JPH0963959A - ターゲットのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタリング装置の運転効率を向上させる
ことのできるターゲットのクリーニング方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明によるクリーニング方法においては、
まず、スパッタリング装置１０内の第１の位置１６に、
処理チャンバ１４内の真空を維持した状態で、ウェハＷ
と実質的に同形のシャッタディスクＳを配置し、次い
で、そのシャッタディスクをウェハ搬送装置３０により
処理チャンバ内のシャッタ機構６４に装填し、当該処理
チャンバにて成膜処理とクリーニング処理とを所定回数
繰り返す。この後、ウェハ搬送装置を用いて使用済みシ
ャッタディスクをスパッタリング装置内の第２の位置１
６に搬送し、処理チャンバ内の真空を維持した状態で、
第２の位置から外部にシャッタディスクを取り出す。こ
の方法では、シャッタディスクの交換に際し、スパッタ
リング装置の運転を停止する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ上に集積回
路を形成する場合等に用いられるスパッタリング装置に
関し、特に、スパッタリング装置におけるターゲットの
クリーニング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェハの表面にスパッタリングにより薄
膜を形成する場合、各成膜処理の前にターゲットの表面
に付着した不純物を除去し、ターゲットの表面の安定化
を図るために、クリーニング処理を行う。このクリーニ
ング処理はスパッタリングにより行うが、ターゲット表
面から分離した粒子がウェハ上に堆積しないよう、ター
ゲットとウェハとの間にシャッタディスクを配置するの
が一般的である。

【０００３】通常、１枚のシャッタディスクで複数回の
クリーニング処理を行うが、クリーニング処理が所定回
数以上行われると、シャッタディスク上には不純物が相
当量、堆積する。このため、シャッタディスクは、定期
的に或いは必要に応じて清浄なものと交換しなければな
らない。

【０００４】従来一般のシャッタディスクはチタン製で
あり、比較的厚い円板状のものである。このようなシャ
ッタディスクを交換する場合、従来においては、ステッ
ピング装置の運転を停止して処理チャンバを開放し、人
手によりシャッタディスクを外部に取り出した後、清浄
なシャッタディスクと交換することとしていた。また、
チタン製シャッタディスクは高価であるので、処理チャ
ンバから取り出されたシャッタディスクは、再使用でき
るよう、堆積物除去・洗浄処理がなされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のターゲットのクリーニング方法では人手によるシャッ
タディスクの交換が必要であり、手間がかかり、スパッ
タリング装置の運転を長時間にわたり停止しなければな
らなかった。また、取り出したシャッタディスクに対す
る堆積物除去・洗浄処理も手間のかかる作業である。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
決することのできる新規なターゲットのクリーニング方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、スパッタリングによりウェハ上に成膜処
理を施す処理チャンバを有するスパッタリング装置内の
第１の位置に、処理チャンバ内の真空を維持した状態
で、ウェハと実質的に同形のシャッタディスクを配置す
る第１のステップと、処理チャンバ内のターゲットに対
してスパッタリングによるクリーニング処理を施す際に
シャッタディスクを処理チャンバ内のウェハとターゲッ
トとの間に配置するシャッタ機構に、スパッタリング装
置のウェハ搬送装置を用いて、第１の位置に配置された
シャッタディスクを搬送し装填する第２のステップと、
処理チャンバにて成膜処理とクリーニング処理とを所定
回数繰り返し行う第３のステップと、第３のステップの
完了後、ウェハ搬送装置を用いてシャッタディスクをス
パッタリング装置内の第２の位置に搬送する第４のステ
ップと、処理チャンバ内の真空を維持した状態で、第２
の位置からスパッタリング装置の外部にシャッタディス
クを取り出す第５のステップとを備えるターゲットのク
リーニング方法を特徴としている。

【０００８】この方法においては、シャッタディスクは
ウェハと実質的に同形であるため、スパッタリング装置
のウェハ搬送装置によりシャッタディスクをシャッタ機
構に装填することができる。また、処理チャンバ内を真
空に維持したままで、シャッタディスクをスパッタリン
グ装置に対して出し入れするので、スパッタリング装置
の運転を停止する必要がない。

【０００９】本発明が適用されるスパッタリング装置と
しては、複数のチャンバを備えるマルチチャンバ型のも
のが好ましく、かかる場合、前記の第１の位置及び第２
の位置は、処理チャンバとは別個独立に前記スパッタリ
ング装置に設けられたチャンバ内の位置にすることがで
きる。

【００１０】また、シャッタディスクを、例えば安価な
ステンレス鋼から作り、使い捨て可能とすることで、シ
ャッタディスクの堆積物除去・洗浄処理が不要となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明が適用されるスパッタリン
グ装置を概略的に示した図である。図示のスパッタリン
グ装置１０は、ロードロック室１２の周囲に処理チャン
バ１４、カセットチャンバ１６，１８、その他のチャン
バ２０〜２８を配設して成るマルチチャンバ型のもので
ある。このスパッタリング装置１０は、ロードロック室
１２及びその周囲のチャンバ１４〜２８内を真空に維持
した状態でウェハＷの処理や搬送が可能となっている。

【００１３】ロードロック室１２には、チャンバ１４〜
２８間でのウェハＷの搬送を行うためのウェハ搬送装置
３０が設けられている。図示のウェハ搬送装置３０は、
ロードロック室１２の中心に設置された支持軸３２と、
この支持軸３２に駆動機構３４を介して水平に支持され
た細長い平板状のブレード３６とを備えている。ブレー
ド３６は、駆動機構３４を遠隔制御することで、支持軸
３２を中心として旋回及び径方向に前後動し、その先端
部を所望のチャンバ１４〜２８内に差し入れることがで
きるようになっている。かかる構成においては、ブレー
ド３６の先端部にウェハＷを載せた状態で、ウェハＷを
チャンバ１４〜２８間で搬送することが可能となる。

【００１４】図２及び図３は、それぞれ、図１のマルチ
チャンバ型スパッタリング装置１０における処理チャン
バ１４の一つを概略的に示した縦断面図及び横断面図で
ある。この処理チャンバ１４はハウジング３８により画
成されている。ロードロック室１０との境界となるハウ
ジング３８の側壁３８ａにはウェハ搬送通路３８ｂが設
けられており、この通路３８ｂは開閉扉４０により気密
に閉じられるようになっている。

【００１５】ハウジング３８の上部には略円形のターゲ
ット４２が取り付けられており、その下方にはウェハ支
持体４４が配置されている。ウェハＷはウェハ支持体４
４上で支持され、ターゲット４２の下面に対して平行に
対向配置される。ウェハ支持体４４は、ハウジング３８
の底板３８ｃを貫通して垂直方向に延びる支持管４６の
上端に支持されている。支持管４６は昇降機構４８によ
り昇降可能となっており、これにより、ウェハ支持体４
４は図２の実線で示す第１位置と二点鎖線で示す第２位
置との間で昇降される。なお、図２において、符号５０
はベローズであり、処理チャンバ１４内の真空を保つた
めのものである。

【００１６】ターゲット４２とウェハ支持体４４とには
それぞれ、直流電源（図示せず）の陰極と陽極が接続さ
れている。真空とされた処理チャンバ１４に処理ガスを
導入してターゲット４２とウェハ支持体４４（即ち、ウ
ェハＷ）との間に電圧をかけると、グロー放電が発生す
る。この時、プラズマ中の正イオンがターゲット表面に
衝突し、ターゲット原子をはじき出し、このターゲット
原子がウェハＷ上に堆積して薄膜が形成されるのであ
る。

【００１７】また、ウェハ支持体４４の下側にはリフト
プレート５２が配設されており、このリフトプレート５
２は、ハウジング３８の底板３８ｃを貫通し昇降機構５
４により昇降される支持軸５６に支持されている。この
支持軸５６の周囲には、処理チャンバ１４内の気密性を
保つためのベローズ５８が設けられている。リフトプレ
ート５２の上面には複数本（図示実施形態では３本）の
リフトピン６０が固定され、ウェハ支持体４４に形成さ
れた貫通孔６２を通って垂直上方に延びている。これら
のリフトピン６０は、昇降機構５４を制御することで、
リフトプレート５２と共に、図２の実線で示す第１位置
と二点鎖線で示す第２位置との間で昇降される。リフト
ピン６０が第１位置にあるとき、リフトピン６０の上端
はウェハ搬送装置３０のブレード３６よりも下側に配置
され、また、リフトピン６０が第２位置にあるとき、そ
の上端はブレード３６よりも上側に配置される。従っ
て、ウェハ搬送装置３０及び昇降機構５４を適宜操作す
ることで、ウェハＷをブレード３６とウェハ支持体４４
との間で移載することが可能となる。

【００１８】更に、処理チャンバ１４内には、ターゲッ
ト・クリーニング用のシャッタディスクＳを用いてター
ゲット４２とウェハ支持体４４との間を遮るためのシャ
ッタ機構６４が設けられている。シャッタ機構６４は、
ハウジング３８の底板３８ｃを貫通し回転可能に取り付
けられた支持軸６６と、この支持軸６６の下端部に接続
された回転駆動機構６８と、支持軸６６の上端部に固着
され水平に延びるディスク載置アーム７０とから構成さ
れている。このディスク載置アーム７０は直流電源の陽
極に電気的に接続されている。また、ディスク載置アー
ム７０は、ウェハ支持体４４の第１位置と第２位置との
中間の高さ位置に配置されており、回転駆動機構６８を
制御することで、ハウジング３８の側部に設けられたサ
イドチャンバ７２内の第１位置（図３の実線で示す位
置）と図３の二点鎖線で示す第２位置との間で回動され
る。ディスク載置アーム７０の自由端側の部分７０ａは
他の部分７０ｂよりも一段下げられており、その部分７
０ａにシャッタディスクＳが載置されるようになってい
る。このディスク載置部分７０ａの最外周部である段差
面の径はシャッタディスクＳの径と同一又は僅かに大き
くされており、載置されたシャッタディスクＳが横方向
にずれないようにしている。なお、ディスク載置部分７
０ａの中心点は、ディスク載置アーム７０が第２位置に
あるとき、ウェハ支持体４４の中心軸線上に配置され
る。また、図示するように、このディスク載置部分７０
ａは完全な円形となっていないが、これは、リフトピン
６０が第２位置にある状態でディスク載置アーム７０を
回動させた際、リフトピン６０とディスク載置アーム７
０との干渉を防止するためのものである。

【００１９】本発明によるシャッタディスクＳは従来の
ものよりも薄く、ウェハＷとほぼ同様の形状、即ちウェ
ハＷと実質的に同一の径と厚さを有している。また、こ
のシャッタディスクＳはステンレス鋼から作られてお
り、従来のチタン製のものよりも安価であり、使い捨て
が可能である。図４に明示するように、シャッタディス
クＳの一面には、その外周縁部に、複数（図示実施形態
では３つ）の凹部７４が形成されている。これらの凹部
７４は、シャッタディスクＳをディスク載置アーム７０
のディスク載置部分７０ａに載せた際、ディスク載置部
分７０ａに取り付けられた丸頭ピン７６に嵌合し、シャ
ッタディスクＳが周方向にずれるのを防止すると同時
に、パーチクルの発生を抑えることができる。

【００２０】シャッタディスクＳ及びウェハＷは、それ
ぞれ、第１及び第２のカセッチチャンバ１６，１８内に
設置されたカセット７８，８０から供給される。各カセ
ットチャンバ１６，１８とロードロック室１２との間の
ウェハ搬送通路には開閉扉８２，８４が設けられてお
り、この開閉扉８２，８４を閉じることにより、ロード
ロック室１２とカセットチャンバ１６，１８との間を気
密に遮断することができる。また、各カセットチャンバ
１６，１８は外部に通じる通路が設けられており、この
通路にも開閉扉８６，８８が設けられている。従って、
この開閉扉８６，８８を開け、ロードロック室１２とカ
セットチャンバ１６，１８との間の開閉扉８２，８４を
閉じることにより、ロードロック室１２及びその他のチ
ャンバを真空に保った状態でカセットチャンバ１６，１
８のみを開放することができ、カセットチャンバ１６，
１８内のカセット７８，８０の出し入れが可能となる。

【００２１】次に、このような構成のマルチチャンバ型
スパッタリング装置１０において実施される本発明によ
るターゲットのクリーニング方法について説明する。な
お、以下に説明するクリーニング方法は、ターゲット４
２がチタンから成り、ウェハＷ上にチタン膜（Ｔｉ膜）
を形成した後、その上にチタンナイトロイド膜（ＴｉＮ
膜）を形成する場合であって、各成膜処理の終了後にタ
ーゲット４２のクリーニング処理を行うこととした場合
に関するものである。

【００２２】まず、第１のカセットチャンバ１６の開閉
扉８６を開き、複数枚の清浄なシャッタディスクＳが収
納されたカセット７８を第１のカセットチャンバ１６に
配置する。この際、内側の開閉扉８２を閉じた状態とし
ておけば、他のチャンバ内を真空に維持することがで
き、他のチャンバ内での処理を中断する必要がない。

【００２３】次いで、開閉扉８６を閉じ、開閉扉８２を
開けた後、ウェハ搬送装置３０を操作し、ブレード３６
を第１のカセットチャンバ１６内に挿入する。シャッタ
ディスクＳはウェハＷとほぼ同形であるので、ウェハ搬
送装置３０によりウェハＷと全く同様に取り扱われ、カ
セット７８から１枚のシャッタディスクＳが取り出され
る。この後、シャッタディスクＳが載置された状態でブ
レード３６を第１のカセットチャンバ１６から抜き出し
て、処理チャンバ１４にウェハ搬送通路３８ｂを通して
挿入する。この時のブレード３８の位置は図２及び図３
の二点鎖線で示す通りである。

【００２４】ここで、昇降機構５４を制御してリフトピ
ン６０を第１位置から第２位置に上昇させると、リフト
ピン６０の上端にシャッタディスクＳが移載される。シ
ャッタディスクＳがリフトピン６０により確実に支持さ
れたならば、ブレード３６を処理チャンバ１４からロー
ドロック室１２内に戻すと共に、シャッタ機構６４の回
転駆動機構６８を制御してディスク載置アーム７０を第
１位置から第２位置に回動させる。そして、リフトピン
６０を第１位置に戻すと、シャッタディスクＳはディス
ク載置アーム７０のディスク載置部分７０ａに移載され
る。この後、ディスク載置アーム７０は成膜処理の妨げ
とならない第１位置に戻される。

【００２５】次に、再度ウェハ搬送装置３０を制御し
て、第２のカセットチャンバ１８内のカセット８０から
処理すべきウェハＷを取り出し、処理チャンバ１４内に
搬入し、前述したようにしてリフトピン６０を上下させ
てウェハＷをウェハ支持体４４上に載り移らせる。そし
て、ロードロック室１２と処理チャンバ１４との間の開
閉扉４０を閉じ、ウェハ支持体４４を第１位置から第２
位置に上昇させ、Ｔｉ膜の成膜処理を開始する。Ｔｉ膜
の成膜処理は、周知の通り、真空の処理チャンバ１４内
に処理ガスとしてアルゴンガスを所定量導入し、ターゲ
ット４２とウェハＷとの間に電圧をかけ、グロー放電を
発生させる。これにより、プラズマ中のアルゴンイオン
がターゲット４２の表面に衝突し、その結果、Ｔｉがス
パッタ粒子としてウェハＷ上に堆積する。

【００２６】このＴｉ膜成膜処理が完了したならば、処
理チャンバ１４内の処理ガスを排気すると共に、ターゲ
ット表面に付着したＴｉ粒子を除去すべく、クリーニン
グ処理を行う。このクリーニング処理では、まず、ウェ
ハ支持体４４を第１位置に下げ、ディスク載置アーム７
０を第１位置から第２位置に移動させる。この状態にお
いて、シャッタディスクＳはシールド９０と協働してウ
ェハＷの表面をターゲット４２から覆い隠すこととな
る。そして、次の成膜処理に用いる処理ガス、即ち窒素
ガスを導入すると共に、ターゲット４２とシャッタディ
スクＳ間に電圧を印加し、スパッタリング現象を利用し
てターゲット４２の表面の付着物を除去する。

【００２７】このクリーニング処理が終了したならば、
ディスク載置アーム７０を第１位置に戻し、ウェハ支持
体４４を第２位置に上昇させ、窒素ガスでスパッタリン
グを行うと、ＴｉＮ粒子がターゲット４２からはじき出
され、ウェハＷのＴｉ膜上にＴｉＮ膜が形成される。

【００２８】ウェハＷは周知の工程を経た後、別のウェ
ハＷと交換されるが、この新たに装填されたウェハＷの
Ｔｉ膜成膜処理を行う前に、ターゲット４２の表面に付
着したＴｉＮ粒子を除去すべく、上述と同様に、ディス
ク載置アーム７０が第１位置から第２位置に移動されて
クリーニング処理が行われる。

【００２９】この後、成膜処理とクリーニング処理を交
互に行うが、所定回数、クリーニング処理を行ったなら
ば、シャッタディスクＳを新しいものと交換する。その
ために、まず、ディスク載置アーム７０を第２位置と
し、リフトピン６０を上昇させてリフトピン６０の上端
にシャッタディスクＳを移し変える。そして、開閉扉４
０を開放してブレード３６を処理チャンバ１４内に挿入
し、シャッタディスクＳの下側にブレード３６の先端部
を配置する。この後、リフトピン６０を下降させ、シャ
ッタディスクＳをブレード３６に移載する。ブレード３
６の先端部にシャッタディスクＳが載置されたならば、
ウェハ搬送装置３０を適宜操作し、シャッタディスクＳ
を第１のカセットチャンバ１６内のカセット７８に戻
す。以降は前述と同様に、新たなシャッタディスクＳを
カセット７８から取り出して、処理チャンバ１４内のシ
ャッタ機構６４に装填するのである。

【００３０】第１のカセットチャンバ１６におけるカセ
ット７８内のシャッタディスクＳが全て使用済みシャッ
タディスクとなったならば、カセットチャンバ１６の内
側の開閉扉８２を閉じ、外側の開閉扉８６を開け、カセ
ット７８を交換する。このようにしてカセットチャンバ
１６から取り出された使用済みシャッタディスクＳは、
堆積物除去・洗浄処理を行って再使用してもよいが、こ
の実施形態ではステンレス鋼製の安価なものであるの
で、廃棄処分することが効率化の観点からは好ましい。

【００３１】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、この実施形態における処理内容や処理手順に
本発明が限定されないことは言うまでもない。例えば、
上記実施形態ではクリーニング処理はＴｉ膜とＴｉＮ膜
の成膜処理の間で行うこととしているが、薄膜の種類は
Ｔｉ膜やＴｉＮ膜に限られず、また、クリーニング処理
も特定の成膜処理の後のみに行うこととしてもよい。

【００３２】また、上記実施形態では使用済みシャッタ
ディスクＳを元の第１のカセットチャンバ１６に戻すこ
ととしているが、新規なシャッタディスクを収容するチ
ャンバ（第１の位置）と使用済みシャッタディスクを収
容するチャンバ（第２の位置）とを別々としてもよい。
更に、本発明の適用可能なスパッタリング装置は、シャ
ッタディスクＳを装置内の所定の位置に配置する際に処
理チャンバ内の真空を維持できるものであれば、マルチ
チャンバ型に限定されない。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、シ
ャッタディスクをウェハと同形とすることにより、ウェ
ハ搬送装置を用いて自動的にシャッタディスクを取り扱
うことが可能となる。従って、処理チャンバの真空を維
持できるスパッタリング装置内の所定位置にシャッタデ
ィスクを配置した後は、シャッタディスクの交換に際し
て処理チャンバを開放する必要がなく、スパッタリング
装置の運転効率を大幅に向上させることができる。

【００３４】また、シャッタディスクをステンレス鋼製
等の安価な材料から作り、使い捨て可能とすることで、
シャッタディスクの堆積物除去・洗浄作業を不要とする
ことができ、この点からも作業効率の向上を図ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるマルチチャンバ型スパッタ
リング装置を示す概略説明図である。

【図２】図１のスパッタリング装置における処理チャン
バの一つを概略的に示す縦断面図であり、図３のII−II
線に沿っての断面図である。

【図３】図２のIII-III 線に沿っての断面図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿っての断面図である。

【符号の説明】

１０…スパッタリング装置、１２…ロードロック室、１
４…処理チャンバ、１６…第１のカセットチャンバ、１
８…第２のカセットチャンバ、３０…ウェハ搬送装置、
３６…ブレード、４２…ターゲット、４４…ウェハ支持
体、６０…リフトピン、６４…シャッタ機構、７０…デ
ィスク載置アーム、７８，８０…カセット、Ｗ…ウェ
ハ、Ｓ…シャッタディスク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングによりウェハ上に成膜処
   理を施す処理チャンバを有するスパッタリング装置内の
   第１の位置に、前記処理チャンバ内の真空を維持した状
   態で、ウェハと実質的に同形のシャッタディスクを配置
   する第１のステップと、 前記処理チャンバ内のターゲットに対してスパッタリン
   グによるクリーニング処理を施す際に前記シャッタディ
   スクを前記処理チャンバ内のウェハと前記ターゲットと
   の間に配置するシャッタ機構に、前記スパッタリング装
   置のウェハ搬送装置を用いて、前記第１の位置に配置さ
   れた前記シャッタディスクを搬送し装填する第２のステ
   ップと、 前記処理チャンバにて成膜処理とクリーニング処理とを
   所定回数繰り返し行う第３のステップと、 前記第３のステップの完了後、前記ウェハ搬送装置を用
   いて前記シャッタディスクを前記スパッタリング装置内
   の第２の位置に搬送する第４のステップと、 前記処理シャンバ内の真空を維持した状態で、前記第２
   の位置から前記スパッタリング装置の外部に前記シャッ
   タディスクを取り出す第５のステップと、を備えるター
   ゲットのクリーニング方法。
2. 【請求項２】 前記スパッタリング装置はマルチチャン
   バ型であり、前記第１の位置及び前記第２の位置は、前
   記処理チャンバとは別個独立に前記スパッタリング装置
   に設けられたチャンバ内の位置であることを特徴とする
   請求項１記載のターゲットのクリーニング方法。
3. 【請求項３】 前記シャッタディスクは使い捨て可能で
   あることを特徴とする請求項１又は２記載のターゲット
   のクリーニング方法。