JP2596367B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング装置に
関し、特にコリメータを持つスパッタリング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、薄膜形成を行うために図５に
示されるようなスパッタリング装置が使用されてきた。
この図において、中空のスパッタチャンバ１内には、ウ
ェーハ３が載置されるホルダ９と、ホルダ９を加熱する
ヒータ４と、ホルダ９に対向するターゲット２と、ター
ゲット２に電圧を印加するＤＣ電源５と、多数のスリッ
トを有するコリメータ８とが配設されている。コリメー
タ８は、ホルダ９とターゲット２との中間の位置におい
てスパッタチャンバ１内壁に固着されている。また、コ
リメータ８は電気的に接地されている。

【０００３】このように構成されたスパッタリング装置
において、スパッタチャンバ１内を低圧のＡｒ雰囲気で
満たした後、ＤＣ電源５によってターゲット２に負電圧
を印加する。すると、ターゲット２から放出された電子
はターゲット２表面においてＡｒイオンを生成し、Ａｒ
イオンは陰極であるターゲット２に衝突してターゲット
２表面の原子を叩き出す。このターゲット原子は四方に
飛散するが、コリメータ８のスリットを通過できるター
ゲット原子はウェーハ３に対して垂直方向に移動するも
ののみである。したがって、垂直方向に移動するターゲ
ット原子のみがウェーハ３表面に到達する。このターゲ
ット原子は、ヒータ４によって加熱されたウェーハ３表
面に堆積し、スパッタ膜が形成される。なお、ウェーハ
３は図示されていないロボットアームにより搬送され
る。

【０００４】ところが、ターゲット２から叩き出された
スパッタ原子の一部はコリメータ８のスリットを通過せ
ずに、コリメータ８表面に付着してしまう。コリメータ
８に付着したスパッタ膜は、剥がれ落ちることにより塵
埃の原因となり得る。また、スリットがスパッタ膜によ
り塞がれることにより、スリットを通過するターゲット
原子の数が減少し、ウェーハ３に形成される薄膜が均一
でなくなるという問題が生じる。

【０００５】そこで、上記問題を解決すべく、従来より
種々のスパッタリング装置が案出されてきた。このスパ
ッタリング装置の一例として、特開昭６４−６５２５８
号公報に開示されたスパッタリング装置を図６に示す。
このスパッタリング装置は、コリメータ８に付着したス
パッタ膜を掻き取るための掻き取り部２３を備えてい
る。掻き取り部２３はコリメータ８下面に接しながら移
動することにより、コリメータ６表面に付着したスパッ
タ膜を掻き取るものである。掻き取られたスパッタ膜
は、回収皿２４上に落下し、回収皿２４とともに回収さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のスパッタリング装置（図６）にあっては、掻き
取り部は単にコリメータ表面をなぞるだけなので、スリ
ット内部に付着したスパッタ膜を除去することは不可能
である。すなわち、従来のスパッタリング装置は、コリ
メータのメンテナンスを十分に行うことができなかっ
た。また、スパッタ膜を掻き取る作業をスパッタチャン
バ内において行わなければならず、煩雑な労力を必要と
していた。すなわち、従来のスパッタリング装置にあっ
ては、コリメータの十分なメンテナンスが不十分かつ煩
雑であるという問題が生じていた。

【０００７】そこで、本発明は、スパッタリング装置に
おいて、コリメータをウェーハ保持用のホルダに一体化
させることにより、上記問題を解決することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ウェーハおよびスパッタターゲットを収容可能なスパッ
タチャンバを備え、スパッタターゲットからのターゲッ
ト原子をスリットが設けられたコリメータを介してウェ
ーハ表面に付着させるスパッタリング装置において、ウ
ェーハを保持するホルダおよび上記コリメータが一体に
構成されるとともに、上記スパッタチャンバから取り出
し可能なコリメータ一体型ホルダを有することを特徴と
するスパッタリング装置である。

【０００９】請求項２記載の発明は、上記コリメータ一
体型ホルダを複数備えたことを特徴とする請求項１記載
のスパッタリング装置である。

【００１０】請求項３記載の発明は、上記コリメータ一
体型ホルダを上記スパッタチャンバから取り出し、ま
た、上記コリメータ一体型ホルダを上記スパッタチャン
バ内に収容する搬送機構を備えたことを特徴とする請求
項１または請求項２記載のスパッタリング装置である。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項３記載の搬
送機構は、上記スパッタチャンバの外部においてウェー
ハを上記コリメータ一体型ホルダに載置することを特徴
とするスパッタリング装置である。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明に係るスパッタリング装置
において、ウェーハにスパッタ膜を形成する際には、ウ
ェーハとともにコリメータ一体型ホルダをスパッタチャ
ンバ内に収納する。スパッタターゲットからの叩き出さ
れたターゲット原子は、コリメータを介してウェーハ表
面に到達し、スパッタ膜を形成する。同時に、コリメー
タ表面にもスパッタ膜が付着する。ところが、このコリ
メータはウェーハを保持するホルダと一体になっている
ため、ウェーハを取り出すのと同時にコリメータをスパ
ッタチャンバから容易に取り出すことができる。したが
って、コリメータ一体型ホルダをスパッタチャンバから
取りだした状態においてコリメータに付着したスパッタ
膜の除去作業を容易に行うことができる。

【００１３】請求項２記載の発明にあっては、複数のコ
リメータ一体型ホルダを交互に使用することにより、そ
れぞれのコリメータ一体型ホルダに付着するスパッタ膜
の量を低減することができる。すなわち、一つのコリメ
ータを連続して使用する場合に比べて、ホルダと一体と
なったコリメータ一体型ホルダを適宜交換することによ
り、個々のコリメータに付着するスパッタ膜の量を低減
できる。したがって、コリメータのスリットがスパッタ
膜により閉塞され難くなり、スパッタレートの低下およ
び膜厚の再現性の悪化という問題を回避できる。

【００１４】請求項３記載の発明にあっては、搬送機構
は、自動的にコリメータ一体型ホルダをスパッタチャン
バに収納し、また、スパッタチャンバから取り出すこと
が可能である。これにより、上記コリメータ一体型ホル
ダを用いたスパッタリングを効率よく行うことができ
る。

【００１５】請求項４記載の発明にあっては、搬送機構
は、スパッタチャンバの外部においてコリメータ一体型
ホルダにウェーハを載置する。すなわち、ウェーハを交
換する毎に、コリメータ一体型ホルダはスパッタチャン
バから取り出される。したがって、ウェーハの交換作業
とともにコリメータ一体型ホルダの交換および清掃を行
うことができ、コリメータのスリットがスパッタ膜によ
り閉塞するのを防止できる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の一実施例に係るスパッタリ
ング装置を図面を参照しながら説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例に係るスパッタ
リング装置の主要部の断面図である。スパッタチャンバ
１は中空の箱体をなし、その側壁には開閉自在なゲート
バルブ７が配設されている。スパッタチャンバ１内部に
は、ＤＣ電源が接続されたターゲット２と、コリメータ
一体型ホルダ６が載置されたヒータ４とが配設されてい
る。コリメータ一体型ホルダ６はスパッタチャンバ１か
ら自由に取り出すことが可能である。

【００１８】図２は、コリメータ一体型ホルダ６の外観
図である。コリメータ一体型ホルダ６は略立方体をな
し、その材質としてステンレス合金、Ｔｉ等が使用され
ている。なお、スパッタする材料に応じて、コリメータ
一体型ホルダ６の材質を使い分けてもよい。矩形のホル
ダ９上にはウェーハ３の位置を定める複数の位置決めピ
ン１１が突出して設けられている。ウェーハ３はホルダ
９上に載置される際に、位置決めピン１１によってその
位置が固定される。ホルダ９の角部には４本の支柱１０
が立設している。支柱１０の長さは、ターゲット２から
ウェーハ３までの距離の約半分である。これらの支柱１
０には矩形をなすコリメータ８が固着されている。コリ
メータ８には格子状のスリットが多数設けられ、コリメ
ータ８の開口率が所望の値となるよう、各スリットの大
きさ等が決定されている。このようにして構成されたコ
リメータ一体型ホルダ６はウェーハ３とともに、上述し
たスパッタチャンバ１内に収納される。

【００１９】図３は、搬送機構を備えたスパッタリング
装置を表している。ウェーハ搬送機構は、スパッタチャ
ンバ１内のコリメータ一体型ホルダ６を自動的に交換す
る機能を備えたものである。このウェーハ搬送機構は概
略、ウェーハ３をコリメータ一体型ホルダ６内に供給す
るローダ部１５と、ウェーハ３が載置されたコリメータ
一体型ホルダ６をスパッタチャンバ１に搬送するコリメ
ータ一体型搬送用ロボット１９と、コリメータ一体型ホ
ルダ６のメンテナンスが行われるコリメータ一体型ホル
ダ交換室１４とを備えている。

【００２０】このように構成されたウェーハ搬送機構に
おいて、オペレータは、スパッタリングを行おうとする
ウェーハが収容されたカセットをカセットエレベータ部
１６に供給する。カセットエレベータ部１６において
は、カセット内に収容されたウェーハの枚数および位置
が確認される。すると、ウェーハ搬送用ロボット１８は
カセット内から１枚のウェーハを抜き取り、オリフラ
（オリエンテーションフラット）合わせ機構部１７に供
給する。オリフラ合わせ機構部１７は、ウェーハ３のオ
リエンテーションフラットの位置を合わせるものであ
る。次に、ローダ部１５側のゲートバルブ２２Ａが開か
れ、ウェーハ搬送用ロボット１８はオリフラ合わせ機構
部１７のウェーハ３をロードロックチャンバ１３内のコ
リメータ一体型ホルダ６内に載置する。この後、ゲート
バルブ２２Ａは閉じられ、ロードロックチャンバ１３内
は所定の真空度になるまで減圧される。

【００２１】続いて、ゲートバルブ２２Ｂおよびゲート
バルブ２０が開かれ、コリメータ一体型ホルダ搬送用ロ
ボット１９は、ロードロックチャンバ１３内のコリメー
タ一体型ホルダ６を把持し、これをスパッタチャンバ１
内に搬送する。この後、スパッタチャンバ１のゲートバ
ルブ２０は閉じられ、スパッタリングが行われる。ウェ
ーハ３にスパッタ膜が形成されると、このウェーハ３は
コリメータ一体型ホルダ６とともに回収される。この回
収処理は、上述した手順と逆の手順により行われる。以
後、他のウェーハ３についてこれらの手順が繰り返され
る。このとき、同一のコリメータ一体型ホルダ６が繰り
返し使用されるのではなく、複数のコリメータ一体型ホ
ルダ６が順番に使用される。したがって、ある特定のコ
リメータ一体型ホルダ６のコリメータ８のみに多量のス
パッタ膜が付着することはなく、複数のコリメータ一体
型ホルダ６のそれぞれに分散して微量のスパッタ膜が付
着するのみである。よって、コリメータ８がスパッタ膜
により閉塞するという事態を回避することができる。

【００２２】このようにして、コリメータ一体型ホルダ
６が繰り返し使用されると、コリメータ８のスリットに
スパッタ膜が付着する。そこで、コリメータ一体型ホル
ダ６が所定回数使用されると、このコリメータ一体型ホ
ルダ６はコリメータ一体型ホルダ交換室１５において新
たなコリメータ一体型ホルダ６と交換される。新たなコ
リメータ一体型ホルダ６はゲートバルブ２１を介して、
ロードロックチャンバ１３に搬送され、コリメータ一体
型ホルダ搬送用ロボット１９によってウェーハ３ととも
にスパッタチャンバ１内に収容される。なお、スパッタ
膜の付着したコリメータ一体型ホルダは、スパッタ膜を
除去した後に再度使用される。

【００２３】本実施例によれば、コリメータ８をウェー
ハ保持用のホルダ９に一体化させることにより、ウェー
ハの交換とともにコリメータ一体型ホルダ６をスパッタ
チャンバ１から取り出すことができる。したがって、ス
パッタチャンバ１の外部において、コリメータ８の清掃
を容易に行うことができる。また、複数のコリメータ一
体型ホルダ６を交互に使用することにより、個々のコリ
メータ一体型ホルダ６に付着するスパッタ膜の量を低減
することが可能となる。

【００２４】図４は、本実施例に係るスパッタリング装
置および従来のスパッタリング装置のそれぞれにおける
ゴミの発生量を比較するグラフである。このグラフにお
いて、横軸はスパッタ処理を行ったウェーハの枚数を表
し、縦軸はウェーハに付着するゴミの数を表している。
従来は、ウェーハに付着するゴミを一定量以下に抑える
ためには、スパッタチャンバの清掃およびコリメータの
交換を約２０００枚ごとに行わなければならない（実線
で表したグラフ）。一方、本実施例によれば、コリメー
タ一体型ホルダを随時交換することにより、スパッタチ
ャンバの清掃を約５０００枚ごとに行うのみで、ウェー
ハ上に付着するゴミ数を一定量以下に抑えることができ
る（破線で表したグラフ）。すなわち、本実施例によれ
ば従来のものに比べて、ウェーハに付着するゴミの数を
低減することができ、またスパッタチャンバの清掃の頻
度を約２／５に低減することが可能である。特に、堆積
しやすい高融点金属をスパッタターゲットして使用する
場合に、上記の効果は顕著に表れる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、コリメータをウェーハ保持用のホルダと一体に構成
したので、ウェーハを取り出すのと同時にコリメータを
スパッタチャンバから取り出すことができる。したがっ
て、特開昭６４−６５２５８号公報に開示されているス
パッタリング装置のようにスパッタ膜を掻き取るための
掻き取り部を設けなくとも、コリメーター体型ホルダを
スパッタチャンバから取り出した状態において必要に応
じコリメータの外表面だけでなくスリットの内面からも
コリメータに付着したスパッタ膜の除去作業を行うこと
ができ、コリメータの十分なメンテナンスを容易に行う
ことが可能となる。

【００２６】また、複数のコリメータ一体型ホルダを交
互に使用することにより、それぞれのコリメータ一体型
ホルダに付着するスパッタ膜の量を低減することができ
る。したがって、コリメータのスリットがスパッタ膜に
より閉塞され難くなり、スパッタレートの低下および膜
厚の再現性の悪化という問題を回避できる。個々のコリ
メータに付着するスパッタ膜の量を低減できるため、ス
パッタチャンバ内の汚染を防止することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスパッタリング装置の
主要部の断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係るコリメータ一体型ホル
ダの外観図である。

【図３】本発明の一実施例に係るスパッタリング装置の
全体図である。

【図４】本発明の一実施例に係るスパッタリング装置お
よび従来のスパッタリング装置のゴミの発生量を比較す
るグラフである。

【図５】従来のスパッタリング装置を表す図である。

【図６】従来のスパッタリング装置を表す図である。

【符号の説明】

１ スパッタチャンバ ２ ターゲット ３ ウェーハ ６ コリメータ一体型ホルダ ８ コリメータ １５ ローダ部（搬送機構） １９ コリメータ一体型ホルダ搬送用ロボット（搬送機
構）

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハおよびスパッタターゲットを収
   容可能なスパッタチャンバを備え、スパッタターゲット
   からのターゲット原子をスリットが設けられたコリメー
   タを介してウェーハ表面に付着させるスパッタリング装
   置において、 ウェーハを保持するホルダおよび上記コリメータが一体
   に構成されるとともに、上記スパッタチャンバから取り
   出し可能なコリメータ一体型ホルダを有することを特徴
   とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 上記コリメータ一体型ホルダを複数備え
   たことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装
   置。
3. 【請求項３】 上記コリメータ一体型ホルダを上記スパ
   ッタチャンバから取り出し、また、上記コリメータ一体
   型ホルダを上記スパッタチャンバ内に収容する搬送機構
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
   のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の搬送機構は、上記スパッ
   タチャンバの外部においてウェーハを上記コリメータ一
   体型ホルダに載置することを特徴とするスパッタリング
   装置。