JPH0741947A - 真空処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタ装置のメンテナンス作業における装
置停止時間の短縮。 【構成】 セパレーションチャンバ１の接続部４に接続
するプロセスチャンバ５を接続部４の数の倍用意し、接
続されないプロセスチャンバ５を予備プロセスチャンバ
６とする。プロセスチャンバ５はゲートバルブ８が設け
られ、独立状態で真空立上げが可能となる。前記接続部
４にはベント管１６および真空引き管１７が取り付けら
れ、プロセスチャンバ５が接続された際形成される接続
部中間室１５に連通している。メンテナンス作業に先立
ってスパッタ装置運転中に予備プロセスチャンバ６のメ
ンテナンスを行いかつ真空立上げを行っておく。メンテ
ナンス作業は、プロセスチャンバ５の交換と、接続部中
間室１５の真空立上げだけとなり、スパッタ装置停止時
間の短縮によりスループットの向上が達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空処理装置、たとえ
ば、スパッタ装置に関し、特にマルチチャンバ構造のス
パッタ装置に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置（半導体デバイス）の高密度
・高集積化に伴い、素子構造は一層微細化されている。
また、配線の信頼度を保証するため、多層配線構造が採
用されている。これら多層配線を形成する真空成膜装置
の一つとして、スパッタ装置（スパッタリング装置）が
知られている。スパッタ装置については、工業調査会発
行「電子材料」1988年３月号、同年３月１日発行、Ｐ74
〜Ｐ78および同誌1986年３月号Ｐ82〜Ｐ88に記載されて
いる。前者の文献には、セパレーション( セパレーショ
ンチャンバ) の側面に単一のロードロックチャンバと複
数のプロセスチャンバを配置した真空室の構成が開示さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スパッタ装置は、プロ
セスチャンバ（処理室）内のターゲット材にガスイオン
を照射させることによって、ターゲット材の分子や原子
を飛び出させ、対向する位置に配置した半導体ウエハの
表面に堆積させて薄膜（スパッタ膜）を形成する。マル
チチャンバ構造のスパッタ装置では、多層膜形成のため
に各プロセスチャンバには、それぞれ所定のターゲット
材が取り付けられる。ターゲット材は繰り返してスパッ
タが行われることによって消耗して薄くなる。このた
め、ターゲット材の交換が必要となる。また、プロセス
チャンバ内の防着板の表面にはスパッタ物質が付着する
ことから、前記防着板等の清掃も必要となる。前記ター
ゲット材の交換やプロセスチャンバの清掃等を行うメン
テナンス作業では、前記ターゲット材の交換や清掃に費
やす時間以外に、プロセスチャンバ内の真空度を所定の
真空度に立上げる時間を必要とする。薄膜形成において
は、前記プロセスチャンバ内の真空度は、たとえば１０
^-9torrと高くする必要があるが、このような高い真空度
に立ち上げるには十数時間も掛かる。メンテナンス作業
時は装置が停止するため、スパッタ装置の稼働率（スル
ープット）が低下する。このスループットの低下は、マ
ルチチャンバ構造のスパッタ装置でも同様である。

【０００４】本発明の目的は、メンテナンス作業時の装
置停止時間の短縮を図ることができるスパッタ装置等真
空処理装置を提供することにある。本発明の前記ならび
にそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述およ
び添付図面からあきらかになるであろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明のスパッタ装置
は、接続部にゲートバルブを有するセパレーションチャ
ンバと、前記セパレーションチャンバに取り付けられる
ロードロックチャンバと、前記セパレーションチャンバ
に取り付けられる複数のプロセスチャンバとを有するス
パッタ装置であって、前記プロセスチャンバはセパレー
ションチャンバの取付箇所の数より多く設けられるとと
もに、前記セパレーションチャンバとの接続部にゲート
バルブを有し、かつ前記セパレーションチャンバにプロ
セスチャンバを取り付けた際生じる接続部中間室を真空
化する真空化手段および前記接続部空間内に気体を導入
する気体導入手段とを有する構造となっている。セパレ
ーションチャンバに取り付けられないプロセスチャンバ
は予備プロセスチャンバとなる。予備プロセスチャンバ
は、たとえばセパレーションチャンバの接続箇所の数と
同じ数用意されている。本発明のスパッタ装置において
は、セパレーションチャンバに取り付けられているプロ
セスチャンバの交換（メンテナンス作業）を行う場合、
メンテナンスに先立って予備プロセスチャンバの清掃お
よび所望のターゲット材の取り付けならびに予備プロセ
スチャンバの所望真空度への立上げをスパッタ装置の使
用と並行して行っておく。メンテナンス作業において
は、セパレーションチャンバから所定のプロセスチャン
バを取り外した後、点検が終了した前記予備プロセスチ
ャンバを取り付ける。つぎに、取り付けたプロセスチャ
ンバ（予備プロセスチャンバ）とセパレーションチャン
バとの接続部空間の真空立上げを行う。その後、各部を
調整してスパッタを行う。

【０００６】

【作用】上記した手段によれば、本発明のスパッタ装置
は、予備プロセスチャンバが設けられていることから、
セパレーションチャンバに取り付けられているプロセス
チャンバの交換（メンテナンス作業）を行う場合、メン
テナンス作業に先立って前記予備プロセスチャンバの清
掃および所望ターゲット材の取り付けならびに予備プロ
セスチャンバ内の所望真空度への立上げをスパッタ装置
の運転と同時に行うことができる。したがって、メンテ
ナンス作業に費やす時間は、セパレーションチャンバか
ら所定のプロセスチャンバを取り外す時間と、前記セパ
レーションチャンバに予備プロセスチャンバを取り付け
る時間と、セパレーションチャンバとプロセスチャンバ
の接続部空間の真空立上げ時間の和となり、プロセスチ
ャンバを取り付けた後プロセスチャンバ内を大気圧から
高真空度に立上げる長時間の作業が不要となる。この結
果、メンテナンス作業のスパッタ装置の停止時間の大幅
な短縮からスループット向上が図れる。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例によるスパッタ装
置の一部の概要を示す模式的平面図、図２は同じく一部
の断面図、図３は同じく平面断面図、図４は同じく一部
の正面図、図５は同じくプロセスチャンバ内におけるウ
エハの移換状態を示す断面図、図６は同じくプロセスチ
ャンバ内におけるウエハの移換状態を示す平面図、図７
は同じくプロセスチャンバ内においてウエハをスパッタ
位置に移行させる状態を示す断面図、図８は同じくプロ
セスチャンバ内においてスパッタ位置に移行されたウエ
ハを示す断面図である。

【０００８】本発明のスパッタ装置は、図１の模式図に
示すように、略正五角形体となるセパレーションチャン
バ（搬送室）１を有している。セパレーションチャンバ
１の周面の五面の一つには、被処理物としての半導体ウ
エハ２をセパレーションチャンバ１にローディング・ア
ンローディングするためのロードロックチャンバ３が取
り付けられている。また、残りの四面の取付箇所（接続
部４）には、それぞれプロセスチャンバ５が取り付けら
れるようになっている。セパレーションチャンバ１の各
開口部は、図では一部しか示さないが、ゲートバルブ７
で開閉されるようになっている。

【０００９】本発明のスパッタ装置では、セパレーショ
ンチャンバ１の接続箇所の２倍の数のプロセスチャンバ
５が用意され、セパレーションチャンバ１に接続される
プロセスチャンバ５以外は、予備プロセスチャンバ６と
して使用される。図１ではセパレーションチャンバ１の
一面にプロセスチャンバ５が取り付けられた状態を示
す。また、前記プロセスチャンバ５の側方には予備プロ
セスチャンバ６が示されている。また、プロセスチャン
バ５には、セパレーションチャンバ１に接続される側に
ゲートバルブ８が設けられている。プロセスチャンバ５
はセパレーションチャンバ１の接続部４に固定金具９で
固定されるようになっている。前記プロセスチャンバ５
はクライオポンプ１０によって真空立上げが行われるよ
うになっている。

【００１０】前記接続部４は、その内側にゲートバルブ
７が設けられ、かつ半導体ウエハ２の搬送路となるため
中空となっている。したがって、プロセスチャンバ５が
接続されると、短い距離ではあるが、前記ゲートバルブ
７とゲートバルブ８間に接続部中間室１５が形成される
ことになる。この接続部中間室１５は、セパレーション
チャンバ１にプロセスチャンバ５を接続した後は真空引
きが必要となるとともに、プロセスチャンバ５を取り外
す際には、気体を導入して大気圧に戻す必要がある。そ
こで、この接続部４には、前記接続部中間室１５に連通
するベント管１６および真空引き管１７が取り付けられ
ている。前記ベント管１６は、図示しない気体供給装置
に接続され、プロセスチャンバ５をセパレーションチャ
ンバ１から取り外す際、接続部中間室１５に気体を送り
こむ気体導入手段を構成する。また、前記真空引き管１
７は、図示しない真空ポンプに接続され、接続部４にプ
ロセスチャンバ５を取り付けた後、接続部中間室１５を
所望の真空度（１×１０^-3torr程度）に真空化する真空
化手段を構成する。

【００１１】つぎに、本発明のスパッタ装置の各部につ
いて説明する。セパレーションチャンバ１の中央には、
図２および図３に示すように、前記半導体ウエハ２を先
端の保持部２０に載置する細長のスライダ２１が配設さ
れている。このスライダ２１は、スライダ支持体２２に
支持されるとともに、その長手方向に前後動するように
なり、セパレーションチャンバ１の周面に配設されるロ
ードロックチャンバ３やプロセスチャンバ５との間で半
導体ウエハ２を授受できるようになっている。前記スラ
イダ支持体２２は、セパレーションチャンバ１の中央に
配置されるモータ２３の回転軸２４に支持されている。
前記モータ２３の駆動によって、前記スライダ支持体２
２は回転する。したがって、モータ２３の回転量によっ
てスライダ支持体２２の延在方向が変わり、各プロセス
チャンバ５またはロードロックチャンバ３との間で半導
体ウエハ２の授受が可能となる。

【００１２】前記セパレーションチャンバ１の接続部４
の内側は、シリンダ２５のロッド２６に固定されたゲー
トバルブ７で開閉制御されるようになっている。また、
接続部４のプロセスチャンバ５に対面する面には、プロ
セスチャンバ５の接続面に設けられた位置決めピン２７
が挿入される位置決め孔２８が設けられている。この一
対の位置決めピン２７および位置決め孔２８は、セパレ
ーションチャンバ１に対するプロセスチャンバ５の位置
を決めるため数組設けられている。また、接続部４に
は、前述のようにベント管１６および真空引き管１７が
取り付けられている。また、接続部４の両側には、固定
金具９のピン２９が取り付けられている。このピン２９
には、プロセスチャンバ５の両側に設けられた固定金具
９の引掛レバー３０が引っ掛かるようになり、引掛レバ
ー３０の引っ掛け固定操作によってプロセスチャンバ５
をセパレーションチャンバ１に密着固定できるようにな
っている。なお、図２および図３の断面における黒丸部
分は、セパレーションチャンバ１，プロセスチャンバ５
および接続部中間室１５の気密を図るためのシール（Ｏ
ーリング）である。

【００１３】前記プロセスチャンバ５は、図２および図
４に示すように、脚ローラ３５を有する機台３６上に配
設されている。前記セパレーションチャンバ１の接続部
４に対面するプロセスチャンバ５の開口部３４は、ゲー
トバルブ８によって開閉制御される。ゲートバルブ８
は、シリンダ３７のロッド３９に支持され、シリンダ３
７の駆動によってプロセスチャンバ５の開閉制御するよ
うになっている。また、プロセスチャンバ５の下部中央
には、支枠４０に支持されるヒートステージ昇降用シリ
ンダ４１が配設されている。ヒートステージ昇降用シリ
ンダ４１のロッド４２は、プロセスチャンバ５内に入
り、図７および図８に示すように、半導体ウエハ２を上
昇して支持するヒートステージ４３を支持している。

【００１４】一方、前記プロセスチャンバ５の上部は開
口するとともに、この開口部分はカバー４５によって塞
がれている。また、カバー４５は、前記機台３６の支持
板４６に固定金具４７によって支持された軸４９から延
在するアーム５０に支持されている。前記カバー４５
は、図示しないロック機構を解除することによって開く
ことができる。また、前記カバー４５内には、図４，図
７および図８に示すように、プレーナマグネトロン５１
が取り付けられている。前記プレーナマグネトロン５１
の下方には、図７および図８に示すように、ターゲット
材５２が取り付けられるターゲット支持体５３が配置さ
れている。また、前記プロセスチャンバ５の後方には、
プロセスチャンバ５内を所望の真空度にするクライオポ
ンプ１０が取り付けられている。クライオポンプ１０と
予備プロセスチャンバ６との接続部分には、ゲートバル
ブ３２が設けられている。クライオポンプ１０では、プ
ロセスチャンバ５内の真空度を大気圧から１０^-9torrに
立上げる場合、この真空度に立ち上げるには十数時間も
掛かる。このため、本発明においては、プロセスチャン
バ５の真空立上げは、セパレーションチャンバ１に接続
する前に行い、メンテナンス時には、セパレーションチ
ャンバ１とプロセスチャンバ５との間に生じた接続部中
間室１５の粗引きの後の最終調整用の真空化処理しかし
ないこととし、プロセスチャンバ５をセパレーションチ
ャンバ１に取り付けた後の状態でのクライオポンプ１０
の駆動は、数時間しかしないこととする。なお、図３の
断面において、プロセスチャンバ５とクライオポンプ１
０との接続部分に示す黒丸は、気密を維持するためのシ
ール（Ｏーリング）である。

【００１５】また、前記ターゲット材５２の下方には防
着板５４が配設されている。前記防着板５４は、ターゲ
ット材５２から半導体ウエハ２に至る空間を囲むような
ドーナツ状カバー構造となる。この防着板５４の内端は
上方に曲がり、リング状の支持部６０を形成している。
そして、前記支持部６０は、図８に示すように、リング
状のクランプリング６１を支えるようになっている。リ
ング状のクランプリング６１は、その断面図で示すよう
に、内側から外側に向かって三角形状突子からなるウエ
ハガイド６２、板状突子からなるフープガイド６３，板
状突子からなるクランプリングガイド６４が設けられて
いる。前記防着板５４の内周の支持部６０は、前記フー
プガイド６３とクランプリングガイド６４によって形成
される外周溝６５内に入り、クランプリング６１を支持
するようになっている。また、前記ウエハガイド６２と
フープガイド６３との間の内周溝６６には、フープ６７
の先端が挿入するようになっている。

【００１６】前記フープ６７は、プロセスチャンバ５の
中央に配設されているとともに、図５および図６に示す
ように、同一円周上に並んで４本設けられている。ま
た、前記フープ６７は、プロセスチャンバ５内に進入し
たスライダ２１と接触しないように、かつ上昇してスラ
イダ２１の側方をそれぞれすり抜けてスライダ２１の保
持部２０に載置された半導体ウエハ２を、下部の受部７
０で受けるように偏って配置されている。前記フープ６
７は、図５に示すように、スライダ２１の保持部２０か
ら半導体ウエハ２を受け取ってセンタリングをした後、
さらに上昇して、図７に示すようにフープ６７の先端を
クランプリング６１の内周溝６６に挿入させる。その
後、ヒートステージ昇降用シリンダ４１が駆動して、ヒ
ートステージ４３が上昇し、フープ６７に支持されてい
る半導体ウエハ２を受け取って半導体ウエハ２をさらに
上昇させる。上昇した半導体ウエハ２は、クランプリン
グ６１の内周部分に当たる結果、半導体ウエハ２でフー
プ６７を支える状態となり、ヒートステージ４３の上昇
に伴ってスパッタ位置まで運ばれる。スパッタ処理が終
了した後は、ヒートステージ４３が下降し、半導体ウエ
ハ２はフープ６７に移る。また、プロセスチャンバ５内
にスライダ２１が前進するとともに、フープ６７が降下
し、フープ６７に支持されていた半導体ウエハ２はスラ
イダ２１の保持部２０に移る。また、半導体ウエハ２を
支持したスライダ２１は、後退し、さらに所定角度回転
して、他のプロセスチャンバ５あるいはロードロックチ
ャンバ３に運ばれる。なお、前記フープ６７は支持軸７
１によって支持されている。また、この支持軸７１は、
図示しないフープ昇降用シリンダのロッドに固定された
昇降体に固定されている。

【００１７】このプロセスチャンバ５においては、前記
ターゲット材５２から半導体ウエハ２に至る空間は、防
着板５４によって囲まれることから、前記ターゲット材
５２から飛散し、チャンバ周壁に向かうスパッタ物質は
防着板５４に遮られ、防着板５４の内壁に付着する。こ
の防着板５４には、繰り返してスパッタリングを行うこ
とによって表面に順次スパッタ物質が蓄積される。スパ
ッタ物質が多量に付着すると、脱落して半導体ウエハ２
の表面に付着する。したがって、前記防着板５４を定期
的に清掃してスパッタ物質を除去する必要が生じる。ま
た、スパッタ装置は、繰り返して行われるスパッタ処理
によって、プロセスチャンバ５内のターゲット材５２が
減るため、ターゲット材５２の交換が必要となる。

【００１８】本発明のスパッタ装置におけるメンテナン
ス作業は、スパッタ装置の運転を停止して行うメンテナ
ンス作業と、スパッタ装置を運転させた状態で行うメン
テナンス作業とがある。スパッタ装置を運転させ、これ
に並行して行うメンテナンス作業は、図１に示すセパレ
ーションチャンバ１に接続されたプロセスチャンバ５の
予備プロセスチャンバ６に対して行われる。すなわち、
予備プロセスチャンバ６に対するメンテナンス作業は、
予備プロセスチャンバ６内のスパッタ物質の除去作業
（防着板５４の清掃等）と、使用済のターゲット材５２
を新しいターゲット材５２に交換する作業と、予備プロ
セスチャンバ６内の真空度を所望の真空度に真空立上げ
する作業となる。これらの作業は、スパッタ装置が運転
されている時に余裕を持って行い。スパッタ装置を停止
させて行うメンテナンス作業までには、前記メンテナン
ス作業は終了させておく。このようにすれば、スパッタ
装置を停止させて行うメンテナンス作業は、セパレーシ
ョンチャンバ１から所望のプロセスチャンバ５を取り外
す作業と、セパレーションチャンバ１にメンテナンスが
終了した予備プロセスチャンバ６（プロセスチャンバ
５）を取り付ける作業と、セパレーションチャンバ１と
プロセスチャンバ５（予備プロセスチャンバ６）を接続
して生じた接続部中間室１５の比較的短い真空立上げ作
業、さらには、調整用のプロセスチャンバ５の比較的短
い調整用真空化作業となり、スパッタ装置の停止時間が
１／５〜１／６と大幅に短縮される。

【００１９】

【発明の効果】

（１）本発明のスパッタ装置は、セパレーションチャン
バに接続するプロセスチャンバを接続箇所の数より多く
し、かつプロセスチャンバは独立して真空立上げが可能
な構造となっている。また、セパレーションチャンバと
プロセスチャンバとの接続部中間室はベント管および真
空引き管が接続され、気体導入や真空立上げが可能とな
っている。したがって、メンテナンス作業に先立って、
スパッタ装置の運転に並行して予備プロセスチャンバに
おいて、ターゲット材の交換，清掃等のメンテナンスを
行うことができる。このため、スパッタ装置の運転を停
止させて行うメンテナンス作業においては、プロセスチ
ャンバの交換と、接続部中間室の真空立上げにのみ時間
が費やされ、プロセスチャンバを大気圧から高真空度に
立上げる長時間の作業はこの際不要となることから、ス
パッタ装置のメンテナンス作業時の停止時間の大幅な短
縮が達成できるという効果が得られる。

【００２０】（２）上記（１）により、本発明のスパッ
タ装置は、メンテナンス作業時のスパッタ装置の運転停
止時間の大幅な短縮化によって、スループット向上が達
成でき、薄膜形成コストの低減が達成できるという効果
が得られる。

【００２１】（３）上記（１）および（２）により、本
発明によれば、メンテナンス作業に伴うスパッタ装置の
停止時間の短縮から、スパッタ処理コストの低減が図
れ、安価な半導体装置の提供が達成できるという相乗効
果が得られる。

【００２２】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、
セパレーションチャンバ１の接続部４に、２つのプロセ
スチャンバ５を交互に回転切換えやスライド切換えでき
るようにしてもよい。

【００２３】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるスパッ
タ装置に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、たとえば、エッチング技術等にも
適用できる。本発明は少なくとも真空あるいは減圧状態
で処理を行う装置には適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスパッタ装置の一部の
概要を示す模式的平面図である。

【図２】本発明の一実施例によるスパッタ装置の一部の
概要を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例によるスパッタ装置の一部の
概要を示す平面断面図である。

【図４】本発明の一実施例によるスパッタ装置の一部の
正面図である。

【図５】本発明の一実施例によるスパッタ装置のプロセ
スチャンバ内におけるウエハの移換状態を示す断面図で
ある。

【図６】本発明の一実施例によるスパッタ装置のプロセ
スチャンバ内におけるウエハの移換状態を示す平面図で
ある。

【図７】本発明の一実施例によるスパッタ装置のプロセ
スチャンバ内においてウエハをスパッタ位置に移行させ
る状態を示す断面図である。

【図８】本発明の一実施例によるスパッタ装置のプロセ
スチャンバ内においてスパッタ位置に移行されたウエハ
等を示す断面図である。

【符号の説明】

１…セパレーションチャンバ（搬送室）、２…半導体ウ
エハ、３…ロードロックチャンバ、４…接続部、５…プ
ロセスチャンバ（処理室）、６…予備プロセスチャン
バ、７，８…ゲートバルブ、９…固定金具、１０…クラ
イオポンプ、１５…接続部中間室、１６…ベント管、１
７…真空引き管、２０…保持部、２１…スライダ、２２
…スライダ支持体、２３…モータ、２４…回転軸、２５
…シリンダ、２６…ロッド、２７…位置決めピン、２８
…位置決め孔、２９…ピン、３０…引掛レバー、３２…
ゲートバルブ、３５…脚ローラ、３６…機台、３７…シ
リンダ、３９…ロッド、４０…支枠、４１…ヒートステ
ージ昇降用シリンダ、４２…ロッド、４３…ヒートステ
ージ、４５…カバー、４６…支持板、４７…固定金具、
４９…軸、５０…アーム、５１…プレーナマグネトロ
ン、５２…ターゲット材、５３…ターゲット支持体、５
４…防着板、６０…支持部、６１…クランプリング、６
２…ウエハガイド、６３…フープガイド、６４…クラン
プリングガイド、６５…外周溝、６６…内周溝、６７…
フープ、７０…受部、７１…支持軸。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続部にゲートバルブを有するセパレー
   ションチャンバと、前記セパレーションチャンバに取り
   付けられるロードロックチャンバと、前記セパレーショ
   ンチャンバに取り付けられる少なくとも一つのプロセス
   チャンバとを有する真空処理装置であって、前記プロセ
   スチャンバはセパレーションチャンバの接続箇所の数よ
   り多く設けられるとともに、前記セパレーションチャン
   バとの接続部にゲートバルブを有し、かつ前記セパレー
   ションチャンバにプロセスチャンバを取り付けた際生じ
   る接続部中間室を真空化する真空化手段および前記接続
   部空間内に気体を導入する気体導入手段とを有すること
   を特徴とする真空処理装置。
2. 【請求項２】 前記プロセスチャンバは被処理物の表面
   にスパッタ膜を形成する構造となっていることを特徴と
   する請求項１記載の真空処理装置。