JP2017066488A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粘着テープから気化したガスがワークとステージの間でガス溜まりとなることを防ぐ。【解決手段】成膜装置は、一面に粘着テープＴが貼られたワークである半導体ウエーハＷの他面に対してプラズマを用いて成膜を行う成膜装置である。成膜装置は、ウエーハＷを加熱するステージ２２と、ウエーハＷの保持部である押上げピン２６３とを備える。押上げピン２６３は、ウエーハＷを、ステージ２２から所定距離離間した予備加熱位置において、粘着テープＴが貼られた一面がステージ２２と向かい合うように保持する。【選択図】図３

Description

本発明は成膜装置及び成膜方法に関する。

各種半導体装置の製造工程において、ウエーハやガラス基板等のワーク上に複数の膜を積層して形成することがある。複数の膜を形成する成膜装置として、複数の減圧可能なチャンバを備えた、いわゆるマルチチャンバタイプの成膜装置がある。各チャンバ内には成膜材料からなるターゲットを配置する。チャンバ内に不活性ガスを導入し、ターゲットに直流電圧を印加して不活性ガスをプラズマ化してイオンを生成し、このイオンをターゲットに衝突させる。ターゲットから叩き出された材料の粒子がワーク上に堆積することで成膜が行われる。

特開２０１０−１２６７８９号公報 特開２０１１−２４９６０８号公報

例えば、ワークが半導体ウエーハの場合に、近年の薄化（厚さ１００μｍ以下）傾向により、ワークにおける成膜される面とは反対側の面には、成膜前に保護用の粘着テープが貼られることがある。ところが、成膜の際にワークは高温に曝されるため、粘着テープの揮発成分が気化してガスが発生する。このガスがプロセス雰囲気に取り込まれると、粘着テープの揮発成分がワーク上に酸化膜として成膜されることがある。これによって抵抗値が上昇し、ワークの半導体装置としての性能に影響を与える可能性がある。

そこで、成膜前にワークを予備加熱して予めガスを放出し、プロセス雰囲気に取り込まれないようにすることが考えられる。チャンバ内にはワークを載置するためのステージが備えられている。このステージにヒーターを取り付けて、成膜の前にステージを加熱することによって、ワークを予備加熱することができる。

ただし、ワークをステージに載置すると、ワークとステージの面が密着する。そのため、ワークに貼合された粘着テープから生じたガスの逃げ場がなく、ワークとステージの間にガス溜まりが生じた状態になる。ガス溜まりが生じたまま成膜を行うと、ワークにストレスがかかる。上述したように、ワークは薄化の傾向にあるため、ワークに割れが発生する可能性がある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とし、ワークとステージの間のガス溜まりの発生を防ぎ、良好な成膜を行うことができる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の成膜装置は、一面に粘着テープが貼られたワークの他面に対してプラズマを用いて成膜を行う成膜装置であって、前記ワークを加熱するステージと、前記ワークを、前記ステージから所定距離離間した予備加熱位置において、前記粘着テープが貼られた一面が前記ステージと向かい合うように保持する保持部と、を備える。

また、本発明の成膜方法は、一面に粘着テープが貼られたワークの他面に対してプラズマを用いて成膜を行う成膜方法であって、前記ワークを、当該ワークを加熱するステージから所定距離離間した予備加熱位置において、前記粘着テープが貼られた一面が前記ステージと向かい合うように保持する。

ワークを加熱するステージに対して、ワークを所定距離離間した予備加熱位置で保持することによって、粘着テープから気化したガスがワークとステージの間でガス溜まりとなることを防ぎ、良好な成膜を行うことができる。

半導体ウエーハの構成を模式的に示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す平面図である。 成膜室の構成を示す断面図である。 制御装置を示すブロック図である。 成膜室におけるウエーハの位置の移動を模式的に示す図であり、（ａ）は受取位置、（ｂ）は予備加熱位置、（ｃ）は成膜位置にウエーハが移動した状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 成膜室内部の圧力の推移を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の制御装置４を示すブロック図である。 成膜室の一部を示し、（ａ）は光電センサにより状態変化が検出されない場合を示す図であり、（ｂ）は光電センサによる状態変化が検出される場合を示す図である。 本発明のその他の実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す平面図である。

［第１の実施形態］
［構成］
本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
以下の実施形態では、成膜対象のワークとして、図１に示すように半導体ウエーハ（以下、単に「ウエーハ」という）Ｗを使用する例を説明する。ウエーハＷは、成膜工程の前に、表面に回路が形成され、裏面が研削される。近年では、高集積化に伴う薄化傾向により、ウエーハＷは厚さ数十μｍレベルまで研削される。成膜工程では、研削された裏面に膜を形成する。研削工程の前に、回路が形成された表面には粘着テープＴが貼合される。ウエーハＷの表面に粘着テープＴを貼合するのは、表面に形成された回路を保護するためであり、また研削工程においてウエーハＷの割れを防ぐためでもある。粘着テープＴは、例えば、樹脂フィルム上に粘着剤層が形成された構成とすることができる。研削工程後に、粘着テープＴをウエーハＷから剥離しても良いが、本実施形態では、剥離せずにそのまま成膜装置１００に搬入する場合を説明する。

実施形態では、成膜装置１００として、図２に示すマルチチャンバタイプの成膜装置１００を例に挙げて説明する。マルチチャンバタイプの成膜装置１００は、六角柱状の真空搬送室１０を中心とし、真空搬送室１０の各側面に沿って、複数のチャンバ２が配置された構成となっている。複数のチャンバ２の少なくとも一つは、ウエーハＷに対して成膜を行う成膜室である。成膜室の数はウエーハＷに形成する膜の数に応じて決定されるものであり、特定の数に限定されない。また、冷却室、加熱室、エッチング室等、成膜以外の処理を行う室を備えても良い。実施形態では、一例としてチャンバ２が５つの成膜室２０ａ〜２０ｅと１つのロードロック室３０である場合を説明する。

なお、真空搬送室１０の形状も六角柱状に限られず、必要とされる成膜室の数に応じた多角形状としても良く、あるいは円筒状としても良い。成膜装置１００は、また、各室における処理の制御を行う制御装置４を有する。

ロードロック室３０は、ウエーハＷを成膜装置１００の外部から搬入し、また成膜処理を終了したウエーハＷを外部に搬出するための室である。ロードロック室３０は、一方の側面が真空ゲート弁２１を介して真空搬送室１０に連結されている。真空ゲート弁２１の開閉により、真空搬送室１０に対して連通及び遮断を切り換えることができる。ロードロック室３０の他方の側面には、大気ゲート弁３２が取り付けられている。大気ゲート弁３２の開閉により、成膜装置１００の外部との連通及び遮断を切り換えることができる。ロードロック室３０の内部には、搬入されたウエーハＷを保持する不図示の保持部が設けられている。また、ロードロック室３０には不図示の排気装置及び圧力計が設けられており、所望の圧力に減圧可能である。

真空搬送室１０は、ロードロック室３０に搬入されたウエーハＷを各成膜室２０ａ〜２０ｅに搬入及び搬出するための室である。真空搬送室１０の中心には、ウエーハＷを搬送するためにロボット１１が設置されている。ロボット１１は複数のアーム部材を回動可能に継いだアーム１２を有し、アーム１２が接続されたベース部分１３は旋回及び昇降動作が可能となっている。このアーム１２をロードロック室３０及び各成膜室２０ａ〜２０ｅの内部に伸ばして、各室からウエーハＷを取り出して真空搬送室１０の内部に搬入し、さらに他の室に搬入する。

複数の成膜室２０ａ〜２０ｅはそれぞれ、真空ゲート弁２１を介して真空搬送室１０に連結している。搬入及び搬出の際には、各成膜室２０ａ〜２０ｅに繋がる真空ゲート弁２１を開放する。処理の際には真空ゲート弁２１を閉じて、各室の内部を密閉する。各成膜室２０ａ〜２０ｅにおいて、ウエーハＷに対して成膜を行う。各成膜室２０ａ〜２０ｅは、いずれも同様に構成しても良く、あるいは異なる構成としても良い。ここでは、成膜室２０ａの構造を、一例として図３に示す。

成膜室２０ａを構成するチャンバ２の底部付近に、ウエーハＷが載置されるステージ２２が設置されている。ステージ２２は円盤状であり、成膜室２０ａの底面から延びるシャフト２５に連結され支持されている。シャフト２５は、チャンバ２の底面に気密に貫通し、外部に連通している。

ステージ２２は、ヒーターテーブル２３と、その上面に取り付けられた静電チャック機構２４とから構成される。ヒーターテーブル２３の内部には不図示のヒーターが内蔵されており、所望の温度に加熱可能である。このヒーターテーブル２３により、ステージ２２はウエーハＷを加熱する加熱ステージとして作用する。ヒーターテーブル２３の内部には、また、冷却液が供給される冷却液流路を形成しても良い。冷却液流路は、シャフト２５の内部を通って、成膜室２０ａの外部に設けられた冷却液供給源に接続するようにしても良い。ヒーター及び冷却液流路を備えることによって、ウエーハＷの加熱及び冷却が可能となる。

静電チャック機構２４は、金属製のベース部材２４１とセラミック製の誘電体２４２から構成されている。誘電体２４２は例えば円盤状に形成される。ウエーハＷはこの誘電体２４２の上面に載置される。誘電体２４２の内部に不図示の電極が設けられており、電極に電圧を印加すると、誘電体２４２の上面とその上に載置されたウエーハＷとの間に静電気力が発生し、ウエーハＷは誘電体２４２の上面に吸着固定される。

ヒーターテーブル２３の内部のヒーター及び誘電体２４２の内部の電極に電力を供給するために、ケーブルがステージ２２のシャフト２５の内部を通されて、成膜室２０ａの外部に設けられた電力供給源（不図示）に接続されている。

チャンバ２の底部付近には、また、プッシャー機構２６が設置されている。プッシャー機構２６は、ロッド部２６１、テーブル部２６２及び押上げピン２６３から構成されている。

ロッド部２６１は、チャンバ２の底部を気密に貫通し、成膜室２０ａの外部で、シリンダ装置またはモーター等の不図示の駆動機構に連結される。その駆動機構の駆動により、ロッド部２６１は成膜室２０ａの内部で昇降する。

ロッド部２６１の上端にはテーブル部２６２が取り付けられている。テーブル部２６２は、例えば円盤状であり、ステージ２２の下方で、ステージ２２と略平行に配置されている。テーブル部２６２の中央には貫通孔が形成されている。その貫通孔を、ステージ２２のシャフト２５が挿通する。ロッド部２６１の昇降によってテーブル部２６２は、シャフト２５に対して相対的に上下動する。

テーブル部２６２の上面に、垂直に立設する複数本の押上げピン２６３が設けられている。ステージ２２には、成膜室２０ａの上下方向に貫通するガイド孔２３１が、押上げピン２６３の数だけ形成されている。各押上げピン２６３はこれらのガイド孔２３１を挿通する。テーブル部２６２の上下動に伴って各押上げピン２６３も上下動する。

これらの押上げピン２６３は、ウエーハＷの保持部として、ロボット１１によって真空搬送室１０から搬入されたウエーハＷを受け取って保持し、ステージ２２上面まで搬送する。そのため、押上げピン２６３は、少なくともロボット１１からウエーハＷを受け取る位置（以降、「受取位置」という）まで上昇するように設定されている。また、押上げピン２６３は、少なくともステージ２２の上面と同じ位置まで下降するように設定されている。ステージ２２の上面が、ウエーハＷに対して成膜を行う成膜位置である。なお、ウエーハＷは粘着テープＴが貼合された表面がステージ２２と向かい合い、押上げピン２６３の上端部に接触するように載置する。

本実施形態では、受取位置と成膜位置であるステージ２２の上面の間に、予備加熱位置が設けられている。ウエーハＷは、ステージ２２に載置されて成膜処理される際にも、ヒーターテーブル２３によって加熱されるが、本実施形態ではステージ２２へ載置する前に、ウエーハＷをステージ２２の上面から離した状態で加熱を行う。ステージ２２の上面から離した状態での加熱を、「予備加熱」という。押上げピン２６３は受取位置からステージ２２の上面まで下降する前に、予備加熱位置で所定時間停止する。押上げピン２６３が予備加熱位置で停止している間に、ステージ２２を構成するヒーターテーブル２３の熱でウエーハＷの予備加熱を行う。詳しくは後述するが、予備加熱は、ウエーハＷに貼合された粘着テープＴの揮発成分を気化させ、チャンバ２から排気させるために行う。そのため、押上げピン２６３が予備加熱位置で停止する所定時間、すなわち予備加熱時間は、揮発成分が気化してチャンバ２から排気されるのに十分な時間とすると良い。予備加熱時間は、例えば、揮発成分の気化に掛かる時間を予め算出したり、実験で求めたりして決定すると良いが、例えば２分間とすることができる。

ヒーターテーブル２３の予備加熱の温度は、揮発成分を気化させるために必要な温度で、かつ粘着テープＴが溶けない程度の温度を予め算出したり、実験で求めたりして決定すると良い。あるいは、成膜処理を行う際の加熱温度と同じでも良い。予備加熱温度は、例えば１００℃〜２００℃とすることができる。押上げピン２６３が予備加熱位置に停止したタイミングで予備加熱温度に達するように、ヒーターテーブル２３の加熱を開始するタイミングを決定することが望ましい。ヒーターテーブル２３の性能にも依るが、例えば、ウエーハＷを成膜室２０ａに搬入する前に、予めステージ２２を加熱しておいても良い。

予備加熱位置は、ステージ２２の上面から所定距離上方に離間した位置である。所定距離は、ウエーハＷが反ってもステージ２２の上面には接触せず、かつステージ２２の熱がウエーハＷに十分に伝わる距離とすると良い。所定距離は、ウエーハＷの厚みやヒーターテーブル２３の性能によって適宜決定することができるが、例えば、ステージ２２の上面から上方に、２ｍｍ以上５ｍｍ未満離間した距離とすると良く、より好ましくは３ｍｍ離間した距離とすると良い。２ｍｍ未満だと、ウエーハＷが反ってステージ２２の上面に接触する可能性が高い。５ｍｍ以上だと、ステージ２２の熱が十分に伝わらない可能性がある。

チャンバ２の上部には、スパッタ源２７が配置されている。スパッタ源２７は、ウエーハＷに堆積されて膜となる成膜材料の供給源である。スパッタ源２７は、ターゲット２７１、バッキングプレート２７２及び導電部材２７３から構成されている。

ターゲット２７１は、例えばチャンバ２の上面に取り付けられ、その表面がチャンバ２の底部付近に設置されたステージ２２に対向するように配置されている。ターゲット２７１は成膜材料からなり、周知のあらゆる成膜材料を適用可能であるが、例えばチタン、シリコン等を使用することができる。ターゲット２７１の形状は、例えば、円柱形状である。但し、長円柱形状、角柱形状等、他の形状であってもよい。

バッキングプレート２７２は、ターゲット２７１のステージ２２側とは反対側の面を保持する部材である。導電部材２７３は、チャンバ２の外部からバッキングプレート２７２を介してターゲット２７１に電力を印加する部材である。なお、スパッタ源２７には、必要に応じてマグネット、冷却機構などが設けられている。

電源部２８は、ターゲット２７１に電力を印加する構成部である。つまり、電源部２８は、ターゲット２７１に電力を印加することにより、ターゲット２７１の周囲に導入されたスパッタガスをプラズマ化させ、成膜材料をウエーハＷに堆積させる。本実施形態における電源部２８は、例えば、高電圧を印加するＤＣ電源である。なお、高周波スパッタを行う装置の場合には、ＲＦ電源とすることもできる。

成膜室２０ａを構成するチャンバ２には、不図示の排気装置と圧力計７０が設けられている。成膜室２０ａは、排気装置によって常に排気され、所定の減圧状態になるように管理されている。そのため、予備加熱により気化した揮発成分は、排気装置によって、チャンバ２の内部の空気と共に成膜室２０ａの外部に排気される。

また、チャンバ２にはガス導入部２９が設けられている。このガス導入部２９から、成膜室２０ａの内部にスパッタガスを導入することができる。スパッタガスは、例えば、アルゴン等の不活性ガスを用いることができる。スパッタガスをチャンバ２の内部に導入して、電源部２８からターゲット２７１に直流電圧を印加する。直流電圧の印加によってスパッタガスがプラズマ化し、イオンが発生する。発生したイオンがターゲット２７１に衝突すると、ターゲット２７１の材料粒子が飛び出す。飛び出した粒子がステージ２２に載置されたウエーハＷに堆積することで、ウエーハＷ上に薄膜が形成される。

制御装置４は、上述した真空搬送室１０、ロードロック室３０及び成膜室２０ａ〜２０ｅの各部を制御する装置である。この制御装置４は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって構成できる。制御装置４には、各部の制御内容がプログラムされており、ＰＬＣやＣＰＵなどの処理装置により実行される。このため、多種多様な成膜仕様に対応可能である。

このような制御装置４の構成を、仮想的な機能ブロック図である図４を参照して説明する。すなわち、制御装置４は、機構制御部４１、記憶部４２、計時部４３、設定部４４、入出力制御部４５を有する。

機構制御部４１は、各室の機構を制御する処理部である。制御としては、例えば、大気ゲート弁３２及び真空ゲート弁２１の開閉制御、真空搬送室１０のロボット１１の動作制御、成膜室２０ａへのスパッタガスの導入および排気に関する制御、電源部２８、ヒーターテーブル２３の内部のヒーター及び電極に対する電力供給の制御、プッシャー機構２６の制御等が挙げられる。特に、予備加熱の際に制御される内容としては、複数の押上げピン２６３の停止位置、停止時間、ヒーターの加熱タイミング、加熱温度及び加熱時間などが挙げられる。

記憶部４２は、本実施形態の制御に必要な情報を記憶する構成部である。特に予備加熱の制御に関して、予備加熱位置の位置情報、予備加熱位置における停止時間、予備加熱におけるヒーターの加熱温度等を記憶する。機構制御部４１は、記憶部４２に記憶されたデータを参照して、各種制御を決定し、各部に対しての制御信号を生成する。設定部４４は、外部から入力された情報を、記憶部４２に設定する処理部である。

計時部４３は、時間をカウントするタイマーである。機構制御部４１は、記憶部４２に記憶された予備加熱位置における停止時間と、計時部４３でカウントされる時間を参照して、予備加熱を行う時間を制御する。

入出力制御部４５は、制御対象となる各部との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースである。

さらに、制御装置４には、入力装置４６、出力装置４７が接続されている。入力装置４６は、オペレータが、制御装置４を介して成膜装置１００を操作するためのスイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力手段である。上述した予備加熱位置の位置情報、停止時間、及びヒーターの加熱温度等のデータは、入力装置４６から所望の値を入力することができる。

出力装置４７は、装置の状態を確認するための情報を、オペレータが視認可能な状態とするディスプレイ、ランプ、メータ等の出力手段である。

［動作］
次に、本実施形態に係る成膜装置１００の動作及び成膜方法について説明する。ロードロック室３０の大気ゲート弁３２を開けて、成膜装置１００の外部からウエーハＷをロードロック室３０に搬入する。搬入は、例えば不図示の搬送手段等により行うと良い。このとき、ロードロック室３０は大気圧下であり、真空搬送室１０側の真空ゲート弁２１は閉じられている。ウエーハＷを搬入した不図示の搬送手段がロードロック室３０から退避すると、大気ゲート弁３２を閉める。続いて、ロードロック室３０を排気して所定の圧力まで減圧する。減圧が完了すると、ロードロック室３０の真空ゲート弁２１を開け、真空搬送室１０と連通させる。なお、真空搬送室１０は、予め減圧されている。

真空搬送室１０のロボット１１のアーム１２をロードロック室３０に進入させる。ロボット１１のアーム１２によってウエーハＷを保持して、真空搬送室１０へ搬入する。搬入を完了すると、ロードロック室３０と真空搬送室１０を繋ぐ真空ゲート弁２１を閉じる。

次に、ロードロック室３０に隣接する成膜室２０ａの真空ゲート弁２１を開けて、ウエーハＷを保持したロボット１１のアーム１２を成膜室２０ａに進入させる。図５（ａ）に示すように、成膜室２０ａのプッシャー機構２６は、アーム１２の進入のタイミングに合わせて、複数の押上げピン２６３を受取位置まで上昇させる。アーム１２は保持しているウエーハＷを、押上げピン２６３の上端部に載置する。このとき、ウエーハＷの粘着テープＴが貼り付けられた面を下側にして、押上げピン２６３の上端部に接触するように載置する。載置後、アーム１２を成膜室２０ａから退避させ、真空搬送室１０と成膜室２０ａを繋ぐ真空ゲート弁２１を閉じる。

真空ゲート弁２１を閉じると、プッシャー機構２６を動作させて押上げピン２６３を降下させる。図５（ｂ）に示すように、押上げピン２６３を予備加熱位置で停止させる。押上げピン２６３が予備加熱位置に停止したときにヒーターテーブル２３が予備加熱温度に達するように、成膜室２０ａのヒーターテーブル２３は予め加熱しておく。予備加熱位置において押上げピン２６３に保持されたウエーハＷは、ヒーターテーブル２３によって加熱される。

制御装置４は、計時部４３を参照して、押上げピン２６３が予備加熱位置で停止してから、所定の予備加熱時間、例えば２分間をカウントする。その間に、ウエーハＷに貼合された粘着テープＴの揮発成分が熱によって気化する。図５（ｂ）に示すように、気化して膨張したガスがウエーハＷと粘着テープＴとの間で一時的にガス溜まりとなる。しかしチャンバ２は排気されているため、気化ガスもチャンバ２の内部の空気とともに成膜装置１００の外部へ排気され、ガス溜まりは消滅する。このとき、ウエーハＷがステージ２２に載置されて密着していると、チャンバ２が排気されていても気化ガスが閉じ込められてガス溜まりが消滅しないおそれがある。しかし、本実施形態では、ウエーハＷはステージ２２に密着せず、所定距離離間している。そのため、気化ガスはウエーハＷとステージ２２の間の隙間からすみやかに排気され、ガス溜まりが残ることが防止される。

所定の予備加熱時間が経過すると、プッシャー機構２６を動作させて、図５（ｃ）に示すように、押上げピン２６３をステージ２２の上面まで下降させる。ウエーハＷはステージ２２の上面、すなわち誘電体２４２の表面に載置される。誘電体２４２の内部の電極に電圧を印加すると、誘電体２４２の上面とその上に載置されたウエーハＷとの間に静電気力が発生し、ウエーハＷは誘電体２４２の上面に吸着固定される。

ステージ２２に載置されたウエーハＷは、ヒーターテーブル２３の熱によりさらに加熱される。この加熱処理により、ウエーハＷにおける被成膜面の水分、汚染物等の有機物、異物等が除去される。これによって、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。

成膜室２０ａを所定の圧力まで減圧させると、不図示のガス導入部からスパッタガスを成膜室２０ａに導入する。電源部２８からターゲット２７１に直流電圧を印加して、スパッタガスをプラズマ化させる。プラズマから発生したイオンがターゲット２７１に衝突し、衝突されたターゲット２７１の成膜材料の粒子が飛び出して、ステージ２２に載置されたウエーハＷに堆積する。これによって、ウエーハＷの上に薄膜が形成される。

成膜が完了すると、誘電体２４２の内部の電極への電圧印加を停止し、ウエーハＷの誘電体２４２への吸着固定を解除する。プッシャー機構２６を動作させ、押上げピン２６３を上昇させ、ウエーハＷをステージ２２の上面から持ち上げる。押上げピン２６３は受取位置まで上昇させる。成膜室２０ａの真空ゲート弁２１ａを開き、真空搬送室１０のロボット１１を成膜室２０ａに進入させる。ロボット１１のアーム１２でウエーハＷを保持し、成膜室２０ａから搬出する。ウエーハＷが搬出されると、成膜室２０ａの真空ゲート弁２１ａは閉じられる。続いて、成膜室２０ａに隣接する成膜室２０ｂの真空ゲート弁２１ｂを開放し、成膜室２０ｂにウエーハＷを搬入する。このように、複数の成膜室２０ａ〜２０ｅに順次ウエーハＷを搬入して、必要な成膜処理を行う。

［効果］
（１）上述したように、本実施形態の成膜装置１００は、一面に粘着テープＴが貼られたワークである半導体ウエーハＷに対してプラズマを用いて成膜を行う成膜装置１００である。成膜装置１００は、ウエーハＷを加熱するステージ２２と、ウエーハＷの保持部である押上げピン２６３とを備える。押上げピン２６３は、ウエーハＷを、ステージ２２から所定距離離間した予備加熱位置において、粘着テープＴが貼られた一面がステージ２２と向かい合うように保持する。

成膜の際に粘着テープＴの揮発成分が気化してプロセス雰囲気に取り込まれると、揮発成分がウエーハＷに酸化膜として成膜されることがある。これによって膜の抵抗値が上昇し、ウエーハＷの半導体装置としての性能に影響を与える可能性がある。成膜前にウエーハＷの粘着テープＴが貼られた面を予備加熱して揮発成分を気化させておくことで、揮発成分の気化ガスがプロセス雰囲気に取り込まれないようにすることができる。さらに、ウエーハＷの粘着テープＴが貼られた面をステージ２２に密着させず、所定距離離間させることで、気化ガスがウエーハＷとステージ２２の間でガス溜まりになって残留することが防止され、ウエーハＷにストレスがかかって割れが発生することを防ぐことができる。これによって品質の良好なウエーハＷを製造することができる。

（２）押上げピン２６３は、予備加熱位置においてウエーハＷを所定の予備加熱時間保持した後に、ウエーハＷをステージ２２上に載置すると良い。所定の予備加熱時間は、予め算出した粘着テープＴに含まれる揮発成分の気化に要する時間とすると良い。これによって、成膜処理の前に揮発成分を十分に気化させることができ、ガス溜まりの残留を防ぐことができる。

（３）ステージ２２には、ステージ２２を貫通するガイド孔２３１が設けられている。保持部である押上げピン２６３は、ガイド孔２３１を挿通して上下動し、上端部にウエーハＷが載置される。押上げピン２６３をウエーハＷの保持部とすることで、押上げピン２６３の上下動でウエーハＷを予備加熱位置と成膜位置に容易に移動することができる。

（４）成膜装置１００は、複数のチャンバ２を更に備えたものとし、複数のチャンバ２の少なくとも一つを成膜室としても良い。成膜室は、成膜材料を含むターゲット２７１と前記ターゲット２７１に電力を印加する電源部２８とを備えると良い。予備加熱を行うステージ２２と、予備加熱位置でウエーハＷを保持する押上げピン２６３は、成膜室２０ａを構成するチャンバ２に設け、ステージ２２はターゲット２７１に対向するように配置すると良い。成膜室において予備加熱を行うことで、予備加熱位置で予備加熱を行って揮発成分を放出したウエーハＷを、そのままステージ２２上面に載置して成膜処理を行うことができ、効率的な成膜処理が可能となる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。なお、以降の実施形態では、第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し詳細な説明を省略する。

第２の実施形態の成膜装置１００の全体的な構成は、第１の実施形態と同一である。第１の実施形態では、ウエーハＷの表面に貼られた粘着テープＴの揮発成分が気化するのに必要な時間を予め算出し、その時間を予備加熱時間としていた。第２の実施形態では、成膜室であるチャンバ２の内部の圧力に基づいて、予備加熱を終了するタイミング、すなわち、押上げピン２６３を予備加熱位置から成膜位置まで下降させるタイミングを決定する。そのため、図６に示すように、制御装置４は第１の実施形態の計時部４３に代わり、圧力判定部４８を備えている。

第１の実施形態でも説明したが、成膜室２０ａを構成するチャンバ２は、排気装置によって常に排気され、所定の減圧状態になるように管理されている。ただし、ウエーハＷをチャンバ２に搬入する際には真空ゲート弁２１が開かれるため、チャンバ２の圧力が上昇する。搬入後に真空ゲート弁２１を閉じると、制御装置４の機構制御部４１は、チャンバ２に設けられた圧力計７０で測定される圧力に基づいて、チャンバ２を所定の圧力まで減圧する。チャンバ２の内部が減圧される際に、ウエーハＷに貼合された粘着テープＴの揮発成分は予備加熱によって気化し、気化ガスがチャンバ２から排気される。ここで、排気速度、予備加熱温度、粘着テープＴの材質等の条件が同じであれば、チャンバ２の排気を開始した後、チャンバ２の内部の圧力は、ほぼ同じ傾向で推移していくと考えられる。そして、チャンバ２の圧力の推移から、気化ガスがチャンバ２から排気されたタイミングを判断することができる。

図７に、チャンバ２の内部の圧力の推移を模式的に示している。時間０が、ウェーハＷをチャンバ２に搬入して真空ゲート弁２１が閉じられた時点である。チャンバ２が密閉されるとチャンバ２の圧力は下がり始めるが、序盤で圧力は細かな上下動を繰り返し、下がり方が安定しない。しかし、ある圧力まで下がったところで上下動が収まり、その後は安定して下がっていく。最終的にはチャンバ２の内部は、ほぼ一定の圧力となる。序盤に圧力が細かく上下動するのは、予備加熱によって気化して膨張した粘着テープＴの気化ガスがチャンバ２の圧力に影響を与えるためと考えられる。そしてある圧力まで下がったところで上下動が収まるのは、粘着テープＴの揮発成分が充分に気化され、気化ガスがチャンバ２の内部から排気されたためと考えられる。

したがって、序盤の細かい上下動が一定範囲に収まる所定圧力Ｐ１において、予備加熱を終了すると良い。所定圧力Ｐ１は、予め試験を行ってチャンバ２の圧力の推移を観察したり、圧力推移のシミュレーションを行うことによって、適宜決定することができる。上下動が収まる一定範囲とは、気化した揮発成分が圧力に影響を与えていないと判断できる範囲であれば良く、上下動が完全に収まっている必要はない。もちろん、一定範囲には、上下動が完全に収まった場合も含んで良い。この所定圧力Ｐ１を閾値として、記憶部４２に記憶させる。圧力判定部４８は、例えば所定の間隔で圧力計７０で計測されたチャンバ２の圧力を取得し、チャンバ２の圧力と所定圧力Ｐ１と比較する。圧力判定部４８が、チャンバ２の圧力が所定圧力Ｐ１以下であると判定した場合は、制御装置４の機構制御部４１は押上げピン２６３を予備加熱位置からステージ２２上面の成膜位置まで下降させて、予備加熱を終了させる。その後、成膜処理を開始する。

以上詳述したように、第２の実施形態において、押上げピン２６３はチャンバ２の内部が所定圧力Ｐ１以下に減圧されるまで、前記予備加熱位置においてウエーハＷを保持した後、ウエーハＷをステージ２２上に載置する。所定圧力Ｐ１は、前記チャンバ２内部の圧力の上下動が一定範囲に収まったと判断される圧力とすると良い。揮発成分の気化ガスの影響を受けるチャンバ２の圧力を基準として予備加熱終了のタイミングを判断することで、気化ガスがチャンバ２から排気されるまで確実に予備加熱を行うことができる。これによってガス溜まりが粘着テープＴとウエーハＷの間に残留することを防ぎ、品質の良好なウエーハＷを製造することができる。

［第２の実施形態の変形例］
上述した第２の実施形態では、チャンバ２内部の圧力の上下動が一定範囲に収まったと判断される所定圧力Ｐ１を予め閾値に記憶していたが、気化した揮発成分が圧力に影響を与えていないと判断できる圧力の上下動の一定範囲を、変動率として表して、この変動率を閾値として記憶部４２に記憶しても良い。圧力判定部４８は、圧力計７０で計測されたチャンバ２の圧力を所定の間隔で取得し、あるタイミングＴａで取得した圧力について、その前のタイミングＴａ_−１で取得した圧力との変動率を算出する。

圧力判定部４８は、算出した変動率と閾値の変動率を比較する。算出した変動率が閾値の変動率を下回った場合は、制御装置４の機構制御部４１は押上げピン２６３を予備加熱位置からステージ２２上面の成膜位置まで下降させて、予備加熱を終了させる。所定圧力Ｐ１を閾値とした場合と同様に、圧力の変動率を基準として予備加熱終了のタイミングを判断することで、気化した揮発成分がチャンバ２から排気されるまで確実に予備加熱を行うことができる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。第３の実施形態では、制御装置４は、図８に示すように、粘着テープＴとウエーハＷの間に生じるガス溜まりの状態を判定するガス溜まり判定部４９を備えている。さらに、図９（ａ）に示すように、成膜室２０ａのステージ２２の上方に光電センサ５０が設置されている。光電センサ５０は、光を出す投光器５１と光を受ける受光器５２とから構成されている。投光器５１と受光器５２は、予備加熱位置で停止するウエーハＷを外側から挟み込むように配置され、投光器５１から発される光の光軸が、成膜位置のステージ２２と予備加熱位置にあるウエーハＷの間を通るように配置されている。なお、図９では光軸が押上げピン２６３に重なって図示されているが、実際には押上げピン２６３の位置を避けて光軸を通すと良い。光電センサ５０の光軸がステージ２２とウエーハＷの間に通ることによって、ウエーハＷの粘着テープＴが貼合された裏面の状態変化を検出できるようになっている。ウエーハＷの裏面の状態を万遍なく検出できるように、光電センサ５０は、複数設けると良い。複数設ける場合は、例えば、ウエーハＷの円周方向に間隔を空けて配置すると良い。

第１の実施形態において図５（ｂ）を用いて説明したが、予備加熱でウエーハＷが加熱されると、粘着テープＴの揮発成分が気化して膨張し、ウエーハＷと粘着テープＴとの間で一時的にガス溜まりが発生する。ガス溜まりによって粘着テープＴが不均一に膨らむため、ウエーハＷが押上げピン２６３の上で動くことがある。この場合、ウエーハＷの動きは、チャンバ２の排気によってガス溜まりが消失するまで継続する。ここで、上述したように、光電センサ５０の投光器５１から発せられ、ウエーハＷとステージ２２の間を通る光は、障害物が無ければ図９（ａ）に示すように、そのまま受光器５２に受光される。しかしながら、図９（ｂ）に示すように、投光器５１の光が粘着テープＴの膨らみや動いているウエーハＷに接触すると、受光器５２に届かなくなり、光電センサ５０に状態変化として検出される。

ガス溜まり判定部４９は、光電センサ５０の検出結果に基づいて、ガス溜まりの状態を判定する。具体的には、光電センサ５０から状態変化が検出されるか否を判定する。状態変化が検出される間は、ガス溜まりが残っている可能性があるため予備加熱は継続される。ガス溜まり判定部４９が光電センサ５０からの状態変化が検出されないと判定した場合、すなわちガス溜まりが消失したと判定した場合は、予備加熱を終了する。具体的には、制御装置４の機構制御部４１は押上げピン２６３を予備加熱位置から成膜位置まで下降させてウエーハＷをステージ２２上面に載置し、成膜処理を開始する。

以上詳述したように、第３の実施形態において、成膜装置１００は、粘着テープＴとウエーハＷの間に生じるガス溜まりの状態を判定するガス溜まり判定部４９を更に備えている。押上げピン２６３は、ガス溜まり判定部４９によってガス溜まりが消失したと判定された後、ウエーハＷを前記ステージ２２上に載置する。ウエーハＷに実際に生じているガス溜まりの状態を基準として、予備加熱終了のタイミングを判断するため、気化ガスがチャンバ２から排気されるまで確実に予備加熱を行うことができる。

ガス溜まりの状態を判定するために、成膜装置１００は、ステージ２２と予備加熱位置において保持されているウエーハＷとの間を通る光軸を有する光電センサ５０を更に備え、ガス溜まり判定部４９は、光電センサ５０の検出結果に基づいてガス溜まりの消失を判定すると良い。ガス溜まりに起因する状態変化を検出できる光電センサ５０を用いることによって、確実にガス溜まりの消失を判定することができる。

［その他の実施形態］
（１）本発明は、上述の実施形態そのまま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構成要素を適宜変形することができる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。例えば、上述の実施形態に示される構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよく、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

（２）成膜対象のワークは、半導体ウエーハＷに限定されず、例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）及びハードディスク等の光ディスク、ミラー、表示パネル並びに太陽電池パネル等にも適用可能である。

（３）上述の実施形態では、ウエーハＷの保持部として押上げピン２６３を説明したが、これに限られず、例えばウエーハＷを挟んで保持するメカチャック機構としても良い。

（４）上述の実施形態では、ウエーハＷをそのまま成膜装置１００に搬入して各処理を行う例を説明したが、ホルダ等の冶具に載置して搬入しても良い。その場合、ホルダ等の冶具は、ウエーハＷの外周を保持して、粘着テープＴが貼合されたウエーハＷの表面を露出させるものとすると良い。

（５）上述の実施形態では、成膜処理を行うチャンバ２である成膜室２０ａにおいて予備加熱を行ったが、例えば、予備加熱を行う専用のチャンバ２を設けても良い。例えば、図１０に示すように、ロードロック室３０と成膜室２０ａの間に前処理室６０を設け、前処理室で予備加熱を行っても良い。その場合、前処理室に、ウエーハＷを加熱するステージ２２と、ウエーハＷを予備加熱位置において保持する押上げピン２６３等の保持部を設けると良い。

また、前処理室６０をロードロック室３０で兼用するようにしても良い。この場合、ロードロック室３０内にウエーハＷを加熱するステージ２２と、ウエーハＷを予備加熱位置において保持する保持部を設ける。そして、ロードロック室３０内の減圧が開始される前、または、減圧が開始された後、或いは、所定の圧力まで減圧された後に、ウエーハＷの予備加熱を開始するようにすると良い。

（６）上述の実施形態では、成膜室２０ａのチャンバ２の上部に１つのスパッタ源２７を設置する場合を説明したが、スパッタ源の数は１つに限られない。例えば、チャンバ２の上部を２つの傾斜部から構成される切妻屋根型にして、２つの傾斜部のそれぞれスパッタ源を取り付けても良い。スパッタ源のターゲット２７１は、それぞれ同じ成膜材料としても良いが、異なる成膜材料で構成して、２種類の成膜を行えるようにしても良い。異なる成膜材料で構成した場合には、各スパッタ源を切り換え可能に遮蔽するシャッターを設置しても良い。これによって、一方のスパッタ源で成膜を行う時に、他方のスパッタ源のターゲット２７１の成膜材料がウエーハＷに付着するのを防ぐことができる。また、ステージ２２のシャフト２５を回転軸にして成膜処理の際にウエーハＷを回転させ、傾斜したターゲット２７１でも万遍なく成膜が行われるようにしても良い。

（７）第３の実施形態では、ガス溜まりの状態を判定するために光電センサ５０を備えたが、これに限られない。例えば、光電センサ５０に代えてＣＣＤカメラ等の撮像装置を設置しても良い。撮像装置で粘着テープＴが貼合されたウエーハＷの裏面を撮像し、ガス溜まり判定部４９において撮像した画像から、ガス溜まりの状態を判定するようにしても良い。

１００ 成膜装置
１０ 真空搬送室
１１ ロボット
１２ アーム
１３ ベース部分
２ チャンバ
２０ａ〜２０ｅ 成膜室
２１ 真空ゲート弁
２２ ステージ
２３ ヒーターテーブル
２３１ ガイド孔
２４ 静電チャック機構
２４１ ベース部材
２４２ 誘電体
２５ シャフト
２６ プッシャー機構
２６１ ロッド部
２６２ テーブル部
２６３ 押上げピン
２７ スパッタ源
２７１ ターゲット
２７２ バッキングプレート
２７３ 導電部材
２８ 電源部
２９ ガス導入部
３０ ロードロック室
３２ 大気ゲート弁
４ 制御装置
４１ 機構制御部
４２ 記憶部
４３ 計時部
４４ 設定部
４５ 入出力制御部
４６ 入力装置
４７ 出力装置
４８ 圧力判定部
４９ ガス溜まり判定部
５０ 光電センサ
５１ 投光器
５２ 受光器
６０ 前処理室
７０ 圧力計
Ｗ ウエーハ
Ｔ 粘着テープ

Claims (9)

1. 一面に粘着テープが貼られたワークの他面に対してプラズマを用いて成膜を行う成膜装置であって、
   前記ワークを加熱するステージと、
   前記ワークを、前記ステージから所定距離離間した予備加熱位置において、前記粘着テープが貼られた一面が前記ステージと向かい合うように保持する保持部と、を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 前記保持部は、前記予備加熱位置において前記ワークを、所定の予備加熱時間保持した後、前記ワークを前記ステージ上に載置し、
   前記所定の予備加熱時間は、予め求められた前記粘着テープに含まれる成分の気化に要する時間であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記ステージ及び前記保持部を収容する、減圧可能なチャンバを更に備え、
   前記保持部は、前記チャンバ内部が所定圧力以下に減圧されるまで前記予備加熱位置において前記ワークを保持した後、前記ワークを前記ステージ上に載置し、
   前記所定圧力は、前記チャンバ内部の圧力の上下動が一定範囲に収まったと判断される圧力であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
4. 前記粘着テープと前記ワークの間に生じるガス溜まりの状態を判定するガス溜まり判定部を更に備え、
   前記保持部は、前記ガス溜まり判定部によって前記ガス溜まりが消失したと判定された後、前記ワークを前記ステージ上に載置することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
5. 前記ステージと前記予備加熱位置において保持されている前記ワークとの間を通る光軸を有する光電センサを更に備え、
   前記ガス溜まり判定部は、前記光電センサの検出結果に基づいて前記ガス溜まりの状態を判定することを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
6. 前記ステージには当該ステージを貫通するガイド孔が設けられ、
   前記保持部は、前記ガイド孔を挿通して上下動し、上端部に前記ワークが載置される押上げピンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. 前記成膜装置は、複数のチャンバを更に備え、
   当該複数のチャンバの少なくとも一つは、成膜材料を含むターゲットと前記ターゲットに電力を印加する電源部とを備えた成膜室であり、
   前記ステージ及び前記保持部は、前記成膜室のチャンバ内に設けられ、前記ステージは前記ターゲットに対向するように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の成膜装置。
8. 前記成膜装置は、複数のチャンバを更に備え、
   当該複数のチャンバの少なくとも一つは、成膜材料を含むターゲットと前記ターゲットに電力を印加する電源部とを備えた成膜室であり、
   前記ステージ及び前記保持部は、前記成膜室に隣接するチャンバ内に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の成膜装置。
9. 一面に粘着テープが貼られたワークの他面に対してプラズマを用いて成膜を行う成膜方法であって、
   前記ワークを、当該ワークを加熱するステージから所定距離離間した予備加熱位置において、前記粘着テープが貼られた一面が前記ステージと向かい合うように保持することを特徴とする成膜方法。
   
   

Images