JP2016050349A

JP2016050349A - 真空処理装置

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Publication number: JP2016050349A
Application number: JP2014176970A
Authority: JP
Inventors: 藤井　佳詞; Yoshiji Fujii; 佳詞藤井; 克徳藤井; Katsunori Fujii
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: JP6422074B2

Abstract

【課題】真空チャンバを大気開放することなく、ステージ上の異物をその大小に関係なく効果的に除去することができる構造を持つ真空処理装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ１内で基板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基板に対し所定の処理を施す本発明の真空処理装置ＳＭは、駆動手段６と、この駆動手段によりステージの上方に位置する遮蔽位置とステージから離間した退避位置との間で移動自在な遮蔽手段７とを有し、駆動手段が、遮蔽手段の遮蔽位置にて遮蔽手段とステージとの間の空間に向けて所定のガスを噴射するガス噴射部８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。スパッタリング装置を例に説明すれば、スパッタリング装置は真空引き可能な真空チャンバを備え、真空チャンバの底部にステージが設けられると共に、ステージに対向させて真空チャンバの上部にターゲットを備えたカソードユニットが設けられる。そして、ステージ上に、ウエハやガラス基板などの処理対象物を載置し、減圧下の真空チャンバ内に希ガスを導入し、ターゲットに負の電位を持った直流電力や高周波電力を投入することで希ガスのイオンでターゲットをスパッタリングし、スパッタ粒子を処理対象物に付着、堆積させて成膜する。

ところで、上記スパッタリング装置にて処理対象物への成膜を繰り返し行う際、その内壁面などには、通常、防着板が配置され、この防着板にもスパッタ粒子が付着、堆積する。そして、何らかの原因でこの付着、堆積したものが剥がれてステージに落下し、これが異物となって良好な処理を阻害する虞がある。そこで、減圧下の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。

然しながら、上記従来例のものでは、比較的小さな異物しか除去できないという問題がある。このため、比較的大きな異物がステージ上に存するような場合には、真空チャンバを一旦大気圧に戻してステージを洗浄したり、または、交換したりする必要があった。このような場合、成膜処理の再開まで多大な時間を要し、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、ステージ上の異物をその大小に関係なく効果的に除去することができる構造を持つ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、駆動手段と、この駆動手段によりステージの上方に位置する遮蔽位置とステージから離間した退避位置との間で移動自在な遮蔽手段とを有し、駆動手段が、遮蔽手段の遮蔽位置にて遮蔽手段とステージとの間の空間に向けて所定のガスを噴射するガス噴射部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、駆動手段により遮蔽手段を遮蔽位置に移動させて、遮蔽手段とステージとの間の空間に向けてガスを噴射する構成を採用したため、ガス噴射部から噴射したガスの真空チャンバ内への拡散が抑制されて、比較的高い圧力のままステージの径方向一側から他側に亘ってこのステージ上面を跨ぐようにガスを流通させることができる。その結果、ステージ上の異物をその大小に関係なく効果的に吹き飛ばして除去することができる。

この場合、前記駆動手段は、真空チャンバ内に突設した回転軸と、この回転軸に連結されるアームとを備え、アームに遮蔽手段が連結されると共に、遮蔽手段の下方に位置するアームの部分にガス噴射部の噴出口が設けられていることが好ましい。これによれば、噴射したガスの真空チャンバ内への拡散をより確実に抑制でき、より確実にステージ上の異物を吹き飛ばして除去することができる。

また、本発明においては、前記遮蔽手段は、その遮蔽位置にてステージの上面を完全に覆うことができる面積を持つ板状部材で構成されることが好ましい。これによれば、ガスを噴射してステージ上の異物を吹き飛ばしたときにこの異物が舞い上がり、例えばターゲットに付着したりするといった不具合が防止できてよい。

更に、本発明においては、前記ガスを噴射する間、回転軸が正転と逆転とを繰り返すようにすることが好ましい。これによれば、遮蔽手段とガス噴射部との同期した首振り動作によりステージの全面に亘ってガスを噴射することができ、ステージ上の異物を完全に吹き飛ばして除去することができる。

本発明の実施形態の真空処理装置の構成を説明する模式図。遮蔽手段とガス噴射部との同期した首振り動作を説明する模式図。

以下、図面を参照して、真空処理装置を、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とした本発明の実施形態について説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は図１を基準として説明する。

図１を参照して、ＳＭは、本実施形態のスパッタリング装置であり、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に対向させて基板Ｗを保持するステージ４が設けられている。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。また、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５ｕ、５ｄ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、下側の防着板５ｄは、昇降機構５０に連結され、基板Ｗの搬送時や遮蔽手段７の移動時に下降できるようになっている。

ところで、上記スパッタリング装置ＳＭにて基板Ｗへの成膜を繰り返し行う際、防着板５ｕ、５ｄにもスパッタ粒子が付着、堆積する。そして、何らかの原因でこの付着、堆積したものが剥がれてステージ４に落下し、これが異物となって良好な処理を阻害する虞がある。このため、基板Ｗをステージ４に載置する前に、このステージ４上の異物を確実に除去できるようにしておく必要がある。

本実施形態では、真空チャンバ１内に駆動手段６と、この駆動手段６によりステージ４の上方に位置する遮蔽位置とステージ４から離間した退避位置との間で移動自在な遮蔽手段７と、駆動手段６に設けられたガス噴射部８とを備えている。駆動手段６は、真空チャンバ１内に突設した回転軸６１と、この回転軸６１に連結されるアーム６２とを備え、アーム６２に遮蔽手段７が連結されている。そして、モータ６３により回転軸６１を回転させてアーム６２を回転させることにより、遮蔽手段７を遮蔽位置と退避位置との間で移動できる。遮蔽手段７は、遮蔽位置にてステージ４の上面を完全に覆うことができる面積を持つ、例えばＴｉ製の板状部材で構成することができる。ガス噴射部８は、真空チャンバ１の底壁を貫通する配管８１に連結されるフレキシブル配管８２と、このフレキシブル配管８２の上端に連結されたガスノズル８３とで構成される。ガスノズル８３から噴射するガスとしては、アルゴンガスを用いることができる。遮蔽手段７を遮蔽位置に移動させたときに、遮蔽手段７の下方にガスノズル８３の噴出口８３ａが位置することが好ましい。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、モータ６３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の動作について説明する。

先ず、真空チャンバ１内を所定の真空度まで真空引きし、回転軸６１を回転させて遮蔽手段７をステージ４上方の遮蔽位置（図２中のＰ１）に移動させる。ステージ４に基板Ｗを保持しない状態で、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。これにより、ターゲット２がスパッタ（ダミースパッタ）され、これにより生じたスパッタ粒子が飛散して遮蔽手段７や防着板５ｕ，５ｄに付着する。

ダミースパッタが終了した後、ステージ４に基板Ｗを搬送する前に、遮蔽手段７とステージ４との間の空間に向けてガス噴射部８からガスを噴射する。ガス噴射部８から噴射したガスは、真空チャンバ１内への拡散が抑制されて、比較的高い圧力のままステージ４の径方向一側から他側（図１中、右側から左側）に亘ってこのステージ４上面を跨ぐように流通する。その結果、ステージ４上の異物をその大小に関係なく効果的に吹き飛ばして除去することができる。このとき、遮蔽手段７の下方に位置する噴出口８３ａからガスを噴射することで、噴射したガスの真空チャンバ１内への拡散をより確実に抑制でき、より確実にステージ４上の異物を吹き飛ばして除去することができる。また、遮蔽手段７を上記板状部材で構成することにより、ステージ４上から吹き飛ばされた異物が舞い上がることを防止でき、ひいては、ターゲット２に異物が付着するという不具合を防止できる。更に、図２に示すように、ガスを噴射する間、回転軸６１が正転と逆転とを繰り返すようにして、遮蔽手段７を移動させることが好ましい。これによれば、図中矢印で示す範囲（図２中のＰ２とＰ３との間）で遮蔽手段７とガス噴射部８との同期した首振り動作が行われ、ステージ４の全面に亘ってガスを噴射することができ、ステージ４上の異物を完全に吹き飛ばして除去することができる。

このようにステージ４上の異物を除去した後、回転軸６１を回転させて遮蔽手段７を退避位置（図２中、Ｐ４）に移動させる。そして、図示省略する搬送ロボットを用いてステージ４に基板Ｗを受け渡して、ステージ４の上面４ａに基板Ｗを位置決め保持する。次いで、例えば上記ダミースパッタと同様のスパッタ条件でターゲット２をスパッタし、基板Ｗ表面に薄膜を成膜する。このとき、基板Ｗが保持されるステージ上面４ａには異物が無いため、基板Ｗに対する良好な成膜処理が阻害されない。

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、ダミースパッタ後にステージ４上の異物を除去する場合を例に説明したが、ダミースパッタは行う必要がなく、基板Ｗへの成膜前にステージ４上の異物を除去すればよい。

また、上記実施形態では、スパッタリング装置ＳＭ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。

ＳＭ…スパッタリング装置（真空処理装置）、１…真空チャンバ、Ｗ…基板（処理対象物）、４…ステージ、６…駆動手段、７…遮蔽手段、８…ガス噴射部、８３ａ…噴出口。

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、
駆動手段と、この駆動手段によりステージの上方に位置する遮蔽位置とステージから離間した退避位置との間で移動自在な遮蔽手段とを有し、駆動手段が、遮蔽手段の遮蔽位置にて遮蔽手段とステージとの間の空間に向けて所定のガスを噴射するガス噴射部を備えることを特徴とする真空処理装置。
前記駆動手段は、真空チャンバ内に突設した回転軸と、この回転軸に連結されるアームとを備え、アームに遮蔽手段が連結されると共に、遮蔽手段の下方に位置するアームの部分にガス噴射部の噴出口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
前記遮蔽手段は、その遮蔽位置にてステージの上面を完全に覆うことができる面積を持つ板状部材で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空処理装置。
前記ガスを噴射する間、回転軸が正転と逆転とを繰り返すようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の真空処理装置。