JP2895505B2 - Sputtering equipment - Google Patents

Sputtering equipment

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JP2895505B2
JP2895505B2 JP10563989A JP10563989A JP2895505B2 JP 2895505 B2 JP2895505 B2 JP 2895505B2 JP 10563989 A JP10563989 A JP 10563989A JP 10563989 A JP10563989 A JP 10563989A JP 2895505 B2 JP2895505 B2 JP 2895505B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体集積回路の製造工程の一部に使用さ
れている薄膜形成装置のうち、真空排気された容器内
で、グロー放電によりプラズマを発生させ、このシース
電圧によって発生するスパッタリング現象を用いて薄膜
を形成するスパッタリング成膜装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a thin film forming apparatus used in a part of a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit. And a sputtering film forming apparatus for forming a thin film using a sputtering phenomenon generated by the sheath voltage.

[従来の技術] 従来スパッタリング成膜装置は、主に半導体集積回路
(以下IC)内の配線に使われるAl薄膜の成膜用に用いら
れている。
[Prior Art] Conventionally, a sputtering film forming apparatus is mainly used for forming an Al thin film used for wiring in a semiconductor integrated circuit (hereinafter, IC).

最近の技術進歩によるICの超微細化などにともない、
Al薄膜の成膜にもさまざまな要求が出力されている。ま
た、SiO2などAl以外の物質の成膜にも利用されだしてい
る。
With the recent advances in technology and the ultra-miniaturization of ICs,
Various requirements have been output for the formation of Al thin films. In addition, the out is also used in the formation of substances other than such as SiO 2 Al.

初期のスパッタリング成膜装置は、真空チャンバー内
に、被薄膜形成物であるウエハとターゲットを対向して
配置し、この間にDCかRF電力を印加するだけの簡単なも
のであった。その後、ウエハの大量処理に対応するた
め、複数のウエハをまとめて処理するバッジ式装置が開
発された。そして現在では、薄膜物質の高品質化への要
求と、マグネトロン放電スパッタによる高速成膜の提案
により、枚葉式プレーナマグネトロンスパッタリング装
置が生産装置の主流になっている(「薄膜作成の基礎」
麻藤立男著日刊工業新聞119頁)。
The initial sputtering film forming apparatus was as simple as placing a wafer, which is a thin film-forming object, and a target in a vacuum chamber, and applying DC or RF power between them. Later, in order to cope with mass processing of wafers, a badge type device for processing a plurality of wafers at once was developed. At present, single wafer type planar magnetron sputtering equipment has become the mainstream of production equipment due to the demand for high quality thin film materials and the proposal of high-speed film formation by magnetron discharge sputtering (“Basics of thin film production”).
Tatsuo Mato, Nikkan Kogyo Shimbun page 119).

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、現在以下に示す事柄が問題となってい
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the following problems are presently a problem.

一般にスパッタリングによる薄膜形成時は、成膜前に
ウエハ表面をArスパッタ衝撃によるクリーニングを行
う。しかし、クリーニングされたウエハ表面は、極く短
時間のうちに真空容器内の残留ガス(主にH2O,N2,C
O2)により汚染される。この汚染は配線用Al膜の場合だ
と、ウエハ表面とアルミ配線間に、酸化物、窒化物を形
成し、オーミックコンタクトを妨害する。さらに、ター
ゲットを交換する際、成膜室を大気に開放する必要があ
る。この時に成膜室の壁にH2O,N2,CO2など大気中のガ
ス分子が吸着する。この結果、成膜中に壁に吸着してい
たH2O,N2,CO2などのガスが脱離し、成膜している膜の
中に不純物として混入したり、ターゲット表面に付着し
て、プラズマを不安定にする原因となっている。そこで
従来はこれを避けるためにもターゲット交換後長時間の
排気が必要となっていた。
Generally, when a thin film is formed by sputtering, the wafer surface is cleaned by Ar sputtering impact before film formation. However, the surface of the cleaned wafer is quickly removed from the residual gas (mainly H 2 O, N 2 , C
O 2 ). In the case of the Al film for wiring, this contamination forms oxides and nitrides between the wafer surface and the aluminum wiring and hinders ohmic contact. Further, when exchanging the target, it is necessary to open the film formation chamber to the atmosphere. At this time, gas molecules in the atmosphere such as H 2 O, N 2 , and CO 2 are adsorbed on the walls of the deposition chamber. As a result, gases such as H 2 O, N 2 , and CO 2 adsorbed on the walls during film formation are desorbed and mixed as impurities into the film being formed or adhere to the target surface. , Causing plasma instability. In order to avoid this, conventionally, it has been necessary to exhaust the gas for a long time after replacing the target.

また、スパッタリングされたターゲット材の一部は、
成膜室の壁へ付着し、ターゲット交換あるいはウエハ交
換時成膜室内の圧力が上昇すると、パーティクルとして
再脱離する。これはIC工程などの歩留り率を悪化する要
因となっている。
Also, a part of the sputtered target material,
When it adheres to the wall of the film forming chamber and the pressure in the film forming chamber increases when the target or the wafer is replaced, it is detached again as particles. This is a factor that deteriorates the yield rate in the IC process and the like.

[発明の目的] そこで本発明の目的は、真空容器内の残留ガスによる
汚染をなくし堆積膜の膜質を向上させると共に、ウエハ
と堆積膜界面での接合特性を大巾に改良することが可能
なスパッタリング成膜装置を提供することにある。
[Object of the Invention] Accordingly, an object of the present invention is to eliminate contamination by residual gas in a vacuum vessel, improve the film quality of a deposited film, and significantly improve the bonding characteristics at the interface between a wafer and the deposited film. An object of the present invention is to provide a sputtering film forming apparatus.

また本発明の別の目的は、ターゲットの交換を真空中
で容易に行ない、不純物の汚染の影響のない堆積膜の成
膜準備を短時間で行なうことのできる稼働率の高いスパ
ッタリング成膜装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a sputtering film forming apparatus having a high operating rate that can easily perform target replacement in a vacuum and perform preparation of a deposited film in a short time without being affected by impurity contamination. To provide.

また、本発明の別の目的は、パーティクルの発生をお
さえ、工程の歩留り率を大きくするスパッタリング成膜
装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a sputtering film forming apparatus which suppresses generation of particles and increases the yield of the process.

[課題を解決するための手段] 本発明の要旨は、ターゲット材の表面に、イオンを照
射し、これによりスパッタリングされたターゲット材の
粒子を基体表面に付着させて薄膜を形成するスパッタリ
ング成膜装置において、成膜室と、成膜前に基体表面を
乾式プロセスでクリーニングする基体クリーニング室
と、基体及びターゲット搬送装置を備えた搬送室と、該
基体及びターゲットを大気中から装置内に導入する導入
室とを有し、前記成膜室と前記基体クリーニング室は前
記基体及び前記ターゲットが通過可能な開口径を持つバ
ルブを介してそれぞれ独立に前記搬送室に接続され、前
記成膜室と前記搬送室と前記基体クリーニング室とはそ
れぞれ超高真空排気系を有し、前記成膜室と前記搬送室
と前記基体クリーニング室の圧力を10-10torr以下に排
気することを特徴とするスパッタリング成膜装置に存在
する。
[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to provide a sputtering film forming apparatus for irradiating a surface of a target material with ions, thereby adhering sputtered particles of the target material to a substrate surface to form a thin film. , A substrate cleaning chamber for cleaning a substrate surface by a dry process before film formation, a transfer chamber provided with a substrate and target transfer device, and an introduction for introducing the substrate and target from the atmosphere into the device. Wherein the film forming chamber and the substrate cleaning chamber are independently connected to the transfer chamber via a valve having an opening diameter through which the substrate and the target can pass. chamber and having said substrate cleaning chamber respectively ultrahigh vacuum exhaust system and the deposition chamber pressure of 10 -10 torr or more of the transport chamber and the substrate cleaning chamber It is evacuated to present in the sputtering film forming apparatus according to claim.

[作用] 以下に本発明の構成、作用を本発明をなすに際して得
た知見とともに説明する。
[Operation] Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described together with the knowledge obtained in forming the present invention.

前記の問題点を解決するために、本発明者は以下の事
柄を考えた。
In order to solve the above problems, the present inventors have considered the following matters.

クリーニング後、ウエハ表面に不純物ガスが付着する
前に成膜してしまう。すなわち、真空容器内の残留ガス
分子を減らし、ウエハ表面に不純物ガスが到達しないよ
うにする。
After cleaning, a film is formed before the impurity gas adheres to the wafer surface. That is, the residual gas molecules in the vacuum vessel are reduced, so that the impurity gas does not reach the wafer surface.

上記のことは、次の式により示される。 The above is shown by the following equation.

ウエハ表面に入射するガス分子数Zは、 Z(cm-2・sec-1) =n(8RT)1/2/4πm……(1) n:ガス分子密度 R:気体定数 m:ガス分子の質量 により得られ、ウエハ表面に付着する量はZに付着係数
をかけることで得られる。不純物ガス分子がウエハ表面
を覆うのに必要な時間は(1)より得られたZより以下
の式より得られる。
The number Z of gas molecules incident on the wafer surface is as follows: Z (cm −2 · sec −1 ) = n (8RT) 1/2 / 4πm (1) n: gas molecule density R: gas constant m: gas molecule It is obtained by mass, and the amount attached to the wafer surface can be obtained by multiplying Z by the adhesion coefficient. The time required for the impurity gas molecules to cover the wafer surface is obtained from the following equation from Z obtained from (1).

t(sec) =5×1014(cm-2)/(Z×a)…(2) a:付着係数(H2Oで約0.9) 一般に、ウエハをクリーニング後成膜を開始するまで
の時間に60sec程度必要である。搬送室内の圧力を5×1
0-10torrにすると、ウエハ表面の汚染は主な残留ガスが
H2Oと仮定すると(1),(2)式より5000secでウエハ
表面を覆うことになる。よって、5×10-10torrに搬送
室を保てばウエハ表面の汚染は1%程度になり無視でき
る。
t (sec) = 5 × 10 14 (cm −2 ) / (Z × a) (2) a: Adhesion coefficient (approximately 0.9 in H 2 O) Generally, the time from the cleaning of a wafer to the start of film formation. It takes about 60 seconds. 5 × 1 pressure in the transfer chamber
At 0 -10 torr, wafer surface contamination is mainly due to residual gas.
Assuming H 2 O, the wafer surface is covered in 5000 seconds according to the equations (1) and (2). Therefore, if the transfer chamber is maintained at 5 × 10 −10 torr, the contamination on the wafer surface becomes about 1% and can be ignored.

ターゲットを交換する際、成膜室を大気開放しない。
すなわち、ターゲットをウエハと同様に導入室、搬送室
を経て成膜室に導入し、ターゲットホルダーに固定す
る。
When replacing the target, do not open the film formation chamber to the atmosphere.
That is, similarly to the wafer, the target is introduced into the film forming chamber via the introduction chamber and the transfer chamber, and is fixed to the target holder.

成膜室壁に付着したターゲット物質を除去するため
に、成膜室壁のターゲット物質が一定の厚みに達した時
ターゲットとウエハを搬送室に取り出し、成膜室内をプ
ラズマエッチングによりクリーニングする。成膜室のク
リーニング終了後、再びターゲットを成膜室内のターゲ
ットホルダーに固定して、成膜を行なう。
In order to remove the target material attached to the film forming chamber wall, when the target material on the film forming chamber wall reaches a certain thickness, the target and the wafer are taken out to the transfer chamber, and the film forming chamber is cleaned by plasma etching. After the cleaning of the film forming chamber is completed, the target is fixed to the target holder in the film forming chamber again, and the film is formed.

成膜室壁に付着したターゲット物質は2000〜3000μm
の厚みになると、パーティクル発生源となる。よって、
前記付着部の厚さが2000μmになった時、成膜室をクリ
ーニングすることが最も経済的である。一般にプラズマ
エッチングでAl及びSi等をエッチングする際、エッチン
グレートは1μm/min程度である。よって成膜室のプラ
ズマエッチングによるクリーニングには、1時間程度必
要である。成膜室クリーニング中は、ターゲットは搬送
室に保持されるため、ターゲット表面は搬送室内の残留
ガスにより汚染される。これを避けるには、(2)式よ
り、搬送室の圧力を5×10-11torr程度にする必要があ
る。搬送室内の圧力を5×10-11torrに保つことでター
ゲット表面は、1時間放置された後でも1%程度しか汚
染されず、すぐ成膜を始められる。ウエハ交換時より、
成膜室クリーニング時の方が低圧にする必要がある。
尚、ターゲットのプレスパッタリングによる表面クリー
ニングを併用すれば汚染度10%程度の10-10torr程度で
も場合により実施可能であることは容易に類推される。
2000-3000 μm of target material adhered to the deposition chamber wall
Becomes a source of particles. Therefore,
It is most economical to clean the film forming chamber when the thickness of the attachment portion becomes 2000 μm. Generally, when etching Al and Si by plasma etching, the etching rate is about 1 μm / min. Therefore, it takes about one hour to clean the film forming chamber by plasma etching. During the cleaning of the film forming chamber, the target is held in the transfer chamber, so that the target surface is contaminated by residual gas in the transfer chamber. To avoid this, it is necessary to set the pressure in the transfer chamber to about 5 × 10 −11 torr according to equation (2). By keeping the pressure in the transfer chamber at 5 × 10 −11 torr, the target surface is contaminated by only about 1% even after being left for one hour, and film formation can be started immediately. From the time of wafer exchange,
It is necessary to lower the pressure during cleaning of the film forming chamber.
In addition, it is easily presumed that if surface cleaning by pre-sputtering of the target is used in combination, it can be carried out in some cases even at about 10 -10 torr with a contamination degree of about 10%.

以上の条件を満たすためには、搬送室に大気中からウ
エハ及びターゲットを導入するための独立して真空排気
できる導入室が必要となる。また、導入室と搬送室間の
ウエハ及びターゲットの受け渡しは、導入室と搬送室を
垂直に配置し、真空シールされたトランスファーロッド
の昇降運動で行なうことが、かんたんで信頼性の高い構
成となる。
In order to satisfy the above conditions, an introduction chamber that can independently evacuate and introduce a wafer and a target from the atmosphere to the transfer chamber is required. In addition, the transfer of the wafer and the target between the introduction chamber and the transfer chamber is performed by vertically moving the introduction chamber and the transfer chamber, and moving the vacuum-sealed transfer rod easily, resulting in a highly reliable configuration. .

導入室と搬入室間のウエハ及びターゲットの受け渡し
は、ターゲットが軽い場合や磁束密度の大きい磁気結合
を用いた場合は、磁気結合方式トランスファーロッドが
使用可能であるが、ウエハと比較してターゲットが非常
に重い場合、マグネットカップル方式のトランスファー
ロッドでは、各昇降運動の再現性が良くない。
When transferring the wafer and target between the introduction chamber and the loading chamber, when the target is light or magnetic coupling with a large magnetic flux density is used, a magnetic coupling transfer rod can be used. When the transfer rod is extremely heavy, the reproducibility of each elevating movement is not good with the transfer rod of the magnet couple type.

より好ましくはベローズで真空シールされ、モーター
により大気中から駆動できる機構にすることによって信
頼性が向上される。
More preferably, the mechanism is vacuum-sealed with a bellows, and a mechanism that can be driven from the atmosphere by a motor improves reliability.

搬送室と成膜室または搬送室とエッチング室間のウエ
ハ及びターゲットの搬送は、水平運動で十分信頼性を得
られることから、より表面積の少ないマグネットカップ
ル方式のトランスファーロッドで搬送する方が、10-11t
orr台の圧力を得ることができる。
The transfer of the wafer and the target between the transfer chamber and the film forming chamber or between the transfer chamber and the etching chamber can be sufficiently performed by the horizontal movement. -11 t
Orr level pressure can be obtained.

また、成膜室、エッチング室のウエハホルダー及びタ
ーゲットホルダーとトランスファーロッド間のウエハ及
びターゲットの受け渡しは、トランスファーロッド全体
を水平に保ちつつ昇降運動させることで容易に可能とな
る。成膜室と搬送室間用のトランスファーロッドのウエ
ハ及びターゲット保持は1つのロッドの先端に、上下に
並べて設置することで、ウエハ及びターゲットを同時に
搬送でき、また同じ動作で両方の搬送が可能で装置の簡
略化によって信頼性を増すことができる。
In addition, the transfer of the wafer and the target between the transfer rod and the wafer holder and the target holder in the film forming chamber and the etching chamber can be easily performed by vertically moving the transfer rod as a whole. The wafer and target holding of the transfer rod between the film forming chamber and the transfer chamber can be carried at the same time by placing them vertically at the tip of one rod, so that the wafer and target can be carried at the same time. Reliability can be increased by simplification of the device.

[実施例] 以下、図面によって本発明のスパッタリング成膜装置
を詳細に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the sputtering film forming apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図〜第3図に本発明を実施した装置の図を示し、
第4図にウエハ及びターゲット交換時の各部分の動作を
示す。
FIGS. 1 to 3 show diagrams of an apparatus embodying the present invention,
FIG. 4 shows the operation of each part when replacing the wafer and the target.

この動作により搬送室、成膜室、エッチング室の各室
が真空に保持され、成膜室と搬送室の圧力を10-10torr
以下に保持することが可能となる。
By this operation, each chamber of the transfer chamber, the film formation chamber and the etching chamber is kept at a vacuum, and the pressure of the film formation chamber and the transfer chamber is set to 10 -10 torr
It can be held below.

ウエハ交換時の各部分の動作について順を追って説明
する。第4図(1)〜(10)は第1図のA方向からみた
断面である。
The operation of each part at the time of wafer replacement will be described step by step. 4 (1) to (10) are cross-sections as viewed from the direction A in FIG.

第4図(1) テーブル3上にウエハを設置し、導入
室14を真空排気する。
FIG. 4 (1) A wafer is placed on the table 3 and the introduction chamber 14 is evacuated.

第4図(2) 導入室14の圧力が10-8torr台になった
後、ゲートバルブ4を開き、ウエハを搬送室にサンプル
昇降垂直移動用トランスファーロッド2(以下「トラン
スファーロッド2」と略す)で送り込む。この時エッチ
ング室・搬送室間水平移動用トランスファーロッド1
(以下「トランスファーロッド1」と略す)がウエハの
下に移動する。
FIG. 4 (2) After the pressure in the introduction chamber 14 reaches a level of 10 −8 torr, the gate valve 4 is opened, and the wafer is transferred to the transfer chamber by the vertical transfer rod 2 (hereinafter abbreviated as “transfer rod 2”). ). At this time, transfer rod 1 for horizontal movement between etching chamber and transfer chamber
(Hereinafter abbreviated as "transfer rod 1") moves below the wafer.

第4図(3) トランスファーロッド2が下降し、ウ
エハはトランスファーロッド1に乗っている。そいてゲ
ートバルブ4は閉まる。
FIG. 4 (3) The transfer rod 2 is lowered, and the wafer is on the transfer rod 1. Then, the gate valve 4 closes.

第4図(4) ゲートバルブ7が開き、トランスファ
ーロッド1はウエハを乗せたままたウエハホルダー6の
上まで進む。
FIG. 4 (4) The gate valve 7 is opened, and the transfer rod 1 advances to above the wafer holder 6 with the wafer placed thereon.

第4図(5) トランスファーロッド1は水平の保持
されたまま下降し、ウエハは、ウエハホルダー6の上に
置かれる。
FIG. 4 (5) The transfer rod 1 is lowered while being held horizontally, and the wafer is placed on the wafer holder 6.

第4図(6) トランスファーロッド1は、下降した
ままエッチング室15を出て、第4図(1)の位置にもど
る。その後ゲートバルブ7は閉まる。エッチング室に置
かれたウエハはここでArまたは活性ガスのプラズマによ
りプラズマエッチングされる。その間搬送室は排気され
10-11torrに保持される。
FIG. 4 (6) The transfer rod 1 leaves the etching chamber 15 while descending, and returns to the position of FIG. 4 (1). Thereafter, the gate valve 7 closes. The wafer placed in the etching chamber is now plasma etched by Ar or active gas plasma. During that time, the transfer chamber is evacuated.
It is kept at 10 -11 torr.

第4図(7) ウエハエッチング終了後ゲートバルブ
7が開き、トランスファーロッド1が水平に下降したま
まウエハの下に移動する。
FIG. 4 (7) After the completion of the wafer etching, the gate valve 7 is opened, and the transfer rod 1 moves below the wafer while being lowered horizontally.

第4図(8) トランスファーロッド1が水平に上昇
しウエハを持ち上げる。
FIG. 4 (8) The transfer rod 1 rises horizontally to lift the wafer.

第4図(9) トランスファーロッド1はウエハを乗
せたまま搬送室に戻り、テーブル5の上で止まる。ゲー
トバルブ7は閉まる。
FIG. 4 (9) The transfer rod 1 returns to the transfer chamber with the wafer mounted thereon and stops on the table 5. Gate valve 7 closes.

第4図(10) テーブル5が上昇し、ウエハをトラン
スファーロッド1から持ち上げる。そしてトランスファ
ーロッド1は第4図(1)の位置に戻る。
FIG. 4 (10) The table 5 is raised, and the wafer is lifted from the transfer rod 1. Then, the transfer rod 1 returns to the position shown in FIG.

第4図(11)〜(20)は第1図のB方向から見た断面
図である。
4 (11) to (20) are cross-sectional views as viewed from the direction B in FIG.

第4図(11) ゲートバルブ8が開き成膜室・搬送室
間水平移動用トランスファーロッド11(以下「トランス
ファーロッド11」と略す)は水平に下降したままウエハ
ホルダー10上のウエハの下にウエハ用フォークを差し込
む。(図中黒いウエハは成膜済、白いウエハは成膜前の
ものを示す) 第4図(12) トランスファーロッド11が上昇し、ウ
エハを持ち上げ搬送室に戻る。ゲートバルブ8は閉ま
る。
FIG. 4 (11) The gate valve 8 is opened and the transfer rod 11 for horizontal movement between the film forming chamber and the transfer chamber (hereinafter abbreviated as “transfer rod 11”) is lowered horizontally and the wafer is placed under the wafer on the wafer holder 10. Insert the fork. (The black wafer in the figure shows the film formed, and the white wafer shows the film before the film formation.) FIG. 4 (12) The transfer rod 11 rises, lifts the wafer, and returns to the transfer chamber. The gate valve 8 closes.

第4図(13) テーブル5が上昇し、ウエハをトラン
スファーロッドから持ち上げる。そしてトランスファー
ロッド11は第4図(1)の位置に戻る。
FIG. 4 (13) The table 5 is raised, and the wafer is lifted from the transfer rod. Then, the transfer rod 11 returns to the position shown in FIG.

第4図(14) テーブル5が回転し、トランスファー
ロッド2の上にエッチングが終わったウエハが来る。
FIG. 4 (14) The table 5 rotates, and the etched wafer comes on the transfer rod 2.

第4図(15) テーブル5が上昇し、トランスファー
ロッド11が前進し、ウエハトランスファーロッド11のウ
エハ用フォークがテーブル5上の新しいウエハの下に位
置させる。その後テーブル5が下降し、ゲートバルブ8
が開く。そして、トランスファーロッド11が成膜室に前
進し、ウエハホルダー10の上で停止する。そして、トラ
ンスファーロッド11が水平に下降し、ウエハホルダー10
の上にウエハを置く。その後トランスファーロッド11が
第4図(1)の位置に戻り、ゲートバルブ8が閉じ、成
膜可能な状態になる。
4 (15) The table 5 is raised, the transfer rod 11 is advanced, and the wafer fork of the wafer transfer rod 11 is positioned below the new wafer on the table 5. After that, the table 5 descends and the gate valve 8
Opens. Then, the transfer rod 11 advances to the film forming chamber and stops on the wafer holder 10. Then, the transfer rod 11 descends horizontally, and the wafer holder 10
Place the wafer on the top. Thereafter, the transfer rod 11 returns to the position shown in FIG. 4A, the gate valve 8 closes, and a film can be formed.

第4図(16) ゲートバルブ8が閉じたら、テーブル
5を回転し、成膜済のウエハ(図中の黒色のウエハ)が
トランスファーロッド2の上になる位置で止める。
FIG. 4 (16) When the gate valve 8 is closed, the table 5 is rotated and stopped at a position where the film-formed wafer (black wafer in the figure) is on the transfer rod 2.

第4図(17) テーブル5が上昇する。その後、トラ
ンスファーロッド11を前進し、トランスファーロッド11
のウエハ用フォークがウエハの下になる位置で止める。
その後、テーブル5を下降する。
FIG. 4 (17) The table 5 is raised. Thereafter, the transfer rod 11 is advanced, and the transfer rod 11
Stop at a position where the wafer fork is below the wafer.
Thereafter, the table 5 is lowered.

第4図(18) テーブル5を回転させ、ゲートバルブ
4の上にテーブル5の切れ込み部が来るようにする。そ
してゲートバルブ4が開き、トランスファーロッド2が
上昇し、ウエハをトランスファーロッド11から持ち上げ
る。
FIG. 4 (18) The table 5 is rotated so that the cut portion of the table 5 comes above the gate valve 4. Then, the gate valve 4 opens, the transfer rod 2 rises, and lifts the wafer from the transfer rod 11.

第4図(19) トランスファーロッド11が第4図
(1)の位置に戻る。
FIG. 4 (19) The transfer rod 11 returns to the position of FIG. 4 (1).

第4図(20) ウエハを支えているトランスファーロ
ッド2がテーブル3の下まで下降し、ウエハをテーブル
3の上にのせる。そしてゲートバルブ4が閉じる。
FIG. 4 (20) The transfer rod 2 supporting the wafer is lowered below the table 3 and the wafer is placed on the table 3. Then, the gate valve 4 closes.

次にターゲット交換時の各部の動作について説明す
る。
Next, the operation of each unit when the target is replaced will be described.

第5図(1) テーブル3の上に新しいテーブルを設
置して導入室14を排気する。
FIG. 5 (1) A new table is set on the table 3 and the introduction chamber 14 is evacuated.

第5図(2) 導入室14が10-8torr台の圧力になった
らゲートバルブ4を開き、トランスファーロッド2を上
昇させターゲットを、トランスファーロッド11より高い
位置に持ち上げる。そしてトランスファーロッド11をト
ランスファーロッド11のターゲット用フォークがターゲ
ットの下に位置するよう前進させる。
FIG. 5 (2) When the pressure in the introduction chamber 14 reaches 10 -8 torr, the gate valve 4 is opened, the transfer rod 2 is raised, and the target is lifted to a position higher than the transfer rod 11. Then, the transfer rod 11 is advanced so that the target fork of the transfer rod 11 is located below the target.

第5図(3) トランスファーロッド2を下降させ、
ターゲットをトランスファーロッド11の上に乗せる。そ
の後ゲートバルブ4を閉じる。そしてテーブル5を回転
させサンプルホルダー部がゲートバルブ4の上の位置に
なるようにする。
Fig. 5 (3) Lower the transfer rod 2,
The target is placed on the transfer rod 11. Thereafter, the gate valve 4 is closed. Then, the table 5 is rotated so that the sample holder section is at a position above the gate valve 4.

第5図(4) テーブル4を上昇させトランスファー
ロッド11の上にあるターゲットを持ち上げる。
FIG. 5 (4) The table 4 is raised, and the target on the transfer rod 11 is lifted.

第5図(5) トランスファーロッド11を第5図
(1)の位置に戻し、ターゲットを載せたテーブル5を
下降させ、ゲートバルブ4の上にテーブル5のサンプル
ホルダー部が位置するよう回転させる。
5 (5) Return the transfer rod 11 to the position shown in FIG. 5 (1), lower the table 5 on which the target is placed, and rotate the table 5 so that the sample holder portion of the table 5 is positioned above the gate valve 4.

第5図(6) ゲートバルブ8を開き、トランスファ
ーロッド11のターゲット用フォークがターゲットホルダ
ー9の下になるよう前進させる。そしてトランスファー
ロッド11を水平に上昇させターゲットホルダーに保持さ
れているターゲットに接触させる。その後、ターゲット
ホルダー9に埋め込まれている静電チャックの電源を切
りターゲットをトランスファーロッド11の上に落とす。
FIG. 5 (6) The gate valve 8 is opened and the target fork of the transfer rod 11 is advanced so as to be below the target holder 9. Then, the transfer rod 11 is raised horizontally and brought into contact with the target held by the target holder. Thereafter, the power of the electrostatic chuck embedded in the target holder 9 is turned off, and the target is dropped on the transfer rod 11.

第5図(7) ターゲットを載せたトランスファーロ
ッド11をテーブル5のサンプルホルダー部の上まで後退
させゲートバルブ8を閉じる。
FIG. 5 (7) The transfer rod 11 on which the target is placed is retracted to above the sample holder portion of the table 5 and the gate valve 8 is closed.

第5図(8) テーブル5を上昇させターゲットをト
ランスファーロッド11から持ち上げ、トランスファーロ
ッド11を第5図(1)の位置まで戻す。
FIG. 5 (8) The table 5 is raised, the target is lifted from the transfer rod 11, and the transfer rod 11 is returned to the position shown in FIG. 5 (1).

第5図(9) テーブル5を回転させ、新しいウエハ
がゲートバルブ4の上に位置するようにする。
FIG. 5 (9) The table 5 is rotated so that a new wafer is positioned on the gate valve 4.

第5図(10) テーブル5を上昇させ、トランスファ
ーロッド11を前進させトランスファーロッド11のターゲ
ット用フォークが新しいターゲットの下になるようにす
る。そしてテーブル5を下降させ、ゲートバルブ8を開
き、ターゲットをターゲットホルダー10の下にくるよう
トランスファーロッド11を前進させ、その後トランスフ
ァーロッド11を上昇させターゲットホルダ9に接触さ
せ、その後ターゲットホルダー9に埋め込まれている静
電ターゲットに電圧を引加し、ターゲットを固定する。
そしてトランスファーロッド11を下降させてから第5図
(1)の位置まで戻しゲートバルブ8を閉じる。
FIG. 5 (10) The table 5 is raised, and the transfer rod 11 is advanced so that the target fork of the transfer rod 11 is below the new target. Then, the table 5 is lowered, the gate valve 8 is opened, and the transfer rod 11 is moved forward so that the target is positioned below the target holder 10. A voltage is applied to the mounted electrostatic target to fix the target.
Then, after lowering the transfer rod 11, the transfer rod 11 is returned to the position shown in FIG. 5A, and the gate valve 8 is closed.

以上示した実施例中の全部及び一部を用いることで、
ターゲット及びウエハの交換、また成膜室のクリーニン
グ時にターゲット及びウエハを搬送室に保持する事が可
能になる。その結果、成膜室、搬送室の壁は常に清浄に
保たれ長時間連続して良質な成膜が可能になる。
By using all and a part of the embodiment shown above,
The target and the wafer can be held in the transfer chamber when the target and the wafer are exchanged and when the film forming chamber is cleaned. As a result, the walls of the film forming chamber and the transfer chamber are always kept clean, and high-quality film can be continuously formed for a long time.

[発明の効果] 以上説明した様に、スパッタリング成膜装置におい
て、成膜室とウエハクリーニング室とウエハ及びターゲ
ット搬送装置を備えた搬送室と、ウエハ及びターゲット
を大気中から装置内に導入する導入室から構成され、成
膜室と搬送室の圧力を10-10torr以上に排気することに
よって不純物ガスによる堆積への影響を除くことができ
る。
[Effects of the Invention] As described above, in a sputtering film forming apparatus, a film forming chamber, a wafer cleaning chamber, a transfer chamber including a wafer and a target transfer apparatus, and introduction of introducing a wafer and a target from the atmosphere into the apparatus. By evacuating the pressure of the film forming chamber and the transfer chamber to 10 -10 torr or more, the influence of the impurity gas on the deposition can be eliminated.

また、ウエハ及びターゲットをフォークを先端に設け
た直線導入機によって上記導入室から搬送室を経て成膜
室までの間を搬送することができる為、高真空下でのウ
エハ及びターゲット交換が容易となる。
In addition, since the wafer and the target can be transferred from the introduction chamber to the film formation chamber via the transfer chamber by the linear introduction machine provided with the fork at the tip, it is easy to exchange the wafer and the target under high vacuum. Become.

さらにまた、搬送室にターゲットを複数保持できるホ
ルダーを有する為、連続多層膜積層や多種材料の堆積が
真空を破らずに再現性よく、短時間で行なうことができ
る。
Furthermore, since the transfer chamber has a holder capable of holding a plurality of targets, continuous multilayer film stacking and deposition of various materials can be performed in a short time with good reproducibility without breaking vacuum.

さらにまた、成膜室と搬送室間を磁気結合による水平
移動用直線導入機、導入室と搬送室の間をベローズシー
ルによる垂直移動用直線導入機で行なうことによって、
高信頼性の装置が簡単な構成で得られる。
Furthermore, by performing between the film forming chamber and the transfer chamber with a magnetically coupled linear transfer linear introduction machine, and between the introduction chamber and the transfer chamber with a vertical movement linear transfer machine using a bellows seal,
A highly reliable device can be obtained with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明による装置全体の構成を示す図、第2
図は、第1図中A方向から見た断面図、第3図は、第1
図中B方向から見た断面図。第4図は、ウエハの交換時
の各部の動きを説明する図、第5図は、ターゲットの交
換時の各部の動きを説明する図、第6図は、第1図、第
3図におけるトランスファーロッド11のサンプル保持用
フォークで(a)は横から見た図で(b)は上から見た
図である。 1…水平移動用トランスファーロッド(エッチング室、
搬送室間)、2…垂直移動用トランスファーロッド(サ
ンプル昇降用)、3…導入室用サンプルテーブル、4…
ゲートバルブ、5…搬送室用サンプルテーブル、6…エ
ッチング用ウエハホルダー、7…ゲートバルブ、8…ゲ
ートバルブ、9…ターゲットホルダー、10…成膜用ウエ
ハホルダー、11…水平移動用トランスファーロッド(成
膜室・搬送室間)、12…搬送室、13…成膜室、14…導入
室、15…エッチング室、16…導入室ドア、17…トランス
ファーロッド昇降用シリンダ、18…トランスファーロッ
ド昇降用シリンダ、19…ゲートバルブ動作用シリンダ、
20…トランスファーロッド昇降用モーター、21…テーブ
ル昇降用モータ、22…テーブル回転用モーター、23…ク
ライオポンプ、24…クライオポンプ、25…クライオポン
プ、26…真空計、27…真空計、28…真空計、29…テーブ
ル回転用モーター、30…ゲートバルブ動作用シリンダ、
31…ゲートバルブ動作用シリンダ、32…クライオポン
プ、33…ウエハ加熱用ヒーター、34…ヒーター用電源、
35…ターゲット保持用静電チャック、36…静電チャック
用電源、38…スパッタ用高周波電源、39…トランスファ
ーロッド昇降用ベローズ、40…トランスファーロッド昇
降用ベローズ。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the entire apparatus according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from the direction A in FIG. 1, and FIG.
Sectional drawing seen from the B direction in a figure. FIG. 4 is a view for explaining the movement of each part at the time of wafer replacement, FIG. 5 is a view for explaining the movement of each part at the time of target replacement, and FIG. 6 is the transfer in FIGS. 1 and 3. In the sample holding fork of the rod 11, (a) is a diagram viewed from the side, and (b) is a diagram viewed from above. 1. Transfer rod for horizontal movement (etching chamber,
(Between transfer chambers), 2 ... Transfer rod for vertical movement (for elevating sample), 3 ... Sample table for introduction chamber, 4 ...
Gate valve, 5: sample table for transfer chamber, 6: wafer holder for etching, 7: gate valve, 8: gate valve, 9: target holder, 10: wafer holder for film formation, 11: transfer rod for horizontal movement (Between the film chamber and transfer chamber), 12: transfer chamber, 13: deposition chamber, 14: introduction chamber, 15: etching chamber, 16: introduction chamber door, 17: transfer rod lifting / lowering cylinder, 18: transfer rod lifting / lowering cylinder , 19… Cylinder for gate valve operation,
20: transfer rod lifting motor, 21: table lifting motor, 22: table rotation motor, 23 ... cryopump, 24 ... cryopump, 25 ... cryopump, 26 ... vacuum gauge, 27 ... vacuum gauge, 28 ... vacuum 29, table rotation motor, 30 ... gate valve operation cylinder,
31: Gate valve operating cylinder, 32: Cryopump, 33: Heater for wafer heating, 34: Power supply for heater,
35: electrostatic chuck for holding the target, 36: power supply for the electrostatic chuck, 38: high frequency power supply for sputtering, 39: bellows for lifting and lowering the transfer rod, 40 ... bellows for raising and lowering the transfer rod.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 14/34

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ターゲット材の表面に、イオンを照射し、
これによりスパッタリングされたターゲット材の粒子を
基体表面に付着させて薄膜を形成するスパッタリング成
膜装置において、成膜室と、成膜前に基体表面を乾式プ
ロセスでクリーニングする基体クリーニング室と、基体
及びターゲット搬送装置を備えた搬送室と、該基体及び
ターゲットを大気中から装置内に導入する導入室とを有
し、前記成膜室と前記基体クリーニング室は前記基体及
び前記ターゲットが通過可能な開口径を持つバルブを介
してそれぞれ独立に前記搬送室に接続され、前記成膜室
と前記搬送室と前記基体クリーニング室とはそれぞれ超
高真空排気系を有し、前記成膜室と前記搬送室と前記基
体クリーニング室の圧力を10-10torr以下に排気するこ
とを特徴とするスパッタリング成膜装置。
1. A surface of a target material is irradiated with ions.
In a sputtering film forming apparatus for forming a thin film by attaching particles of a target material sputtered on the surface of a substrate to form a thin film, a substrate cleaning chamber for cleaning the substrate surface by a dry process before film formation; It has a transfer chamber provided with a target transfer device, and an introduction chamber for introducing the substrate and the target into the apparatus from the atmosphere, and the film forming chamber and the substrate cleaning chamber are opened so that the substrate and the target can pass through. The film forming chamber, the transfer chamber, and the substrate cleaning chamber each have an ultra-high vacuum exhaust system respectively connected to the transfer chamber via a valve having a diameter, and the film forming chamber and the transfer chamber And a pressure in the substrate cleaning chamber is evacuated to 10 −10 torr or less.
【請求項2】前記成膜室と前記搬送室との間の前記基体
及び前記ターゲットの水平移動は、磁気結合による水平
移動用トランスファーロッドで行ない、該搬送室と前記
導入室との間の該基体及び該ターゲットの移動は、ベロ
ーズシールによる垂直移動用トランスファーロッドで行
なうことを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング
成膜装置。
2. The horizontal movement of the substrate and the target between the film forming chamber and the transfer chamber is performed by a transfer rod for horizontal movement by magnetic coupling, and the transfer between the transfer chamber and the introduction chamber is performed. The sputtering film forming apparatus according to claim 1, wherein the movement of the substrate and the target is performed by a transfer rod for vertical movement by a bellows seal.
【請求項3】基体支持部及びターゲット支持部は、前記
基体用及び前記ターゲット用に、各々異なるフォークを
前記水平移動用トランスファーロッドの先端に取付けて
あることを特徴とする請求項2に記載のスパッタリング
成膜装置。
3. The base support unit and the target support unit according to claim 2, wherein different forks for the base and the target are attached to the distal end of the horizontal transfer rod. Sputtering film forming equipment.
【請求項4】前記水平移動用トランスファーロッドと前
記搬送室との接合部は、ベローズで接合してあり、前記
基体及び前記ターゲットの着脱は、該ベローズの弾性範
囲内で該水平移動用トランスファーロッドを上下運動さ
せるか、又は、該水平移動用トランスファーロッドの角
度を変えることによって行なうことを特徴とする請求項
2又は3に記載のスパッタリング成膜装置。
4. The transfer rod for horizontal movement and the transfer chamber are connected by a bellows, and the transfer rod for horizontal movement can be attached and detached within the elastic range of the bellows. 4. The sputtering film forming apparatus according to claim 2, wherein the step is performed by vertically moving or changing the angle of the transfer rod for horizontal movement.
【請求項5】前記搬送室内に、前記ターゲットを複数保
持できるホルダーを持つことを特徴とする請求項1乃至
4のいずれか1項に記載のスパッタリング成膜装置。
5. The sputtering film forming apparatus according to claim 1, further comprising a holder capable of holding a plurality of said targets in said transfer chamber.
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