JP2010126789A - Sputtering film deposition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチチャンバ式のスパッタ成膜装置に関する。 The present invention relates to a multi-chamber sputter deposition apparatus.
各種半導体装置の製造工程において、複数層の膜形成を連続的に行う場合がある。このような連続的な膜形成には複数の処理チャンバを備えたいわゆるマルチチャンバ式の処理装置が用いられる(例えば、特許文献1参照)。
マルチチャンバ式のスパッタ成膜装置においては、チャンバ数が多いことから装置全体が大型になる傾向にある。例えば特許文献1では、各チャンバ内で1種類の成膜を行っており、連続して形成すべき膜種が多くなるほどこれに対応して多くのチャンバを必要とし、その分装置全体が大型化する。また、基板がチャンバ間を移動する回数も多くなることから処理効率の低下もまねく。
In a multi-chamber type sputter deposition apparatus, since the number of chambers is large, the entire apparatus tends to be large. For example, in
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置全体の小型化を図れ、また効率的な処理を行えるマルチチャンバ式のスパッタ成膜装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a multi-chamber type sputter deposition apparatus that can reduce the size of the entire apparatus and can perform efficient processing.
本発明の一態様によれば、大気ローダーエリアと、前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、基板を収容可能なカセットが投入されるカセット投入部と、前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、前記基板を基板保持具に対して脱着する脱着機構と、大気ゲート弁を介して、前記大気ローダーエリアに隣接して設けられたロードロック室と、前記大気ローダーエリア内に設けられ、前記カセット投入部、前記脱着機構および前記ロードロック室に対して前記基板を搬出入する大気ロボットと、第1の真空ゲート弁を介して前記ロードロック室に隣接して設けられた真空搬送室と、第2の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、成膜前の前記基板に対して前処理が行われる前処理室と、第3の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、前記基板に対してスパッタ成膜処理が行われる複数の成膜室と、前記真空搬送室内に設けられ、減圧下で、前記ロードロック室、前記前処理室および前記各成膜室に対して前記基板を搬出入する真空ロボットと、を備え、それぞれの前記成膜室内には、前記基板を静電吸着した状態で回転可能な静電チャックテーブルが設けられ、一つの前記成膜室につき複数のスパッタ源が設けられ、それぞれの前記スパッタ源には、前記静電チャックテーブルの静電吸着面に対して傾斜した状態で対向するターゲットが装着され、それぞれの前記成膜室内には、前記複数のスパッタ源のうちの少なくとも1つを前記成膜室内の放電空間に対して遮蔽可能なシャッターが設けられていることを特徴とするスパッタ成膜装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, an atmospheric loader area, a cassette loading portion that is provided facing the atmospheric loader area and into which a cassette that can accommodate a substrate is loaded, and is provided facing the atmospheric loader area, A desorption mechanism for desorbing the substrate from the substrate holder, a load lock chamber provided adjacent to the atmospheric loader area via an atmospheric gate valve, and the cassette loading unit provided in the atmospheric loader area An atmospheric robot for carrying the substrate in and out of the desorption mechanism and the load lock chamber; a vacuum transfer chamber provided adjacent to the load lock chamber via a first vacuum gate valve; A pretreatment chamber provided adjacent to the vacuum transfer chamber via a vacuum gate valve, in which pretreatment is performed on the substrate before film formation under reduced pressure, and a third vacuum gate valve A plurality of film forming chambers that are provided adjacent to the vacuum transfer chamber and perform sputter film formation on the substrate under reduced pressure, and are provided in the vacuum transfer chamber and are loaded with the load under reduced pressure. A vacuum robot that carries the substrate in and out of the lock chamber, the pretreatment chamber, and the film formation chambers, and each substrate can be rotated in a state in which the substrate is electrostatically adsorbed. An electrostatic chuck table is provided, and a plurality of sputtering sources are provided for each of the film forming chambers, and each of the sputtering sources is opposed to the electrostatic chuck surface of the electrostatic chuck table in an inclined state. A target is mounted, and a shutter capable of shielding at least one of the plurality of sputtering sources from a discharge space in the film forming chamber is provided in each film forming chamber. Sputter deposition apparatus is provided.
本発明によれば、複数層の膜形成を減圧下で連続して行えるスパッタ成膜装置の小型化が図れ、また処理効率も向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of a sputtering film forming apparatus capable of continuously forming a plurality of layers under reduced pressure, and to improve the processing efficiency.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、成膜対象の基板として半導体ウェーハを例示して説明するが、本発明は半導体ウェーハ以外にも、例えば、ディスク状記録媒体(DVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスク、ハードディスクなど)、ミラー、表示パネル、太陽電池パネルなどへの成膜にも適用可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a semiconductor wafer is illustrated as an example of a substrate to be deposited. However, the present invention is not limited to a semiconductor wafer, for example, an optical disc such as a disc-shaped recording medium (DVD (Digital Versatile Disc)), It can also be applied to film formation on a hard disk, etc.), mirror, display panel, solar cell panel, and the like.
図1は、本発明の実施形態に係るスパッタ成膜装置の平面レイアウトを示す模式図である。本実施形態に係るスパッタ成膜装置は、大気ローダーユニット11と真空処理ユニット31とに大きく分かれる。大気ローダーユニット11は常に大気圧下とされ、一方、真空処理ユニット31の内部空間は真空排気系に接続され減圧可能となっている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a planar layout of a sputter deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. The sputter deposition apparatus according to this embodiment is largely divided into an
大気ローダーユニット11は大気ローダーエリア12を有し、その中央に大気ロボット14が設けられている。大気ロボット14は、前後方向に動作するアームを2本有し、旋回及び昇降動作をするダブルアームロボットである。
The
大気ロボット14の周囲には複数のカセット投入部13と1つの脱着機構16が設けられ、これらはそれぞれ大気ローダーエリア12に臨んでいる。カセット投入部13には、半導体ウェーハを積載して収容可能なカセットがセットされる。なお、脱着機構16は複数箇所に設けてもよい。
Around the
脱着機構16の近傍には、基板保持具セット部15が設けられている。さらに、その近傍には前後方向に動作するアームを1本有し、旋回及び昇降動作をするシングルアームロボット17が設けられ、そのロボット17によって、基板保持具セット部15にセットされた基板保持具は脱着機構16に搬送される。
A substrate
大気ロボット14によって、半導体ウェーハWがカセットから取り出されて脱着機構16に搬送され、また、脱着機構16からカセットに戻される。そして、脱着機構16では、基板保持具に対して半導体ウェーハWの脱着が行われる。また、脱着機構16には半導体ウェーハWのアライメント機構も設けられている。
The semiconductor wafer W is taken out from the cassette by the
ここで、図2に基板保持具の模式図を示す。基板保持具はトレイ22とマスク23とを有する。なお、図2にはトレイ22及びマスク23に保持された状態の半導体ウェーハWもあわせて示す。
Here, the schematic diagram of a board | substrate holder is shown in FIG. The substrate holder has a
トレイ22は例えば円形のリング状に形成され、その外径は半導体ウェーハWの直径よりも大きく、内径は半導体ウェーハWの直径よりも小さい。トレイ22の上面側には、ウェーハ支持部25とマスク支持部24が設けられている。マスク支持部24は、トレイ22において、半導体ウェーハWの直径よりも大きな外周側に設けられ、このマスク支持部24よりも内周側にウェーハ支持部25が設けられている。
The
半導体ウェーハWは、その外縁部(周縁部)がトレイ22のウェーハ支持部25上に載置されることでトレイ22に支持される。マスク支持部24の内径は、半導体ウェーハWの直径よりもわずかに大きく、そのマスク支持部24の内周面よりも内側に半導体ウェーハWが収められ、マスク支持部24の内周面によって半導体ウェーハWの径方向の位置ずれが規制される。
The semiconductor wafer W is supported on the
マスク23もトレイ22と同様に円形リング状に形成され、その外径はトレイ22の外径よりも大きく、内径はトレイ22の内径よりも小さい。マスク23はトレイ22のマスク支持部24の上に載置され重ね合わされる。マスク23がマスク支持部24に重ね合わされた状態で、マスク23は、ウェーハ支持部25も含むトレイ22のすべてを覆い、図2のようにトレイ22に半導体ウェーハWが支持されている場合には、その半導体ウェーハWの外縁部を覆うことになる。このとき、ウェーハ支持部25上面は、マスク支持部24上面より低い位置にあることから、半導体ウェーハWにおける被成膜面(図2において上面)と、マスク23下面との間にはわずかな隙間が形成され、マスク23は半導体ウェーハWに接触しない。
The
再び図1を参照して、真空処理ユニット31について説明する。
With reference to FIG. 1 again, the
真空処理ユニット31は、1つのロードロック室32と、1つの真空搬送室33と、1つの前処理室34と、複数の成膜室35a〜35dとを有し、これらはいずれも大気に対して気密遮断された構造となっており、図示しない真空排気系により減圧可能となっている。ロードロック室32は、大気ローダーエリア12と真空搬送室33との間に設けられ、前処理室34及び各成膜室35a〜35dは真空搬送室33の周囲に設けられている。なお、大気ローダーエリア12、ロードロック室32、真空搬送室33、前処理室34はそれぞれ1つに限らず複数設けてもよい。
The
本実施形態に係るスパッタ成膜装置は、複数の成膜室35a〜35dを有するいわゆるマルチチャンバ構成のスパッタ成膜装置である。図1には例えば4つの成膜室35a〜35dを有する構成を例示するが、成膜室の数は4つ以外でもかまわない。
The sputter film forming apparatus according to the present embodiment is a so-called multi-chamber sputter film forming apparatus having a plurality of
ロードロック室32は大気ゲート弁41を介して大気ローダーエリア12に隣接して設けられ、さらにロードロック室32は真空ゲート弁42を介して真空搬送室33に隣接している。真空搬送室33内には、前後方向に動作するアームを1本有し、旋回及び昇降動作をするシングルアームロボット構造の真空ロボット36が設けられている。
The
前処理室34は、真空ゲート弁43を介して真空搬送室33に隣接して設けられている。前処理室34内には、搬入された半導体ウェーハWを静電チャックする静電チャックテーブルが設けられ、その静電チャックテーブルにはヒーター等の加熱機構が内蔵されている。
The
各成膜室35a〜35dは、それぞれ、真空ゲート弁44〜47を介して真空搬送室33に隣接して設けられている。各成膜室35a〜35dはいずれも同様に構成されるが、例えば成膜室35aを代表して図3に示す。
Each of the
成膜室35aはチャンバー壁52によって外部と気密に遮断され、その成膜室35a内には図示しないガス導入系を介して各種ガスを導入可能であり、また図示しない排気系を介して真空排気可能である。これらガス導入量と排気量の制御により、成膜室35a内を所望のガスによる所望の圧力下にすることが可能である。
The
成膜室35aの底部付近には、静電チャックテーブル62が設けられている。本実施形態では、半導体ウェーハWの被成膜面全面に均一に成膜するため、静電チャックテーブル62に吸着固定された半導体ウェーハWを回転させながらスパッタ成膜を行うようにしている。したがって、静電チャックテーブル62は、その回転軸57が成膜室35aの外部で図示しない回転駆動機構に連結され、図3において1点鎖線C1で示す回転中心のまわりに回転可能に設けられている。
An electrostatic chuck table 62 is provided near the bottom of the
静電チャックテーブル62の上部には、金属製のベース部材54とセラミック製の誘電体53とからなる静電チャック機構が設けられている。誘電体53は例えば円盤状に形成され、その上面に円形状の静電吸着面62aを有する。
An electrostatic chuck mechanism including a
静電チャックテーブル62の内部には電極が設けられその内部電極に、成膜室35aの外部に設けられた電源から電圧を印加すると、静電吸着面62aと、その上に載置された半導体ウェーハWとの間に静電気力が発生し、半導体ウェーハWは静電吸着面62aに吸着固定される。
Electrodes are provided inside the electrostatic chuck table 62, and when a voltage is applied to the internal electrodes from a power source provided outside the
また、静電チャックテーブル62には基板温度制御機構が設けられている。具体的には、静電チャックテーブル62の内部にヒーターが内蔵されている。あるいは、静電チャックテーブル62の内部に冷却液が供給される冷却液流路が形成されている。冷却液流路は、静電チャックテーブル62の回転軸57の内部を通されて、その回転軸57の端部でロータリージョイントを介して、成膜室35aの外部に設けられた冷却液供給管や冷却液供給源に接続されている。
The electrostatic chuck table 62 is provided with a substrate temperature control mechanism. Specifically, a heater is built in the electrostatic chuck table 62. Alternatively, a coolant flow path through which coolant is supplied is formed inside the electrostatic chuck table 62. The coolant flow path passes through the inside of the
ヒーターや静電チャック用の電極に給電するためのケーブルも静電チャックテーブル62の回転軸57の内部を通されて、その回転軸57の端部でスリップリングを介して、成膜室35aの外部に設けられた電力供給源に接続されている。
A cable for supplying power to the heater and the electrode for the electrostatic chuck is also passed through the
また、成膜室35a内には、半導体ウェーハWを静電吸着面62aに対して昇降させるプッシャー機構58が設けられている。プッシャー機構58は、ロッド部59とテーブル部61とピン56を有し、これらは一体となって昇降される。
Further, a
ロッド部59は、チャンバー壁52の底壁部を貫通し、成膜室35aの外部で、図示しないシリンダ装置またはモーターなどの駆動機構に連結されている。その駆動機構の駆動により、ロッド部59は昇降される。
The
ロッド部59における成膜室35a内の上端部にテーブル部61が設けられている。テーブル部61は、成膜室35a内に略水平に広がり、その中央には、静電チャックテーブル62の回転軸57が通された貫通孔が形成され、テーブル部61はその回転軸57に対して相対的に上下動可能となっている。
A
テーブル部61上には、上方に延在する複数本のピン56が設けられている。各ピン56は、静電チャックテーブル62の上下方向を貫通して形成されたガイド孔55を通され、各ピン56の上端部は静電チャックテーブル62の上方に突出可能となっている。
On the
成膜室35a内における静電チャックテーブル62の上方には、スパッタ源51が設けられている。スパッタ源51は、一つの成膜室につき複数(本実施形態では例えば2つ)設けられている。各々のスパッタ源51はカップ状のケース71を有し、その開口を成膜室35a内における静電チャックテーブル62上方の放電空間に臨ませた状態でチャンバー壁52上部に取り付けられている。ケース71の内部にはターゲット50および図示しないカソード電極が設けられている。
A sputtering
各ターゲット50は例えば円盤状に形成され、各ターゲット50の直径は半導体ウェーハWの直径よりも小さい。各ターゲット50における被スパッタ面は、静電吸着面62a(またはこれに吸着された半導体ウェーハWの被成膜面)に対して平行には対向しておらず、傾斜した状態で対向している。2つのターゲット50は、静電吸着面62a(またはこれに吸着された半導体ウェーハW)の中心のまわりに対称的に配置され、静電吸着面62a(または半導体ウェーハW)側に近い部分ほど互いの離間距離が広がるように傾いて設けられている。
Each
また、成膜室35aの上方にはシャッター機構63が設けられている。シャッター機構63は、成膜室35aの外部で図示しない回転駆動機構に連結され、図3において1点鎖線C2で示す回転中心のまわりに回転可能に設けられた回転軸部64と、この回転軸部64の下端部に設けられ静電チャックテーブル62の上方で板状に広がるシャッター65とを有する。
A
回転軸部64が回転することで、シャッター65は、一方のスパッタ源51の開口に対向する位置(図3において実線で示される位置)と、他方のスパッタ源51の開口に対向する位置(図3において2点鎖線で示される位置)とを選択可能となっている。シャッター65がスパッタ源51の開口に対向することで、そのスパッタ源51に装着されたターゲット50を、成膜室35a内における静電チャックテーブル62上方の放電空間に対して遮蔽することができる。また、シャッター機構63は上下動も可能となっている。
As the
次に、本実施形態に係るスパッタ成膜装置による成膜方法について説明する。 Next, a film forming method using the sputter film forming apparatus according to this embodiment will be described.
成膜処理前の複数の半導体ウェーハWはカセットに積載収容された状態でカセットごとカセット投入部13にセットされる。そして、マッピング機構で半導体ウェーハWの枚数及び段数を確認する。これと同時に、基本保持具セット部15にセットされたトレイ22及びマスク23が、ロボット17のハンド(またはフィンガー)17aの上に載せられて、脱着機構16へと搬送される。
The plurality of semiconductor wafers W before the film forming process are set in the
脱着機構16では、トレイ22とマスク23が上下方向に離れた状態で待機する。そして、大気ロボット14がカセットから半導体ウェーハWを1枚取り出す。半導体ウェーハWは大気ロボット14のハンド(またはフィンガー)14aの上に載せられてカセットから脱着機構16へと搬送される。
The
脱着機構16に搬送された半導体ウェーハWは、その脱着機構16で上下方向に離れた状態で待機しているトレイ22とマスク23との間に移動される。そして、その半導体ウェーハWを脱着機構16に設けられているプッシャー機構によりハンド14a上から持ち上げた状態で大気ロボット14のアームを後退させた後、プッシャー機構を下げることで、図2に示すようにトレイ22のウェーハ支持部25の上に半導体ウェーハWが載置される。
The semiconductor wafer W transferred to the
次に、大気ロボット14のアームを、トレイ22の下側へ前進させた後、上昇動作させることで、図2に示す状態(ウェーハ支持部25上に半導体ウェーハWを載置し且つマスク支持部24上にマスク23を載置した状態)のトレイ22を持ち上げ、ハンド14a上に載せる。
Next, the arm of the
そして、ロードロック室32の大気ゲート弁41を開けて、トレイ22及びマスク23に保持された半導体ウェーハWをロードロック室32内に搬送する。このとき、ロードロック室32内は大気圧下である。半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22は、ロードロック室32内で、そのロードロック室32内に設けられたプッシャー機構の複数本のピンによって支えられる。
Then, the
そして、大気ゲート弁41を閉めてロードロック室32内を真空引きし所望の減圧雰囲気にした後、ロードロック室32の真空ゲート弁42を開けて、真空搬送室33内に設置されている真空ロボット36のアームをロードロック室32内に進入させ、そのハンド(またはフィンガー)36a上に、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を載せて、減圧下の真空搬送室33へと取り出す。
Then, after the
次に、前処理室34の真空ゲート弁43を開けて、真空ロボット36のアームを前処理室34内に進入させ、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を減圧下の前処理室34内に搬入する。この搬入後、前処理室34の真空ゲート弁43は閉じられる。
Next, the
前処理室34内にはプッシャー機構が設けられ、トレイ22は真空ロボット36のハンド36a上からプッシャー機構の複数本のピン上に移載される。その後、プッシャー機構が下降して、半導体ウェーハWは前処理室34内に設けられた静電チャックテーブルの静電吸着面へと移動され、半導体ウェーハWにおける被成膜面の反対面が静電吸着面に吸着される。半導体ウェーハWは、トレイ22の支持から外れた状態で静電吸着面に吸着され、その静電吸着面に吸着された状態の半導体ウェーハWに対してはトレイ22及びマスク23は接触していない。
A pusher mechanism is provided in the
前処理室34内の静電チャックテーブルにはヒーター等の加熱機構が内蔵され、静電吸着面に吸着された半導体ウェーハWは、非酸化性雰囲気中で加熱処理を受ける。この加熱処理により、半導体ウェーハWにおける被成膜面の水分、汚染物(有機物)、異物などが除去され、次の成膜工程で形成される膜の密着性を高めることができる。
The electrostatic chuck table in the
あるいは、半導体ウェーハWを支持する静電チャックテーブルをカソード体(カソード電極)として機能させ、それに対向する電極を前処理室34内上方に設け、それら電極間に放電を生じさせて、半導体ウェーハWの被成膜面を前処理室34内でスパッタエッチングすることで被成膜面のクリーニング(主に表面酸化膜の除去)を行ってもよい。
Alternatively, an electrostatic chuck table that supports the semiconductor wafer W is made to function as a cathode body (cathode electrode), and an electrode facing the electrostatic chuck table is provided in the upper portion of the
次に、前処理室34の真空ゲート弁43を開けて、真空ロボット36により、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を前処理室34から真空搬送室33に取り出した後、成膜室35aの真空ゲート弁44を開けて、真空ロボット36のアームを成膜室35a内に進入させ、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を減圧下の成膜室35a内に搬入する。この搬入後、成膜室35aの真空ゲート弁44は閉じられる。
Next, the
成膜室35a内で、トレイ22は、真空ロボット36のハンド36a上から、図3に示すプッシャー機構58の複数本のピン56上に移載される。そして、ピン56が下降し、半導体ウェーハWは静電チャックテーブル62の静電吸着面62aに吸着固定される。半導体ウェーハWは、トレイ22の支持から外れた状態で静電吸着面62aに吸着され、その静電吸着面62aに吸着された状態の半導体ウェーハWに対してはトレイ22及びマスク23は接触していない。
In the
成膜室35a内の静電チャックテーブル62にはヒーター等の加熱機構が内蔵され、静電吸着面62aに吸着された半導体ウェーハWは加熱されて所望の温度に制御される。その状態で、静電チャックテーブル62が回転されて半導体ウェーハWに対するスパッタ成膜処理が行われる。
A heating mechanism such as a heater is built in the electrostatic chuck table 62 in the
成膜室35aでは、異なる2種類の膜の成膜が続けて行われる。例えば、まず、図3において実線で示す位置にシャッター65を移動させた状態でスパッタ成膜を行うことで、そのシャッター65によって遮蔽されていない側(図3において右側)のスパッター源51に電圧を印加して駆動させ、そのスパッタ源51に装着されたターゲット50の材質またはその反応物の膜(第1の膜とする)が半導体ウェーハWに成膜される。他方のスパッタ源51には電圧が印加されず非駆動状態とされる。また、その非駆動のスパッタ源51はシャッター65により放電空間に対して遮蔽されるため、駆動中のスパッタ源51のターゲットからの粒子の飛来を遮ることができる。これにより、異種材料ターゲットを使った場合に、一方に他方の異種物質が付着するのを防ぐことができる。
In the
次に、図3において2点鎖線で示す位置にシャッター65を移動させた状態でスパッタ成膜を行うことで、そのシャッター65によって遮蔽されていない側(図3において左側)のスパッター源51に電圧を印加して駆動させ、そのスパッタ源51に装着されたターゲット50の材質またはその反応物の膜(第2の膜とする)が、上記第1の膜上に成膜される。このときも、シャッター65で遮蔽された他方のスパッタ源51には電圧が印加されず非駆動状態とされ、その非駆動のスパッタ源51はシャッター65により放電空間に対して遮蔽されているため、駆動中のスパッタ源51のターゲットからの粒子の飛来を遮ることができる。
Next, by performing sputtering film formation with the
すなわち、本実施形態では、一つの成膜室35a内で異なる2種類の膜の成膜を連続して行うことができる。これを実現するにあたって、2つの(2種類の)ターゲット50を1つの成膜室35aに配設しているが、各々のターゲット50のサイズ(直径)は半導体ウェーハWの直径よりも小さく、その2つのターゲット50を被成膜面に対して傾けた状態で設けているため、2つのターゲット50を設けているにもかからわず、成膜室35aのサイズ(フットプリント)の増大を抑えることができる。
That is, in this embodiment, two different types of films can be continuously formed in one
ターゲット50が被成膜面の中心からずれた位置で被成膜面に対して斜めに対向することで、被成膜面全面に平行に対向させた場合に比べてウェーハ面内の膜厚分布のばらつきが懸念されるが、本実施形態では、成膜中、静電チャックテーブル62の回転によって半導体ウェーハWを回転させているため、膜厚のウェーハ面内均一性を向上させることができる。
Compared with the case where the
次に、成膜室35aの真空ゲート弁44を開けて、真空ロボット36により、上記第1の膜及び第2の膜が成膜された半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を、成膜室35aから真空搬送室33に取り出した後、隣の成膜室35bの真空ゲート弁45を開けて、真空ロボット36のアームを成膜室35b内に進入させ、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を減圧下の成膜室35b内に搬入する。この搬入後、成膜室35bの真空ゲート弁45は閉じられる。
Next, the
成膜室35bも図3に示す成膜室35aと同様な構成であり、成膜室35b内に搬入された半導体ウェーハWは、ピン56の下降により、静電チャックテーブル62の静電吸着面62aに吸着固定される。
The
成膜室35b内の静電チャックテーブル62にもヒーター等の加熱機構が内蔵され、静電吸着面62aに吸着された半導体ウェーハWは加熱されて所望の温度に制御される。その状態で、静電チャックテーブル62が回転されて半導体ウェーハWに対するスパッタ成膜処理が行われる。
The electrostatic chuck table 62 in the
成膜室35bでも、上記成膜室35aでの成膜と同様に2つのスパッタ源51を選択的に遮蔽して、遮蔽されたスパッタ源51を駆動させず、遮蔽されていないスパッタ源51を駆動させ、上記第2の膜上に異なる2種類の膜(第3の膜と第4の膜)の成膜が続けて行われる。これら第3の膜と第4の膜は、上記第1の膜と第2の膜とも異なり、したがって、本実施形態によれば、2つの成膜室35a、35bを用いて、合計で4種類の膜の成膜を、大気にさらすことなく減圧下で連続して行うことができる。
In the
次に、成膜室35bの真空ゲート弁45を開けて、真空ロボット36により、上記4種類の積層膜が成膜された半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を、成膜室35bから真空搬送室33に取り出した後、ロードロック室32の真空ゲート弁42を開けて、真空ロボット36のアームをロードロック室32内に進入させ、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を減圧下のロードロック室32内に搬入する。
Next, the
半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22は、ロードロック室32内で、そのロードロック室32内に設けられたプッシャー機構の複数本のピンによって支えられる。
The
そして、ロードロック室32の真空ゲート弁42を閉めて、大気ゲート弁41を開けてロードロック室32内を大気開放する。その後、大気ロボット14のアームをロードロック室32内に進入させ、そのハンド14a上に、半導体ウェーハW及びマスク23を載置支持したトレイ22を載せて、大気ローダーエリア12へと取り出した後、脱着機構16へと搬送する。
Then, the
脱着機構16において、成膜済み半導体ウェーハWはトレイ22のウェーハ支持部25上に載った状態で、マスク23とは上下方向に離れた状態で待機する。そして、脱着機構16に設けられているプッシャー機構により半導体ウェーハWをトレイ22上から持ち上げた状態で、大気ロボット14のアームを半導体ウェーハWの下に移動させた後、プッシャー機構を下げることでハンド14aの上に半導体ウェーハWが載せられる。そして、大気ロボット14のアームはカセット投入部13に移動され、そこにセットされたカセットへと半導体ウェーハWが戻される。
In the
本実施形態では、前述した成膜室35a、35bでの成膜処理と並行して、成膜室35c、成膜室35dでも同様な成膜処理が行われる。
In the present embodiment, in parallel with the film forming process in the
すなわち、前処理室34で前処理された半導体ウェーハWは、例えば、成膜室35aと成膜室35cに順次交互に搬送され、成膜室35aに搬送された半導体ウェーハWは前述したように第1の膜及び第2の膜が成膜された後、成膜室35bに搬送されて続けて第3の膜及び第4の膜が成膜される。一方、成膜室35cに搬送された半導体ウェーハWはその成膜室35cにて第1の膜及び第2の膜の成膜が成膜され、続けて成膜室35dへと搬送されて第3の膜と第4の膜が成膜される。
That is, the semiconductor wafers W pre-processed in the
各成膜室35a〜35d内で、半導体ウェーハWは、静電チャックテーブル62に内蔵されたヒーターによって加熱されながら、あるいは静電チャックテーブル62に内蔵された冷却液流路などの冷却機構によって冷却されながらスパッタ成膜処理される。半導体ウェーハWを加熱するか冷却するかは、成膜すべき膜種や成膜条件などに応じて適宜選択される。
In each of the
前述した実施形態では、第1〜第4の膜の4種類の積層膜の成膜処理を2つずつの成膜室を用いて並行処理した例を説明したが、図1に示す例では、全部で4つの成膜室35a〜35dが設けられ、各成膜室35a〜35dには2つずつターゲット50を配設可能であるので、合計で8種類の異なる膜を半導体ウェーハWに対して減圧下で連続して成膜可能である。すなわち、n種類(n層)の積層膜の成膜を行うにあたって、一つの成膜室あたりのターゲット数をm(≧2)とすると、成膜室の数としては層数n分の個数は必要なく、(n/m)で済み、その分、装置全体のサイズ(フットプリント)を縮小できる。
In the above-described embodiment, the example in which the film formation process of the four types of laminated films of the first to fourth films is performed in parallel using two film formation chambers has been described. In the example illustrated in FIG. A total of four
さらに、各ターゲットについて、半導体ウェーハと同程度のサイズ(直径)のものを半導体ウェーハの被成膜面全体に対して平行に対向させるのではなく、半導体ウェーハの直径よりも小さいターゲットを被成膜面の中心からずれた位置で傾けて対向させるので、複数のターゲットを配設するにもかかわらず、成膜室自体のサイズもコンパクトにすることができる。すなわち、本実施形態によれば、装置全体における成膜室の数および各々の成膜室自体のサイズを抑えた構成を実現しつつ、多種類の積層膜の減圧下での連続成膜に対応できる。また、成膜室の数を減らせることで、半導体ウェーハWの、各成膜室間の移動回数も減らすことができ、その移動時間を削減して処理効率を向上できる。 Furthermore, for each target, a target having a size (diameter) similar to that of the semiconductor wafer is not formed so as to face the entire surface of the semiconductor wafer in parallel, but a target smaller than the diameter of the semiconductor wafer is formed. Since the surfaces are inclined and faced at a position deviated from the center of the surface, the size of the film formation chamber itself can be made compact even though a plurality of targets are provided. That is, according to the present embodiment, the number of film forming chambers and the size of each film forming chamber itself in the entire apparatus are realized, and a continuous film formation of a plurality of types of laminated films under reduced pressure is supported. it can. Further, by reducing the number of film forming chambers, the number of times the semiconductor wafer W is moved between the film forming chambers can be reduced, and the moving time can be reduced to improve the processing efficiency.
複数の成膜室で処理を並行して行う場合、それぞれの処理時間に相違があると、一番遅い処理時間に律速されることになる。各半導体ウェーハWの待機時間が極力短くなるように、例えば最も速い半導体ウェーハWの処理速度に他のものを合わせるように処理を各成膜室に振り分けるなどの処理時間の整合を行うことで、処理効率の向上が図れる。この時、各成膜室に複数のスパッタ源があるので処理の振り分け自由度が高いことと、単純に複数の成膜室に同じ処理を振り分けるのに対し、成膜室間の移動時間を減らすことができるので、処理効率の向上が図れる。 When processing is performed in parallel in a plurality of film forming chambers, if there is a difference between the processing times, the rate is limited to the slowest processing time. By matching the processing time such as distributing the processing to each film forming chamber so that the waiting time of each semiconductor wafer W becomes as short as possible, for example, to match the other with the processing speed of the fastest semiconductor wafer W, The processing efficiency can be improved. At this time, since there are a plurality of sputtering sources in each film forming chamber, the degree of freedom in processing distribution is high, and the same processing is simply distributed to a plurality of film forming chambers, but the movement time between the film forming chambers is reduced. Therefore, the processing efficiency can be improved.
なお、前述した実施形態では、複数のスパッタ源51を選択的に駆動させるとしたが、図4(a)に示すように、シャッター65をいずれのスパッター源51も遮蔽しない待避位置に移動可能な構成にして、遮蔽されていない複数のスパッタ源51を同時に駆動(電圧を印加)するようにしてもよい。同時に駆動されるスパッタ源51における各ターゲット材料が同材料の場合には成膜速度を向上できる。また、異種材料のターゲットの複数スパッタ源51を同時に駆動させた場合には、それら異種材料の化合物もしくは混合物の膜を半導体ウェーハWに成膜することができる。
In the above-described embodiment, the plurality of
シャッター65は、各スパッター源51に共通に設けることに限らず、図4(b)に示すようにスパッタ源51の数に合わせて各々のスパッタ源51に対応して複数設けてもよい。なお、図4(b)の状態は、各シャッター65が、対応するスパッタ源51を遮蔽せずにそれぞれ待避位置にある状態を示す。
The
また、一つの成膜室につき、スパッタ源51は2つ設けることに限らず3つ以上設けてもよい。例えば図4(c)には、スパッタ源51を3つ設けた場合を例示する。また、図4(c)には、1つのシャッター65により、3つのスパッタ源51のうちのいずれか1つを遮蔽して他の2つのスパッタ源51を同時駆動可能な構成を示したが、各スパッタ源51に対応して3つのシャッター65を設け、3つのスパッタ源51のうちのいずれか2つを遮蔽して、残りの1つのみを駆動可能な構成としてもよい。もちろん、図4(c)に示すようにシャッター65を待避位置に移動させて、3つのスパッタ源51を同時に駆動させてもよい。
Further, not only two sputtering
また、シャッターとしては、例えば図5に示すシャッター75のように周方向に伸縮自在な扇の重ね合わせ状もしくは蛇腹状に構成し、その伸縮によって遮蔽面積を可変できるようにしてもよい。
Further, as the shutter, for example, a
また、本実施形態では、半導体ウェーハWは、図2に示すようにトレイ22及びマスク23により保持された状態で搬送される。このため、搬送中における半導体ウェーハWにおよぶ衝撃を緩和でき、また特に薄い半導体ウェーハWの場合には加熱時等に反りが生じやすくなるが、マスク23で覆われていることで反りを抑制することができる。さらに、半導体ウェーハWがマスク23で覆われていることで、搬送中に半導体ウェーハWがトレイ22から飛び跳ねたり脱落するのを防止できる。
In the present embodiment, the semiconductor wafer W is transported while being held by the
なお、トレイ22及びマスク23を用いない場合、半導体ウェーハWは各ロボットのハンド(またはフィンガー)の上に直接載置される。その場合、半導体ウェーハWはロボットハンドの上に自重で載っているだけで、吸着等の保持はされず、半導体ウェーハWがハンドと接している面積に自重分で発生する摩擦力だけが保持力となる。特に薄い半導体ウェーハWの場合には重量が軽いため上記摩擦抵抗を利用した搬送方法では大きな摩擦抵抗が期待できず、搬送速度を速くすることが困難である。これに対して、トレイ22及びマスク23は半導体ウェーハWに比べて十分大きな重量があり、これらトレイ22及びマスク23ごとロボットハンド上に半導体ウェーハWを載せて搬送することで摩擦抵抗を高めて搬送速度を速くし、トータルの処理時間の短縮が図れる。
When the
本実施形態に係るスパッタ成膜装置は、例えば、電力制御用のパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、発光デバイスなどのディスクリート半導体デバイス(個別半導体デバイス)における裏面電極の成膜に好適である。 The sputter deposition apparatus according to the present embodiment includes discrete semiconductor devices (individual semiconductor devices) such as power MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and light-emitting devices for power control. It is suitable for the film formation of the back electrode.
ディスクリート半導体デバイスは、メモリデバイスやロジックデバイスに比べて1チップのサイズが小さく、ウェーハサイズ(直径)が比較的小さくても1枚あたりのウェーハから多くのチップを得ることができる。したがって、メモリデバイスやロジックデバイスに比べてウェーハサイズは小さく、またメモリデバイスやロジックデバイスに比べて製品スペックも低いため、メモリデバイスやロジックデバイスに適用されるような装置を用いたのではディスクリート半導体デバイスにとっては必要以上に大型且つ高機能であり、装置性能や価格に見合う使用形態とは必ずしもなっていなかった。すなわち、ディスクリート半導体デバイス用のマルチチャンバ成膜装置としては、メモリデバイスやロジックデバイスにも適用可能な汎用性を有するものでなく、ディスクリート半導体デバイスの成膜用に見合った小型で安価なものが望まれていた。そこで、本実施形態では、その要求に応えるべく、前述した構成とすることで小型且つ安価なマルチチャンバ式のスパッタ成膜装置によって、ディスクリート半導体デバイスの裏面電極として機能する複数層の積層膜のスパッタ成膜を行える。 A discrete semiconductor device is smaller in size of one chip than a memory device or a logic device, and can obtain a large number of chips from one wafer even if the wafer size (diameter) is relatively small. Therefore, the wafer size is smaller than that of memory devices and logic devices, and the product specifications are also lower than that of memory devices and logic devices. Discrete semiconductor devices using devices that are applicable to memory devices and logic devices are therefore used. Therefore, it is larger than necessary and has a high function, and it has not always been a usage pattern suitable for the device performance and price. That is, as a multi-chamber film forming apparatus for discrete semiconductor devices, a small and inexpensive apparatus suitable for film formation of discrete semiconductor devices is desired, rather than versatility applicable to memory devices and logic devices. It was rare. Therefore, in the present embodiment, in order to meet the demand, a multi-layer sputtering film that functions as a back electrode of a discrete semiconductor device is formed by a multi-chamber type sputtering film forming apparatus that is small and inexpensive by adopting the above-described configuration. A film can be formed.
11…大気ローダーユニット、12…大気ローダーエリア、13…カセット投入部、15…基板保持具セット部、16…脱着機構、22…トレイ、23…マスク、31…真空処理ユニット、32…ロードロック室、33…真空搬送室、34…前処理室、35,35a〜35d…成膜室、41…大気ゲート弁、42〜47…真空ゲート弁、50…ターゲット、51…スパッタ源、58…プッシャー機構、62…静電チャックテーブル、62a…静電吸着面、63…シャッター機構、65,75…シャッター
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、基板を収容可能なカセットが投入されるカセット投入部と、
前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、前記基板を基板保持具に対して脱着する脱着機構と、
大気ゲート弁を介して、前記大気ローダーエリアに隣接して設けられたロードロック室と、
前記大気ローダーエリア内に設けられ、前記カセット投入部、前記脱着機構および前記ロードロック室に対して前記基板を搬出入する大気ロボットと、
第1の真空ゲート弁を介して前記ロードロック室に隣接して設けられた真空搬送室と、
第2の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、成膜前の前記基板に対して前処理が行われる前処理室と、
第3の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、前記基板に対してスパッタ成膜処理が行われる複数の成膜室と、
前記真空搬送室内に設けられ、減圧下で、前記ロードロック室、前記前処理室および前記各成膜室に対して前記基板を搬出入する真空ロボットと、
を備え、
それぞれの前記成膜室内には、前記基板を静電吸着した状態で回転可能な静電チャックテーブルが設けられ、
一つの前記成膜室につき複数のスパッタ源が設けられ、それぞれの前記スパッタ源には、前記静電チャックテーブルの静電吸着面に対して傾斜した状態で対向するターゲットが装着され、
それぞれの前記成膜室内には、前記複数のスパッタ源のうちの少なくとも1つを前記成膜室内の放電空間に対して遮蔽可能なシャッターが設けられている
ことを特徴とするスパッタ成膜装置。 An atmospheric loader area;
A cassette loading unit that is provided facing the atmospheric loader area and into which a cassette capable of accommodating a substrate is loaded;
A desorption mechanism that faces the atmospheric loader area and desorbs the substrate from a substrate holder;
A load lock chamber provided adjacent to the atmospheric loader area via an atmospheric gate valve;
An atmospheric robot which is provided in the atmospheric loader area and carries the substrate in and out of the cassette loading unit, the detaching mechanism and the load lock chamber;
A vacuum transfer chamber provided adjacent to the load lock chamber via a first vacuum gate valve;
A pretreatment chamber that is provided adjacent to the vacuum transfer chamber via a second vacuum gate valve and in which pretreatment is performed on the substrate before film formation under reduced pressure;
A plurality of film formation chambers provided adjacent to the vacuum transfer chamber via a third vacuum gate valve, wherein a sputter film formation process is performed on the substrate under reduced pressure;
A vacuum robot that is provided in the vacuum transfer chamber and carries the substrate in and out of the load lock chamber, the pretreatment chamber, and the film formation chambers under reduced pressure;
With
Each of the film forming chambers is provided with an electrostatic chuck table that can rotate while electrostatically attracting the substrate,
A plurality of sputtering sources are provided for each film forming chamber, and each of the sputtering sources is equipped with a target that is opposed to the electrostatic chucking surface of the electrostatic chuck table in an inclined state,
Each of the film forming chambers is provided with a shutter capable of shielding at least one of the plurality of sputtering sources from a discharge space in the film forming chamber.
前記基板は前記前処理室内で加熱処理されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のスパッタ成膜装置。 In the pretreatment chamber, there is provided an electrostatic chuck table having a built-in heating mechanism for electrostatically adsorbing the substrate and heating the adsorbed substrate,
The sputter deposition apparatus according to claim 1, wherein the substrate is heat-treated in the pretreatment chamber.
前記基板は前記静電チャックテーブルにより加熱または冷却されながらスパッタ成膜処理されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のスパッタ成膜装置。 A mechanism for heating or cooling the substrate adsorbed on the electrostatic adsorption surface is incorporated in the electrostatic chuck table in each film forming chamber,
The sputter film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate is sputtered while being heated or cooled by the electrostatic chuck table.
前記前処理室と前記成膜室内では、前記基板は前記基板保持具の保持から外れた状態で前記静電吸着面に静電吸着されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のスパッタ成膜装置。 The substrate is transported through the atmospheric loader area, the load lock chamber, and the vacuum transfer chamber together with the substrate holder while being held by the substrate holder, and is carried into the pretreatment chamber and the film formation chamber,
8. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is electrostatically adsorbed to the electrostatic adsorption surface in a state of being out of the holding of the substrate holder in the pretreatment chamber and the film forming chamber. The sputter film forming apparatus described in 1.
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