JPH0375631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はスパツタリング装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に電子材料、主として半導体素子製造工程
において、薄膜形成にスパツタリング装置が使用
されている。これはAl等の電極材料として使わ
れる薄膜においては、従来広く用いられてきた電
子ビーム蒸着法により形成されたものよりステツ
プカバレツジが優れていること、エレクトロンの
照射損傷によるMOS型トランジスタのしきい値
変動がないことによるものである。

最近ではマグネトロンスパツタの導入により、
膜形成速度が増加した事も広く使用されている一
因としてあげられる。このマグネトロンスパツタ
装置はカソードのターゲツト裏面に電磁石コイル
或いは永久磁石を配置し、この磁石により電界と
直交する磁界を発生させて放電を集中せしめるも
のであり、最近の半導体装置製造に具されるもの
はほとんど全てこの型式である。こうした装置の
一例を第４図に示すと共に該装置によるAl−Si
合金のスパツタリング（成膜）を以下に説明す
る。

即ち、ウエハを収納したキヤリアをシングルロ
ーダチヤンバ１にセツトし、室内を真空排気した
後、ツインローダチヤンバ２に全てのウエハを転
送する。但し、ツインローダチヤンバ２は２つの
キヤリアを持ち、１つは成膜処理前のウエハを収
納し、他方は成膜したウエハを回収するものであ
る。次いで、キヤリアからウエハを１枚づつ次式
のクリーニングチヤンバ３に送り、ウエハのスパ
ツタエツチングによるクリーニング処理後、スパ
ツタ室４に搬送する。スパツタ室４内には、ウエ
ハ加熱機構（図示せず）と例えばAl−Si合金か
らなる２つのターゲツト５を有し、ウエハを加熱
したツインターゲツト５からのスパツタリングに
よりAl−Si合金膜の成膜が行なわれる。成膜処
理されたウエハは前記ツインローダチヤンバ２に
送られ、全ウエハの処理後、シングルローダチヤ
ンバ１に転送される。なお、図中の６は前記各チ
ヤンバ１〜３及びスパツタ室４の排気を行なうロ
ータリーポンプ、７₁〜７₃は前記ツインローダチ
ヤンバ２、クリーニングチヤンバ３及びスパツタ
室３の排気を行なうクライオポンプである。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上記スパツタリング装置におい
てはスパツタ室４内の２つのターダツト５間には
仕切り等が設けられていないため、次のような問
題があつた。第１は、スループツトの点で難があ
ることで、スパツタ室４に２つのターゲツト５が
配置されるが、装置機構上１個のターゲツトを有
する装置の処理能力が２倍の処理能力が得られな
い点である。第２は２個のターゲツト５間に生じ
るクロスコンタミネーシヨンの問題である。これ
はスパツタリングによりターゲツト構成原子が処
理すべきウエハのみならず四方に飛散し、ある場
合は別のウエハ上にまで飛来する事に起因し、微
細加工時に欠陥として作用するものである。特に
最近のLSIの高集積度化に対しては、歩留りの低
下の原因の一つとなつている。第３はスパツタリ
ング領域での真空度を精密制御の出きないこと
で、同一室内に複数ターゲツトを有する装置機構
上原理的な問題であるが、特に化成スパツタ等真
空度の精密なコントロールを有する時に問題とな
る。

〔発明の目的〕

本発明は、高いスループツトを有し、相互汚染
（クロスコンタミネーシヨン）のない高信頼性の
被膜形成が可能なスパツタリング装置を提供しよ
うとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、ターゲツト材料に直流又は高周波電
力を印加してスパツタリングを行なうスパツタリ
ング装置において、ウエハを収納したキヤリアが
装填されるロード室と、このロード室に隣接して
配置され、仕切板及び開閉機構により相互に区画
された複数のスパツタ室と、これらスパツタ室の
後段に隣接して配置され、処理済のウエハを収納
するキヤリアが装填されたアンロード室と、前記
各スパツタ室に夫々配置された１つのターゲツト
と、前記各室に配置された搬送機構とを具備した
ことを特徴とするものである。

上述した本発明によれば、スパツタ室を複数配
置すると共に、各スパツタ室にターゲツトを配置
し、かつ各スパツタ室を仕切板と開閉機構で区画
して、各スパツタ室にウエハを夫々１枚セツトし
てスパツタリングを行なうことによつて、既述の
如く高いスループツトを有し、クロスコンタミネ
ーシヨンのない高信頼性の被膜を形成できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を参照
して説明する。

第１図は本発明のスパツタリング装置を示す概
略正面図、第２図は第１図のスパツタ室間の区画
する仕切板付近の断面図、第３図はスパツタ室の
縦断面図である。図中の１１は細長状のチヤンバ
であり、このチヤンバ１１は仕切板１２₁〜１２₅
により区画され、左方向からロード室１３、第１
〜第４のスパツタ室１４₁〜１４₄及びアンロード
室１５が夫々形成されている。

前記各仕切板１２₁〜１２₅には夫々開閉機構１
６₁〜１６₅が設けられている。これら開閉機構１
６₂，１６₁，１６₃〜１６₅を第１、第２のスパツ
タ室１４₁，１４₂付近を拡大した第２図及び第３
図を参照して詳述する。図中の１７は、仕切板１
２₂に固定された断面がコ字形の仕切ガイドであ
り、このガイド板１７及び仕切板１２₂の中央付
近にはウエハが通る搬送口１８が開口されてい
る。前記ガイド板１７と仕切板１２₂で囲まれた
空間には仕切バルブ１９が、配置されている。こ
の仕切バルブ１９は作動杆２０及び駆動シリンダ
２１により上下動される。前記仕切バルブ１９に
はウエハが通る搬送口１８′が開口されている。
つまり、第２図及び第３図の仕切バルブ１９の状
態からシリンダ２１を作動して仕切バルブ１９を
上方に移動させてその搬送口１８′を仕切板１２₂
及びガイド板１７の搬送口１８とを合致させるこ
とにより第１、第２のスパツタ室１４₁，１４₂が
連通される。なお、図中の２２は仕切バルブ１９
とガイド板１７等とを気密にシールするためのＯ
リングである。

前記ロード室１３内には、上下動するロード用
キヤリア２３が装填されており、かつ該キヤリア
２３には複数枚のウエハが収納されている。ま
た、同ロード室１３内には搬送機構（図示せず）
が配置されている。この搬送機構の一部は前記キ
ヤリヤ２３の搬送口に位置し、同キヤリア２３を
下方に駆動することにより、その中のウエハを１
枚づつ前記第１スパツタ室１４₁に搬送できるよ
うになつている。

前記第１〜第４のスパツタ室１４₁〜１４₄に
は、第１〜第４の搬送機構２４₁〜２４₄が配置さ
れている。これら搬送機構２４₁，２４₂，２４₃，
２４₄を第１、第２のスパツタ室１４₁，１４₂付
近を拡大した第２図及び第３図を参照して詳述す
る。図中の２５は２つのモータ２６を固定し、か
つ支持棒２７が立設された基台である。これらモ
ータ２６は駆動軸２８ａ，２８ｂを有する。ま
た、前記支持棒２７には軸２９ａ，２９ｂが水平
方向に軸支されている。前記駆動軸２８ａ，２８
ｂと軸２９ａ，２９ｂ間には該軸を回転させるた
めの駆動ベルト３０ａ，３０ｂが夫々枢支されて
いる。前記各軸２９ａ，２９ｂの先端付近にはロ
ーラ３１ａ，３１ｂが嵌着されており、これら駆
動側のローラ３１ａ，３１ｂと対応して配置され
たローラ３１a′，３１b′との間にはウエハを搬送
する一対の搬送ベルト３２ａ，３２ｂが枢支され
ている。なお、搬送ベルト３２ａ，３２ｂの上面
のレベルは前記開閉機構１６₂の搬送口１８より
少し高い所に位置するように設定されている。

また、前記第１〜第４のスパツタ室１４₁〜１
４₄内には、ターゲツト３３₁〜３３₄が夫々１枚
づつ配置されており、かつ該ターゲツト３３₁〜
３３₄の背面にはスパツタリング中に磁界を与え
るためのマグネト（図示せず）が夫々配置されて
いる。各スパツタ室１４₁〜１４₄内には第１〜第
４の搬送機構２４₁〜２４₄の搬送ベルト３２ａ，
３２ｂ上のウエハを保持して前記ターゲツト３３
_１〜３３₄に対向配置させるための傾動自在なプラ
テン（図示せず）が設けられている。

前記アンロード室１５内には、上下動するアン
ロード用キヤリア３４が装填されている。また、
同アンロード室１５内には搬送機構（図示せず）
が配置されている。この搬送機構の一部は前記キ
ヤリア３４の受入口に位置し、同キヤリア３４を
下方に駆動することにより、該搬送機構上の膜形
成済みのウエハを１枚づつ同キヤリア３４内に収
納できるようになつている。

更に、前記各室１３，１４₁〜１４₄，１５に対
応するチヤンバ１１底壁にはクライオンポンプ３
５₁〜３５₆が連結されている。同各室１３，１４
_１〜１４₄，１５に対応するチヤンバ１１上壁は、
排気管３６₁〜３６₆を介してロータリーポンプ３
７に連結されている。

次に、本発明装置によるウエハの成膜処理を説
明する。

まず、ロード室１３と第１スパツタ室１４₁、
及びアンロード室１５と第４スパツタ室１４₄の
開閉機構１６₁，１６₅を閉じ、ロード室１３及び
アンロード室１５にN₂ガスを導入して大気に戻
す。つづいて、ロード室１３にウエハを収納した
ロード用キヤリア２３を、アンロード室１５に空
のアンロード用キヤリア３４を夫夫装填する。ひ
きつづき、クライオンポンプ３５₁〜３５₆及びロ
ータリーポンプ３７を作動してロード室１３、各
スパツタ室１４₁〜１４₄及びアンロード室１５内
を真空排気した後、第１〜第４の開閉機構１６₁
〜１６₄を開け、ロード室１３内の搬送機構（図
示せず）及び第１〜第４の搬送機構２４₁〜２４₄
を駆動して、ロード用キヤリア２３内のウエハ３
８を１枚づつ各スパツタ室１４₁〜１４₄の搬送機
構２４₁〜２４₄の駆動ベルト３２ａ，３２ｂ中央
にセツトする。この時、開閉機構１６₁〜１６₄の
開放動作はシリンダ２１を上昇させ、作動杆２０
を介して連結された仕切バルブ１９を上昇させ
て、その搬送口１８′を仕切板１２₁〜１２₄、仕
切ガイド板１７の搬送口１８と合致させることに
よりなされる。また、ウエハ３８の移動はこれら
合致した搬送口１８，１８′を通過させることに
よりなされる。

次いで、仕切バルブ１９を下方に再度駆動して
開閉機構１６₁〜１６₄を閉じた後、各スパツタ室
１４₁〜１４₄のウエハ３８を図示しないプラテン
により保持してターゲツト３３₁〜３３₄と対向配
置し、マグネトロンスパツタリングを行なつてウ
エハ３８表面に膜形成を行なう。スパツタリング
の後、プラテンを水平に戻し、再度、搬送機構２
４₁〜２４₂の搬送ベルト３２ａ，３２ｂ上に乗せ
る。この後、開閉機構１６₂〜１６₅を開き、搬送
機構２４₁〜２４₄及びアンロード室１５内の図示
しない搬送機構を作動して各スパツタ室１４₁〜
１４₄内の４枚のウエハをアンロード用キヤリア
３４に順次収納する。こうした動作を繰り返して
ロード用キヤリア２３内の全ウエハの成膜処理を
行ない、アンロード用キヤリア３４内に収納した
後、再度第５開閉機構１６₅を閉じ（第１開閉機
構１６₁は既に閉じられている）、ロード室１３及
びアンロード室１５を大気に戻して処理を完了す
る。

しかして、本発明によればスパツタ室を複数、
例えば４つ配置して同時にスパツタリングを行な
うため、ウエハ処理能力の大幅な向上を達成でき
る。

また、仕切板１２₁〜１２₅と開閉機構１６₁〜
１６₅で区画された独立するスパツタ室１４₁〜１
４₄でウエハの成膜を行なうため、相互汚染を防
止できる。特に、第１スパツタ室１４₁のターゲ
ツト３３₁をチタンで形成し、他のスパツタ室１
４₂〜１４₃のターゲツト３３₂〜３３₄をAlで形成
し、第１スパツタ室１４₁をN₂雰囲気、第２〜第
４のスパツタ室１４₂〜１４₄をAr雰囲気にして、
スパツタリングを行ない第１スパツタ室１４₁の
ウエハ上にTiN膜を、第２〜第４のスパツタ室
１４₂〜１４₄のウエハ上にAl膜を形成する場合に
は、第４図図示の従来装置に比べて相互汚染をよ
り顕著に防止できる。

更に、スパツタ室１４₁〜１４₄が各々独立して
いるため、各スパツタ室においてスパツタリング
条件を精密にコントロールすることが可能とな
る。その結果、各々のスパツタ室１４₁〜１４₄で
異なる材料のターゲツトを用いてスパツタリング
を行なつてもウエハ上に高信頼性の膜を形成でき
る。

なお、上記実施例ではスパツタ室を４つ配置し
た例について説明したが、２乃至３個、或いは５
つ以上配置してもよい。また、上記実施例に説明
した前段（第１、第２のスパツタ室）をスパツタ
エツチングのクリーニング室とし、前段の２つの
クリーニング室でウエハのスパツタエツチングに
よるクリーニングを、後段の２つのスパツタ室
（第３、第４のスパツタ室）で成膜を行ない、１
サイクルで２枚のウエハ処理を行なうようにして
もよい。

上記実施例ではマグネトロンスパツタリングに
ついて説明したが、RFスパツタリング、RF又は
DCバイアススパツタリングにも同様に適用でき
る。

上記実施例では搬送機構として搬送ベルトを用
いた例について説明したが、他の搬送機構にも同
様に適用できる。

上記実施例において、各スパツタ室にプラテン
を垂直に立てた時にウエハを加熱するためのヒー
タを配置してもよい。このヒータ（例えばランプ
ヒータ）による加熱はスパツタリング前及びスパ
ツタリング中でも可能である。

上記実施例において、開閉機構を構成する仕切
板と仕切ガイド板により形成される空間に連通す
る差動排気機構を設けてもよい。こうした構成に
よれば、開閉機構を開けてスパツタ室の間を連通
させる際、前記差動排気機構を作動して強制的に
搬出口付近のガスを排出することにより、相互汚
染をより確実に防止することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば高いスルー
プツトを有し、相互汚染のない高信頼性の被膜形
成が可能なスパツタリング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスパツタリン
グ装置の概略正面図、第２図は第１図のスパツタ
リング装置の要部断面図、第３図は第１図のスパ
ツタ室の断面図、第４図は従来のスパツタリング
装置を示す概略図である。 １１……チヤンバ、１２₁〜１２₅……仕切板、
１３……ロード室、１４₁〜１４₄……スパツタ
室、１５……アンロード室、１６₁〜１６₅……開
閉機構、１８，１８′……搬送口、１９……仕切
バルブ、２１……シリンダ、２３……ロード用キ
ヤリア、２４₁〜２４₄……搬送機構、３２ａ，３
２ｂ……搬送ベルト、３３₁〜３３₄……ターゲツ
ト、３４……アンロード用キヤリア、３５₁〜３
５₆……クライオポンプ、３７……ロータリーポ
ンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ターゲツト材料に直流又は高周波電力を印加
   してスパツタリングを行なうスパツタリング装置
   において、ウエハを収納したキヤリアが装填され
   るロード室と、このロード室に隣接して配置さ
   れ、仕切板及び開閉機構により相互に区画された
   複数のスパツタ室と、これらスパツタ室の後段に
   隣接して配置され、処理済のウエハを収納するキ
   ヤリアが装填されたアンロード室と、前記各スパ
   ツタ室に夫々配置された１つのターゲツトと、前
   記各室に配置された搬送機構とを具備したことを
   特徴とするスパツタリング装置。