JP2016025219A

JP2016025219A - 真空処理装置

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Publication number: JP2016025219A
Application number: JP2014148442A
Authority: JP
Inventors: 藤井　佳詞; Yoshiji Fujii; 佳詞藤井; 久司南方; Hisashi Minamikata; 真規伊藤; Masaki Ito; 克徳藤井; Katsunori Fujii
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP6322508B2

Abstract

【課題】真空チャンバを大気開放することなく、ステージに付着した異物を効果的に除去することができる真空処理装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１内で処理対象物Ｗが載置されるステージ４を備え、減圧下でステージ上の処理対象物に対し所定の処理を施す本発明の真空処理装置ＳＭは、ステージに出没自在に組み付けられ、ステージから上方に突出した突出位置でステージの上面に対してガスを噴射するガス噴射部材６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバ内で処理対象物が載置されるステージを備え、減圧下でステージ上の処理対象物に所定の処理を施す真空処理装置に関する。

この種の真空処理装置は、スパッタリング（以下「スパッタ」ともいう）法や真空蒸着法による成膜処理、エッチング処理や酸化処理といった各種処理を減圧下で処理対象物に施すために用いられる。例えば、成膜処理を行うスパッタリング装置では、真空チャンバ内にステージとターゲットとを対向配置し、ステージ上に処理対象物を載置し、真空チャンバ内にスパッタガスを導入すると共にターゲットに電力を投入することで、真空チャンバ内にプラズマ雰囲気を形成して希ガスイオンをターゲットに衝突させ、これにより生じたスパッタ粒子を処理対象物に付着、堆積させて成膜する。

ここで、真空チャンバ内には、スパッタ粒子が真空チャンバの内壁面に付着することを防止する防着板を配置することが一般であるが、処理対象物の連続処理枚数が多くなると、防着板に付着した膜が剥がれてステージに落下して異物となる。このようにステージ上に異物があると、良好な処理が阻害される。このため、真空チャンバ内にクリーニングガスを導入し、真空チャンバ内の圧力が所定圧力（例えば、大気圧）に達すると、クリーニングガスの導入を停止し、真空チャンバ内からクリーニングガスを排気することにより、クリーニングガスに含まれる異物を除去することが、例えば、特許文献１で知られている。

しかし、上記従来例のものでは、比較的小さな異物を除去することは可能であるが、比較的大きな異物を除去することが困難となる。このため、除去が困難な異物が付着すると、真空チャンバを大気開放し、異物が付着したステージを洗浄したり洗浄済みのステージと交換したりする必要があった。真空チャンバを一旦大気開放すると、成膜処理を再開できるまでに時間が掛かり、装置稼働率が低下するという問題がある。

特開２００３−１６８６７９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、真空チャンバを大気開放することなく、ステージに付着した異物を効果的に除去することができる真空処理装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、真空チャンバ内で処理対象物が載置されるステージを備え、減圧下でステージ上の処理対象物に対し所定の処理を施す本発明の真空処理装置は、ステージに出没自在に組み付けられ、ステージから上方に突出した突出位置でステージの上面に対してガスを噴射するガス噴射部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ガス噴射部材を突出位置に移動させ、この状態でガス噴射部材からステージの上面に対してガスを噴射することで、ステージ上面に付着した異物が直接吹き飛ばされるため、異物を効果的に除去することができる。この場合、真空チャンバを殊更大気開放する必要がなく、装置稼働率の低下を防止できる。

本発明において、前記ガス噴射部材は、ステージに対する処理対象物の受け渡しに用いられるリフトピンであり、リフトピンは、その内部に形成したガス通路と、その外表面に開設され、ガス通路に連通する噴射口とを有することが好ましい。これによれば、処理対象物を受け渡すために、リフトピンを突出位置に移動させたとき、ステージ上面にガスを噴射して異物を除去できるため、リフトピンを没入位置に移動させてステージに処理対象物を載置する際にはステージ上面に確実に異物が無い状態とすることができる。しかも、ステージに基板を受け渡す工程の途中で異物除去の工程を実施できるので、装置の稼働率を低下させることはない。なお、噴射口の形状は、孔状だけでなく、スリット状のものも含まれる。

また、本発明において、前記噴射口は、前記突出位置で上方に向けてガスを噴射するものを含むことが好ましい。これによれば、処理対象物の搬送や処理を行っていないときに、リフトピンを突出位置に突出させてステージ上方にもガスを噴射することができ、このとき、ステージ上方に存在する防着板などの構成部品にもガスが噴射され、当該構成部品に付着した異物が直接吹き飛ばされる。このとき、構成部品からの異物の一部がステージ上に落下するが、ステージ上面にもガスが噴射されているので、ステージに落下した異物が吹き飛ばされる。これにより、当該構成部品に付着した異物がステージに落下して付着することが未然に防止できて有利である。また、処理対象物の処理中に構成部品から処理対象物表面に異物が落下することも未然に防止できる。また、構成部品を洗浄したり交換したりするために真空チャンバを殊更大気開放する必要がなく、装置稼働率の低下を防止できる。

また、本発明において、前記リフトピンが前記突出位置から前記ステージ内に没入する没入位置に移動する間、前記噴射口からのガス噴射を継続する構成を採用することが好ましい。これによれば、リフトピンへの噴射口の形成位置に依存せず、リフトピン近傍にある異物まで確実に除去することができる。

本発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する模式図。（ａ）は突出位置でのリフトピン６を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は突出位置から没入位置に移動する途中のリフトピン６を拡大して示す断面図。（ａ）はリフトピンの噴射口を拡大して示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った断面図。（ａ）はリフトピンの噴射口の他の例を拡大して示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図。本発明の他の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する模式図。（ａ）は突出位置でのリフトピン６０を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は突出位置から没入位置に移動する途中のリフトピン６０を拡大して示す断面図。

以下、図面を参照して、処理対象物を基板Ｗとし、減圧下で基板Ｗに対しスパッタリング法により成膜処理を施すスパッタリング装置を例に本発明の真空処理装置の実施形態を説明する。以下においては、図１を基準とし、真空チャンバ１の天井部側を「上」、その底部側を「下」として説明することとする。

図１に示すように、スパッタリング装置ＳＭは、処理室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の側壁には、図示省略の排気管を介して真空ポンプが接続され、所定圧力（例えば１０^−５Ｐａ）まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、ガス源１１に連通し、マスフローコントローラ１２が介設されたガス管１３が接続され、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガス（ターゲット２を反応性スパッタする場合には反応性ガスも含む）を処理室１ａ内に所定の流量で導入できるようになっている。真空チャンバ１の天井部には、カソードユニットＣが設けられている。

カソードユニットＣは、処理室１ａを臨むように配置され、基板Ｗの外形より一回り大きい外形を持つターゲット２と、このターゲット２の上方に配置された磁石ユニット３とを有する。ターゲット２としては、基板Ｗ表面に成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択され、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＷまたはＴａの単体金属、またはこれらの中から選択された二種以上の合金、または、アルミナ等の絶縁物製のもので構成することができる。そして、ターゲット２は、成膜時にターゲット２を冷却する銅製のバッキングプレート２１にインジウムやスズなどのボンディング材を介して接合された状態で絶縁板Ｉを介して真空チャンバ１に装着される。ターゲット２には、スパッタ電源Ｅとしての公知の構造のＤＣ電源からの出力が接続され、スパッタリング時、負の電位を持った直流電力（例えば、１〜３０ｋＷ）が投入されるようにしている。なお、スパッタ電源Ｅは、ターゲット２が絶縁体であるような場合、高周波電力を投入する高周波電源が用いられる。

磁石ユニット３としては、支持板（ヨーク）３１と、支持板３１下面に所定のパターンで配置される複数個の磁石３２と、支持板３１を回転させる図示省略のモータとで構成される公知のものを用いることができる。磁石ユニット３により、ターゲット２の下方空間にトンネル状の磁場（図示せず）を発生させることができ、成膜時、ターゲット２の下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化できる。

真空チャンバ１の底部には、ターゲット２に対向した位置で基板Ｗを保持するステージ４が、有底筒状の絶縁部材５を介して設けられている。ステージ４の基板Ｗが載置される上面４ａには、図示省略の静電チャックが設けられ、基板Ｗが位置決め保持されるようになっている。ステージ４には、ステージ４に対して基板Ｗの受け渡しに用いられるリフトピン６が、出没自在に組み付けられている。図２も参照して、ステージ４には透孔４１が開設され、この透孔４１にリフトピン６が挿通されている。リフトピン６の下端は、絶縁部材５の下部５１に開設された透孔５１ａに挿通される中空の支軸７１に連結され、支軸７１の下端は、昇降機構たるエアシリンダ８のロッド８１に連結されている。そして、エアシリンダ８を駆動することで、ロッド８１及び支軸７１が昇降し、これに伴い、リフトピン６が昇降する。

リフトピン６は、その内部に形成したガス通路６１と、その外表面（本実施形態では側面）に開設され、ガス通路６１に連通する噴射口６２とを有する。噴射口６２は、例えば、孔状に形成され、その径は、当該径と供給するガス圧力とチャンバ１内部の真空度によって、噴射口６２から噴射されるガスの流速が５０〜３００ｍ／Ｓとなるように適宜設定でき、例えば、０．３ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内で設定することができる。リフトピン６の突出位置でのステージ上面４ａから噴射口６２までの距離は、例えば、２〜３０ｍｍの範囲内で設定できる。リフトピン６のガス通路６１は、支軸７内に形成されたガス通路７１に連通し、ガス通路７１は、ロッド８１に外挿されたガス供給板８２の内部に形成されたガス通路８２ａに連通している。これによれば、リフトピン６をステージ４上に突出させた突出位置で、ガス供給板８２のガス通路８２ａにガスを供給することで、リフトピン６の噴射口６２からステージ４の上面４ａに対してガスを噴射することができる。従って、リフトピン６が、本発明の「ガス噴射部材」を構成する。噴射口６２から噴射されるガスとしては、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。ガス供給板８２と絶縁部材５の下部５１との間で支軸７の外側にはベローズ８３が設けられ、真空チャンバ１内の真空雰囲気と外部の雰囲気とを隔絶している。また、エアシリンダ８を駆動してリフトピン６を突出位置からステージ４内に没入する没入位置に移動する間、ガス通路８２ａにガスを供給して噴射口６２からのガス噴射を継続するように構成されている。

真空チャンバ１の側壁の内側には、ステンレス等の金属製である上下一対の防着板９ｕ、９ｄが設けられ、スパッタリングによる成膜中、真空チャンバ１の内壁面等へのスパッタ粒子の付着を防止するようにしている。また、上記スパッタリング装置ＳＭは、公知のマイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた図示省略の制御手段を備え、スパッタ電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ１２の稼働、エアシリンダ８の稼働、真空ポンプの稼働等を統括制御するようにしている。以下、上記スパッタリング装置ＳＭを用いた成膜処理について説明する。

先ず、真空チャンバ１内（処理室１ａ）を所定の真空度まで真空引きし、図外の搬送ロボットにより真空チャンバ１内に基板Ｗを搬送し、リフトピン６を没入位置から突出位置まで移動させる。この状態で、図１に示すように、ガス供給板８２のガス通路８２ａにガス（例えば、アルゴンガス）を供給し、リフトピン６の噴射口６２からステージ４の上面４ａに対してガスを噴射する。これにより、ステージ上面４ａに付着した異物が直接吹き飛ばされ、異物が効果的に除去される。

異物を除去した後、リフトピン６を突出位置から没入位置まで移動させ、ステージ４に基板Ｗを受け渡して、ステージ４の上面４ａに基板Ｗを保持する。このようにリフトピン６が突出位置から没入位置に移動する間、ガス通路８２ａにガスを継続して供給し、噴射口６２からのガス噴射を継続する。次いで、スパッタガスたるアルゴンガスを所定流量（例えば、１２ｓｃｃｍ）で導入して（このときの圧力は０．１Ｐａ）、スパッタ電源Ｅからターゲット２に例えば、３０ｋＷの直流電力を投入することにより、処理室１ａ内にプラズマ雰囲気を形成する。これにより、ターゲット２がスパッタされ、これにより生じたスパッタ粒子が飛散して基板Ｗ表面に付着、堆積して薄膜が成膜される。

以上説明した実施形態によれば、ガス噴射部材６を突出位置に移動させ、この状態で噴射口６２からステージ上面４ａに対してガスを噴射することで、ステージ上面４ａに比較的大きな異物が付着したとしても、付着した異物が直接吹き飛ばされるため、異物を効果的に除去することができる。この場合、真空チャンバ１を殊更大気開放する必要がなく、装置稼働率を低下させることはない。

また、ガス噴射部材をリフトピン６とし、リフトピン６の内部にガス通路６１を形成し、ガス通路６１に連通する噴射口６２をリフトピン６の外周面（側面）に開設すれば、基板Ｗを受け渡すためにリフトピン６を突出位置に移動させたとき、ステージ上面４ａにガスを噴射して異物を効果的に除去できるため、ステージ４に基板Ｗを載置するときにはステージ上面４ａに確実に異物が無い状態とすることができ、基板Ｗに対して良好な処理が阻害されない。しかも、ステージ４に基板Ｗを受け渡す工程の途中で異物除去の工程を実施できるので、装置の稼働率を低下させることはない。尚、基板Ｗの搬送や処理を行っていないとき（例えば、装置が処理ロット待ちのとき）に、リフトピン６を突出位置に移動させて、噴射口６２からガスを噴射させてもよい。

また、リフトピン６が突出位置から没入位置に移動する間、噴射口６２からのガス噴射を継続する構成を採用することで、リフトピン６への噴射口６２の形成位置に依存せず、リフトピン６近傍にある異物まで確実に除去することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、リフトピン６に孔状の噴射口６２を開設する場合を例に説明したが、噴射口６２の形状は孔状のものに限定されず、例えば、図４に示すような横長スリット状の噴射口６２ａを開設してもよい。この場合も、噴射口６２ａのサイズは、噴射されるガスの流速等を考慮して適宜設定することができる。また、スリットを、ステージ表面４ａと平行に開設する場合に限らず、螺旋状に開設することもできる。

また、上記実施形態では、リフトピン６の側面のみに噴射口６２を開設したが、図５及び図６に示すように、リフトピン６０に、上記突出位置で上方に向けてガスを噴射する噴射口６３を開設してもよい。この場合、基板の搬送や処理を行っていないときに、図６（ａ）に示すように、リフトピン６０を突出位置に移動させて、噴射口６３からステージ上方にもガスを噴射することができ、このとき、ステージ４上方に存在する防着板９ｕ，９ｄやターゲット２などの構成部品にもガスが噴射され、当該構成部品に付着した異物が直接吹き飛ばされる。このとき、構成部品からの異物の一部がステージ４上に落下するが、ステージ上面４ａにも噴射口６２からガスが噴射されているので、ステージ４上に落下した異物が吹き飛ばされる。これにより、上記構成部品に付着した異物がステージ４に落下して付着することを未然に防止できて有利である。また、基板Ｗの処理中に上記構成部品から基板Ｗ表面に異物が落下することも未然に防止できる。また、防着板９ｕ，９ｄやターゲット２を洗浄したり交換したりするために真空チャンバ１を殊更大気開放する必要がなく、装置稼働率の低下を防止できる。さらに、上記実施形態と同様に、リフトピン６０を突出位置から没入位置に移動させる間、噴射口６２からのガス噴射だけでなく噴射口６３からのガス噴射をも継続することで、上記構成部品にガスが吹き付けられる領域を変化させることができ、構成部品に付着した異物をより一層効果的に除去することができる。

上記実施形態では、ガス噴射部材がリフトピン６，６０である場合を例に説明したが、リフトピンとは別個にガス噴射部材をステージに出没自在に組み付けてもよい。

また、上記実施形態では、スパッタリング装置を例に説明したが、例えば、ＣＶＤ装置やエッチング装置のように、真空チャンバ内で処理対象物が載置されるステージを備え、減圧下でステージ上の処理対象物に対し所定の処理を施す真空処理装置に本発明を適用することができる。

１…真空チャンバ、Ｗ…基板（処理対象物）、４…ステージ、ＳＭ…スパッタリング装置（真空処理装置）、６，６０…リフトピン（ガス噴射部材）、６１…ガス通路、６２，６３…噴射口。

Claims

真空チャンバ内で処理対象物が載置されるステージを備え、減圧下でステージ上の処理対象物に対し所定の処理を施す真空処理装置において、
ステージに出没自在に組み付けられ、ステージから上方に突出した突出位置でステージの上面に対してガスを噴射するガス噴射部材を備えることを特徴とする真空処理装置。
前記ガス噴射部材は、ステージに対する処理対象物の受け渡しに用いられるリフトピンであり、リフトピンは、その内部に形成したガス通路と、その外表面に開設され、ガス通路に連通する噴射口とを有することを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
前記噴射口は、前記突出位置で上方に向けてガスを噴射するものを含むことを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。
前記リフトピンが前記突出位置から前記ステージ内に没入する没入位置に移動する間、前記噴射口からのガス噴射を継続するように構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の真空処理装置。