JP2016225516A - 製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の処理領域が設定されたチャンバーを有し、それぞれの処理領域における処理に適した製造条件を設定可能な製造装置を提供する。【解決手段】給電端子を有し、ワークが搭載されるワークホルダと、ワークに対する処理がそれぞれ行われる複数の処理領域が内部に設定され、複数の処理領域それぞれに互いに電気的に独立した接続部が設置されたチャンバーと、複数の処理領域のいずれかである処理実行領域にワークホルダが配置され且つ処理実行領域の接続部とワークホルダの給電端子とが電気的に接続するように、ワークホルダをチャンバー内で移動させる移動装置と、接続部にバイアス電圧を供給する電源装置とを備え、処理実行領域の接続部から給電端子に供給されるバイアス電圧によって、処理実行領域におけるワークに対する処理中のワークホルダの電位が設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の処理領域が内部に設定されたチャンバーを有する製造装置に関する。

半導体装置の製造方法に、複数の異なる処理を真空連続で実施する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。真空連続で複数の処理を実施することにより、処理時間を短縮したり、ワークに形成された膜の特性が大気に曝されて変化することを防止したりできる。チャンバーの内部に複数の処理領域を設定することにより、異なる処理を真空連続で実施することができる。

特開２０１０−１９９２１１号公報

歩留まりの向上や製造時間の短縮などのために、それぞれ製造工程に適した製造条件が設定される。例えば、その製造工程での処理に適したバイアス電圧をワークに供給する。一般的に、処理が異なればワークに供給すべきバイアス電圧も異なる。しかしながら、複数の処理領域が内部に設定されたチャンバーを用いて処理を連続して行う製造装置では、処理領域毎に異なるバイアス電圧をワークに供給することが困難であった。このため、それぞれの処理に適した製造条件を設定することができないという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、複数の処理領域が設定されたチャンバーを有し、それぞれの処理領域の処理に適した製造条件を設定可能な製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（ア）給電端子を有し、ワークが搭載されるワークホルダと、（イ）ワークに対する処理がそれぞれ行われる複数の処理領域が内部に設定され、複数の処理領域それぞれに互いに電気的に独立した接続部が設置されたチャンバーと、（ウ）複数の処理領域のいずれかである処理実行領域にワークホルダが配置され且つ処理実行領域の接続部とワークホルダの給電端子とが電気的に接続するように、ワークホルダをチャンバー内で移動させる移動装置と、（エ）接続部にバイアス電圧を供給する電源装置とを備え、処理実行領域の接続部から給電端子に供給されるバイアス電圧によって、処理実行領域におけるワークに対する処理中のワークホルダの電位が設定される製造装置が提供される。

本発明によれば、複数の処理領域が設定されたチャンバーを有し、それぞれの処理領域の処理に適した製造条件を設定可能な製造装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る製造装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る製造装置の動作を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る製造装置の電源装置の例を示す模式図である。 本発明のその他の実施形態に係る製造装置の構成を示す模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る製造装置１は、図１に示すように、処理対象のワーク１００が搭載されるワークホルダ１０と、ワーク１００に対する処理がそれぞれ行われる複数の処理領域が内部に設定されたチャンバー２０と、複数の処理領域のいずれかにワークホルダ１０が配置されるようにワークホルダ１０をチャンバー２０内で移動させる移動装置３０と、ワークホルダ１０にバイアス電圧を供給する電源装置４０とを備える。ワーク１００は、例えば半導体基板である。

図１は、複数の処理領域としてチャンバー２０内に第１の処理領域１０１と第２の処理領域１０２が設定された例を示す。以下において、ワーク１００の処理のためにワークホルダ１０が配置される処理領域を「処理実行領域」という。移動装置３０は、第１の処理領域１０１と第２の処理領域１０２に渡って、ワーク１００が搭載されたワークホルダ１０をチャンバー２０内で移動させる。図１は、第１の処理領域１０１が処理実行領域である状態を示している。

第１の処理領域１０１と第２の処理領域１０２のそれぞれには、接続部２１が設置されている。接続部２１には、電源装置４０からバイアス電圧が供給される。

図１に示したワークホルダ１０は上面に開口部を有する凹形状であり、凹部の内部にワーク１００が搭載される。また、ワークホルダ１０は給電端子１１を有し、図１に示した例では、ワークホルダ１０の底面に給電端子１１が配置されている。

移動装置３０は、処理実行領域の接続部２１とワークホルダ１０の給電端子１１とが電気的に接続するように、ワークホルダ１０をチャンバー２０内で移動させる。これにより、処理実行領域において電源装置４０から給電端子１１に、接続部２１を介してバイアス電圧が供給される。

つまり、製造装置１では、電源装置４０から供給されるバイアス電圧によって、処理実行領域におけるワーク１００に対する処理を実施中にワークホルダ１０の電位が設定される。異なる処理領域にそれぞれ設置された接続部２１は、互いに電気的に独立している。したがって、処理領域ごとに異なる大きさのバイアス電圧を給電端子１１に供給することができる。

図１に示した製造装置１は、第１の処理領域１０１がスパッタ法によってワーク１００に膜を形成するスパッタ処理領域であり、第２の処理領域１０２がプラズマＣＶＤ法によってワークに膜を形成するプラズマＣＶＤ処理領域である場合を例示的に示している。以下に、製造装置１によって、スパッタ処理領域における処理とプラズマＣＶＤ処理領域における処理を連続して行う場合について説明する。

まず、真空状態にしたチャンバー２０内で、図１に示すようにワークホルダ１０を第１の処理領域１０１に配置する。即ち、第１の処理領域１０１が処理実行領域である。第１の処理領域１０１では、ターゲット１１１がターゲット電極１１２上に取り付けられている。ターゲット電極１１２は高周波（ＲＦ）電力或いは直流（ＤＣ）電力を供給するスパッタ電源１１３に接続されている。

第１の処理領域１０１において、ワークホルダ１０に搭載されたワーク１００についてスパッタ法による成膜処理が以下のように行われる。即ち、第１のガス供給装置１１４からアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガス１１０がチャンバー２０内に導入される。スパッタ電源１１３からターゲット電極１１２に電力を供給して不活性ガス１１０を放電させ、ターゲット１１１の表面近傍の気相中にプラズマを形成する。プラズマ中で加速された不活性ガス１１０の正イオンがターゲット１１１の表面に衝突し、スパッタリングによりターゲット原子が放出される。ターゲット１１１の表面から放出された原子がワーク１００の表面に被着・堆積されて、薄膜が形成される。

第１の処理領域１０１におけるスパッタ法による成膜処理中では、第１の処理領域１０１に設置された接続部２１とワークホルダ１０の給電端子１１とが電気的に接続される。即ち、成膜処理前に、給電端子１１に接続するまで第１の処理領域１０１に設置された接続部２１が上方に移動している。そして、電源装置４０がバイアス電圧を接地電位にすることによって、成膜処理中のワークホルダ１０の電位が接地電位に設定される。これにより、ワーク１００に電荷が蓄積されるチャージアップ現象が抑制され、スパッタ処理中の放電が安定する。

第１の処理領域１０１でのスパッタ処理が終了した後、第１の処理領域１０１に設置された接続部２１とワークホルダ１０の給電端子１１との接続が解除される。具体的には、第１の処理領域１０１に設置された接続部２１が下方に移動する。その後、図２に示すように、移動装置３０によってワークホルダ１０が第１の処理領域１０１から第２の処理領域１０２に移動する。即ち、第２の処理領域１０２が処理実行領域である。そして、第２の処理領域１０２に設置された接続部２１とワークホルダ１０の給電端子１１とが電気的に接続される。具体的には、給電端子１１に接続するまで第２の処理領域１０２に設置された接続部２１が上方に移動する。

第２の処理領域１０２において、ワークホルダ１０に搭載されたワーク１００についてプラズマＣＶＤ法による成膜処理が以下のように行われる。即ち、第２のガス供給装置２１３によって、ワーク１００に形成する膜の原料ガスを含むプロセスガス２１０が導入される。第２の処理領域１０２には、ワーク１００と対向するカソード電極２１１が配置されている。ワークホルダ１０はアノード電極として機能し、交流電源２１２によってワークホルダ１０とカソード電極２１１間に所定の交流電力が供給される。これにより、チャンバー２０内の原料ガスを含むプロセスガス２１０がプラズマ化される。形成されたプラズマにワーク１００を曝すことにより、ワーク１００の露出した表面に所望の膜が形成される。

第２の処理領域１０２におけるプラズマＣＶＤ法による成膜処理中では、第２の処理領域１０２に設置された接続部２１とワークホルダ１０の給電端子１１とが電気的に接続されている。そして、プラズマＣＶＤ法によってプラズマＣＶＤ処理領域に発生したプラズマに含まれるイオンをワーク１００の表面に引き込むように、バイアス電圧によってワークホルダ１０の電位を設定する。例えば、プラズマに含まれる正イオンがワーク１００の表面に引き込まれるように、電源装置４０がマイナスのバイアス電圧を第２の処理領域１０２の接続部２１に供給する。これにより、バイアス電圧をワークホルダ１０に供給しない場合と比べて、成膜レートを向上することができる。

上記のように、それぞれの処理に適した製造条件において、第１の処理領域１０１でスパッタ法によってワーク１００に膜が形成され、第２の処理領域１０２でプラズマＣＶＤ法によってワーク１００に膜が形成される。例えば、スパッタ法によってワーク１００に酸化しやすい第１の膜（例えばアルミニウム膜など）を形成した後、真空連続で、第１の膜の変質を防止する第２の膜（例えば酸化シリコン膜など）を第１の膜を覆ってプラズマＣＶＤ法によって形成する。

なお、第１の処理領域１０１におけるスパッタ法による成膜処理の前に、バイアス電圧によってワークホルダ１０の電位を逆スパッタ条件に設定して、ワーク１００の表面をクリーニングしてもよい。即ち、ワーク１００の表面近傍の気相中にプラズマを形成し、プラズマ中で加速された不活性ガス１１０の正イオンをワーク１００の表面に衝突させる。これにより、ワーク１００の表面に形成された酸化膜などが除去される。成膜前にワーク１００の表面をクリーニングすることによって、ワーク１００の表面に形成された膜の剥離などを抑制することができる。

以上に説明したように、製造装置１によれば、第１の処理領域１０１における処理と第２の処理領域１０２における処理を真空連続によって行うことができる。このため、処理ごとにチャンバー内を真空にする場合と比べて、トータルの処理時間を短縮できる。また、ワーク１００を大気に曝すことがないため、例えばワーク１００に形成した膜が変質することや、膜に不純物が付着することを防止できる。

なお、第１の処理領域１０１での処理と第２の処理領域での処理の順番は任意である。例えば、第１の処理領域１０１において処理を行った後に、第２の処理領域１０２において処理を行う。或いは、第２の処理領域１０２において処理を行った後に、第１の処理領域１０１において処理を行ってもよい。

図１に示した電源装置４０は、任意のバイアス電圧を供給可能である。電源装置４０のバイアス電圧を可変にすることによって、１台の電源装置４０によって複数の処理領域に異なるバイアス電圧を供給できる。電源装置４０を１台にすることによって、製造装置１を小型化できる。電源装置４０におけるバイアス電圧の切り替えは、手動で行ってもよいし、或いは図３に示すようなコントローラ４２を内蔵する電源装置４０によって自動的に切り替えるようにしてもよい。図３に示した電源装置４０では、電圧供給部４１の出力するバイアス電圧Ｖｂの大きさがコントローラ４２によって制御される。

コントローラ４２は、複数の処理領域のいずれにワークホルダ１０が配置されているかに応じて、電圧供給部４１が接続部２１に供給するバイアス電圧Ｖｂを設定する。例えば、コントローラ４２がチャンバー２０内のワークホルダ１０の位置を検出して、ワークホルダ１０の配置された処理領域での処理に適したバイアス電圧を電圧供給部４１から出力させる。或いは、チャンバー２０内での各処理の時間とバイアス電圧を供給する時間をスケジューリングして、各処理を実施する時間に合わせてコントローラ４２が各処理に適したバイアス電圧を電圧供給部４１から出力させるようにしてもよい。

また、接続部２１の動作に連動させてコントローラ４２がバイアス電圧を電圧供給部４１から出力させてもよい。即ち、ワークホルダ１０の給電端子１１がいずれの処理領域の接続部２１と電気的に接続されたかをコントローラ４２が検出する。そして、給電端子１１に接続する接続部２１の設置された処理領域に応じて、電圧供給部４１から出力するバイアス電圧を設定する。

図１に示した製造装置１では、図面の下方側のチャンバー２０の壁面に、壁面を貫通して接続部２１が配置されている。接続部２１の一方の端部は、チャンバー２０の外側で電源装置４０と電気的に接続されている。接続部２１の他方の端部が、ワークホルダ１０の給電端子１１と電気的に接続する。

ワークホルダ１０を上面に搭載する移動装置３０の下方から延伸する接続部２１とワークホルダ１０の給電端子１１とを接触させるために、移動装置３０のワークホルダ１０を搭載する領域にスリット３１が設けられている。即ち、移動装置３０を厚さ方向（図面の上下方向）に貫通するスリット３１の上方に、給電端子１１が位置するようにワークホルダ１０が移動装置３０に搭載される。そして、処理実行領域の接続部２１が上昇することによって、接続部２１と給電端子１１とが電気的に接続する。処理実行領域での処理が終了すると、給電端子１１と接続していた接続部２１が下降し、接続部２１と給電端子１１との接続が解除される。その後、移動装置３０によってワークホルダ１０が処理実行領域から移動させられる。例えば、接続部２１を給電端子１１と接続させたり離間させたりする移動機構をチャンバー２０に設置する。接続部２１の移動は、移動装置３０によるワークホルダ１０の移動と連動するため、接続部２１の移動機構を移動装置３０の一部に含めてもよい。

図１では接続部２１がチャンバー２０の下方の壁面から内部に延伸する例を示したが、接続部２１をチャンバー２０のいずれの領域に設置してもよい。例えば、チャンバー２０の側面や上面に設置してもよい。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る製造装置１では、処理領域のそれぞれに設置された接続部を介して、ワークホルダ１０にバイアス電圧が供給される。このため、製造装置１によれば、それぞれの処理領域での処理に応じたバイアス電圧を設定することが容易であり、各処理に適した製造条件が設定される。これにより、製造歩留まりの向上や製造時間の短縮が可能である。

上記では、第１の処理領域１０１においてスパッタ法による成膜処理を行い、第２の処理領域１０２においてプラズマＣＶＤ法による成膜処理を行う例を説明した。しかし、第１の処理領域１０１や第２の処理領域１０２における処理の組み合わせは上記に限られない。例えば、２つの処理領域のいずれもプラズマＣＶＤ処理領域にしてもよいし、２つともスパッタ処理領域にしてもよい。或いは、成膜処理として蒸着法が使用される場合や、成膜処理以外のエッチング処理やアッシング処理などをチャンバー２０内で行う場合にも、各処理領域に設置した接続部２１を介してワークホルダ１０の給電端子１１に任意のバイアス電圧を供給できる。
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上記では、１台の電源装置４０の供給するバイアス電圧を可変にする例を示した。しかし、図４に示すように、処理領域ごとに電源装置４０を用意してもよい。

また、チャンバー２０内に２つの処理領域が配置された例を示したが、チャンバー２０に配置された処理領域が３以上である場合にも、本発明は適用可能である。処理領域のすべてに接続部２１を設置することによって、それぞれの処理領域の処理に応じたバイアス電圧をワークホルダ１０に供給することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…製造装置
１０…ワークホルダ
１１…給電端子
２０…チャンバー
２１…接続部
３０…移動装置
３１…スリット
４０…電源装置
４１…電圧供給部
４２…コントローラ
１００…ワーク
１０１…第１の処理領域
１０２…第２の処理領域

Claims (5)

1. 給電端子を有し、ワークが搭載されるワークホルダと、
   前記ワークに対する処理がそれぞれ行われる複数の処理領域が内部に設定され、前記複数の処理領域それぞれに互いに電気的に独立した接続部が設置されたチャンバーと、
   前記複数の処理領域のいずれかである処理実行領域に前記ワークホルダが配置され且つ前記処理実行領域の前記接続部と前記ワークホルダの前記給電端子とが電気的に接続するように、前記ワークホルダを前記チャンバー内で移動させる移動装置と、
   前記接続部にバイアス電圧を供給する電源装置と
   を備え、
   前記処理実行領域の前記接続部から前記給電端子に供給される前記バイアス電圧によって、前記処理実行領域における前記ワークに対する処理中の前記ワークホルダの電位が設定されることを特徴とする製造装置。
2. 前記電源装置が、前記複数の処理領域のいずれに前記ワークホルダが配置されているかに応じて前記バイアス電圧を設定するコントローラを有することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
3. 前記複数の処理領域の１つがプラズマＣＶＤ法によって前記ワークに膜を形成するプラズマＣＶＤ処理領域であって、
   前記プラズマＣＶＤ処理領域に発生したプラズマに含まれるイオンを前記ワークの表面に引き込むように前記バイアス電圧によって前記ワークホルダの電位を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。
4. 前記複数の処理領域の１つがスパッタ法によって前記ワークに膜を形成するスパッタ処理領域であって、
   前記スパッタ処理領域における成膜処理中の前記ワークホルダの電位を、前記バイアス電圧によって接地電位に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造装置。
5. 前記スパッタ処理領域における成膜処理の前に、前記バイアス電圧によって前記ワークホルダの電位を逆スパッタ条件に設定して前記ワークの表面をクリーニングすることを特徴とする請求項４に記載の製造装置。

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