電部材１０６は壁面３８およびアースシールド
１０５とは絶縁されたまま、一般的には13.56M
Hzの高周波電源１０７に接続されている。

第３処理ステーシヨン８１、第４処理ステーシ
ヨン８２の基板５に対向した位置には、スパツタ
電源１１２が接続されたスパツタ処理ユニツト１
８が取り付けられている。

(2) 動 作 次に、以上のように構成した連続スパツタ装置
の動作について述べる。

エアシリンダ４４（第１図）により円錐カム４
５を下降させ各ステーシヨンで基板ホルダ４２
を、真空容器３０の壁面３８に押付けておく。エ
アシリンダ３６によりバルブ３７を開いた状態
で、真空ポンプ７５を作動させるとともに、真空
バルブ７３、可変バルブ７４を協調させてガス配
管７２よりArガスを少なくともひとつの副真空
室３４に導入し、副真空室３４および主真空室３
２を各々所定の低圧雰囲気に保つ。副真空室３４
内の圧力は可変バルブ７４の開度、および排気口
３５の径を変えることにより調節する。

また取入・取出室５２では両側のゲートバルブ
５６，５７および真空バルブ５９を閉じた状態
で、リークバルブ６２を開き、リーク配管６２よ
りリークガスを導入し、取入・取出室５２内を大
気圧にしておく。

ローデイング室５１ではエレベータ６５を下降
の状態にしておくとともに真空ポンプ９１により
例えば10^-7Torr台に真空排気しておく。

以上の状態から運転サイクルを開始する。

取入・取出室５２のゲートバルブ５６を開いた
後、大気側搬送手段（図示せず）と搬送手段５３
（第２図）との協調により基板５を搬入位置６９
に搬入した後ゲートバルブ５６を閉じる。

次に補助真空ポンプ６０（第１図）を作動さ
せ、真空パルブ５９を開き、取入・取出室５２内
を例えば0.1Torrに排気した後、ゲートバルブ５
７を開く。搬送手段５３，５５（第２図）の協調
により、基板５をローデイング位置６４に搬送し
た後、エレベータ６５、アーム６６（第１図）の
協調により、基板５を基板ホルダ４２に装着す
る。

次にエアシリンダ４４により円錐カム４５を上
昇させると、プツシヤ４３は圧縮ばね４７により
基板ホルダ４２は板ばね４１により、それぞれ中
心方向に移動する。次にモータ２４、ギア２５、
チエーン２６により、ドラム３９を１ステーシヨ
ン分回転させた後、エアシリンダ４４、円錐カム
４５、プツシヤ４３により、再び基板ホルダ４２
を真空容器３０の壁面３８に押付ける。ローデイ
ングステーシヨン７８（第２図）では基板ホルダ
４２に装着されている処理ずみ基板５を、アーム
６６、エレベータ６５（第１図）の協調により、
搬送手段５５（第２図）上に移しかえる。ゲート
バルブ５７を開いた後、搬送手段５５，５４の協
調により基板５を取入・取出室５２内の搬出位置
７０に搬送するとともに、未処理の基板５を搬入
位置６９からローデイング位置６４に搬送した
後、ゲートバルブ５７を閉じる。

前述のごとく取入・取出室内を大気圧にし、ゲ
ートバルブ５６を開いた後、次に処理する未処理
基板５の搬入と、搬出位置７０にある処理ずみ基
板５の搬出とを同時に行う。

以上のローデイングステーシヨン７８での取
入・取出し処理と並行して、第１〜第４ステーシ
ヨンでは基板５に各々所定の処理を施す。

なお、第１〜第４処理ステーシヨンでは、基板
表面に吸着した汚染ガスを除去する基板加熱処
理、スパツタ前の基板表面の酸化物層を除去する
スパツタエツチ処理、あるいは基板をスパツタエ
ツチしつつ薄膜を形成するスパツタ処理を任意に
組合せて処理を行うが、標準的には第１ステーシ
ヨンで基板加熱処理、第２ステーシヨンでスパツ
タエツチ処理、第３、第４ステーシヨンでスパツ
タ処理を行う。その場合、各ステーシヨンの処理
ユニツト１８は、第１ステーシヨンは基板加熱ユ
ニツト、第２ステーシヨンはスパツタエツチング
ユニツト、第３、第４ステーシヨンはスパツタ処
理ユニツトである。

本実施例における各室の圧力は次の如くであ
る。

主真空室：２ミリトール、 第１処理ステーシヨンの副真空室：２ミリトー
ル、 第２処理ステーシヨンの副真空室：６ミリトー
ル、 第３、第４処理ステーシヨンの副真空室：３ミ
リトール。

第３図に示すように、第２処理ステーシヨン８
０では基板ホルダ４２が真空容器３０の壁に押し
付けられることにより、給電部材１０６とエツチ
ング電極１０１が給電口１０３で接触し、高周波
電源１０７から高周波電力がエツチング電極１０
１に印加される。すると基板５および絶縁板１０
２の表面に負の高電圧のセルフバイアス電圧が発
生し、副真空室３４の壁と絶縁板１０２との間に
プラズマが発生し、基板５にArイオンが入射し、
基板５のエツチング処理が行われる。

第３処理ステーシヨン８１、第４処理ステーシ
ヨンではさらに基板５に対向したスパツタ処理ユ
ニツト１８に、スパツタ電源１１２より電力を供
給することにより、バイアススパツタが行われ
る。

上述の実施例においてはローデイングステーシ
ヨン１個と処理ステーシヨン４個と、計５個のス
テーシヨンを設けたが、本発明を実施する場合、
設置するステーシヨンの個数は任意に設定し得
る。

また本実施例ではローデイングステーシヨン７
８にローデイング室５１と、取入・取出室５２と
を設けたが、これに限らずローデイング室５１を
省略し、取入・取出室５２を主真空室３２に直接
に取付け、さらに取入・取出室５２内にエレベー
タ６５ローデイング用のアーム６６を設けること
によつても同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように処理室を常時高真空に保持
するとともに各処理ステーシヨン毎に副真空室を
設け、副真空室毎の圧力を独立に制御することに
より処理ステーシヨン間のガス相互汚染をなく
し、スパツタ膜への汚染ガスのとりこみを低減で
きる。

また基板ホルダにエツチング電極を内蔵し、ス
パツタ成膜とスパツタエツチングを同時に行うバ
イアススパツタにより、ステツプカバレツジの向
上をはかることができる。

また複数の処理を各々の処理ステーシヨンで同
時に行い、またスパツタ電極に基板を静止対向さ
せることにより高速成膜を可能とし、さらに基板
を基板ホルダにのせたまま、処理ステーシヨン間
を搬送させることにより搬送時間を短縮し、以上
の効果により高速処理を行うことができる。

また本発明によれば各副真空室のメインテナン
スを行う場合には、主真空室を高真空排気したま
ま、該当する副真空室のみを大気にすればよく、
メインテナンス後の真空立上げ時間を短くでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す連続スパツタ
装置の正面図、第２図は第１図のＤ−Ｄ交視図、
第３図は第２図のＥ−Ｅ断面の部分詳細図であ
る。 ５…基板、３０…真空容器、３１…蓋、３２…
主真空室、３３…開口、３４…副真空室、３５…
排気口、３６…エアシリンダ、３７…バルブ、４
０…平面、４１…板ばね、４２…基板ホルダ、４
３…プツシヤ、４４…エアシリンダ、６５…エレ
ベータ、６６…アーム、６７…軸、６８…エアシ
リンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板に対し複数のスパツタ処理を施す連続ス
   パツタ装置において、主真空室と主真空室の一部
   に設けられた複数の開口と、該開口に接続した処
   理室と基板を保持したまま主真空室内を移動し、
   前記開口の端部に密着する基板ホルダと、該基板
   ホルダに内蔵されたエツチング電極と、前記開口
   の端部に密着した一部の基板ホルダのエツチング
   電極にエツチング電力を供給する給電機構と、前
   記開口の端部に密着した一部の基板ホルダに保持
   された基板に対向して、該処理室に取付けられた
   スパツタ成膜手段を有する連続スパツタ装置。