JPH10152771A - 半導体成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバ内に飛散する金属粒子が、ウェーハ
上に金属薄膜を形成せずにチャンバ内壁表面に付着する
のを防止して、金属粒子を無駄に消費することのない半
導体成膜装置を提供する。 【解決手段】 スパッタチャンバ１４内に、複数枚のウ
ェーハ２０を支持可能としたウェーハホルダ２５，２
６，２７，２８，２９を設け、スパッタチャンバ１４内
に金属粒子を飛散させてウェーハ２０上に薄膜を形成す
る。金属粒子は、金属ターゲット２４からプラズマイオ
ンによりスパッタされる金属粒子であって、ウェーハ２
０は、金属ターゲット２４の対向面及びプラズマ発生領
域の周囲側面に複数枚設置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チャンバ内に金属
粒子を飛散させてウェーハ上に薄膜を形成する半導体成
膜装置に関する。特に、ウェーハを支持するウェーハホ
ルダは複数枚のウェーハを支持可能とした半導体成膜装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、チャンバ内にウェーハを支持する
ウェーハホルダを設け、チャンバ内に金属粒子を飛散さ
せてウェーハ上に物理的に薄膜を形成する半導体成膜装
置が知られている。

【０００３】このような物理的成膜方法を用いる半導体
製造装置として、マグネトロン・スパッタ装置が実用化
されている。図６に示すように、マグネトロン・スパッ
タ装置は、真空空間を形成するスパッタチャンバ１内
に、カソード２と、カソード２の対向方向に離間して１
個のウェーハホルダ３を有している。カソード２には、
マグネット４が装着されるとともにウェーハホルダ３に
対向する面に金属ターゲット５が装着され、陽極を兼ね
るウェーハホルダ３にはウェーハ６が装着される。スパ
ッタチャンバ１内にアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを
導入し両極間に電圧を印加すると、マグネット４の磁界
の印加により金属ターゲット５上に高密度のプラズマが
発生し、プラズマ中の正イオンが陰極上の金属ターゲッ
ト５表面に衝突して金属粒子が弾き出される。弾き出さ
れた金属粒子は、ウェーハ６上に堆積し金属薄膜を形成
する。金属薄膜の形成は、ウェーハ６を１枚ずつウェー
ハホルダ３にセットして行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属タ
ーゲット５の表面から弾き出された金属粒子は、ウェー
ハ６に向かうばかりでなくウェーハ６の周囲や金属ター
ゲット５の近傍にも飛散する。ウェーハ６の周囲や金属
ターゲット５の近傍に飛散した金属粒子は、ウェーハ６
の表面に付着せずスパッタチャンバ１の内壁や配管、配
線その他の部品表面に付着して付着粒子７となる。

【０００５】このように、スパッタチャンバ１の内壁表
面に付着した付着粒子７はウェーハ６上に金属薄膜を形
成しないので、金属粒子を無駄に消費してしまうという
問題点があった。

【０００６】また、付着粒子７がスパッタチャンバ１の
内壁表面に長期間付着し続けると、図７に示すように、
時間が経つに連れてその付着粒子７が内壁表面から剥が
れパーティクルとなってウェーハ６の上に落下してしま
うという問題点もあった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、チャンバ内に飛散する金属粒子が、ウェーハ上に金
属薄膜を形成せずにチャンバ内壁表面に付着するのを防
止して、金属粒子を無駄に消費することのない半導体成
膜装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、チャンバ内にウェーハを支持す
るウェーハホルダを設け、前記チャンバ内に金属粒子を
飛散させて前記ウェーハ上に薄膜を形成する半導体成膜
装置において、前記ウェーハホルダは複数枚のウェーハ
を支持可能としたことを特徴とする半導体成膜装置を提
供する。

【０００９】上記構成によると、複数枚のウェーハを支
持するウェーハホルダにより、飛散する金属粒子を受け
止めるウェーハの面積が増えて金属粒子がチャンバ内壁
表面に向かうのが遮られる。これにより、チャンバ内に
飛散する金属粒子が、ウェーハ上に金属薄膜を形成せず
にチャンバ内壁表面に付着するのが防止され、金属粒子
を無駄に消費することがない。この場合、ウェーハホル
ダは１枚ずつウェーハを支持し、複数のウェーハホルダ
を備えてもよいし、或いは１つのウェーハホルダが複数
枚のウェーハを支持するように構成してもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】好ましい実施の形態においては、
前記金属粒子は、スパッタ装置におけるターゲットから
プラズマイオンによりスパッタされる金属粒子であっ
て、前記ウェーハは、前記ターゲットの対向面及びプラ
ズマ発生領域の周囲側面に複数枚設置されることを特徴
としている。

【００１１】この構成により、上述した半導体成膜装置
をスパッタ装置に適用することができ、スパッタ装置に
おいて、ターゲットの対向面及びプラズマ発生領域の周
囲側面に複数枚設置されたウェーハにより、飛散する金
属粒子がチャンバ内表面に向かうのが遮られ、金属粒子
を無駄に消費することがない。

【００１２】別の、好ましい実施の形態においては、前
記金属粒子は、蒸着装置における蒸発源から加熱されて
飛散する金属粒子であることを特徴としている。

【００１３】この構成により、上述した半導体成膜装置
を真空蒸着装置に適用することができ、真空蒸着装置に
おいて、飛散する金属粒子がチャンバ内壁表面に向かう
のが遮られ、金属粒子を無駄に消費することがない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る半導体成膜装
置を備えた真空処理装置の概略構成図である。図２は、
本発明の一実施例に係る半導体成膜装置を側面から見た
説明図である。図３は、図２に示す半導体成膜装置をタ
ーゲット側から見た説明図である。

【００１５】本発明の一実施例に係る半導体成膜装置
は、真空処理装置に備えられている。図１に示すよう
に、この真空処理装置は、中央のチャンバ連結室１０
と、その周囲に設けた３つの第１、第２、第３プロセス
チャンバ１３，１４，１５により構成される。この例で
は、第１プロセスチャンバ１３はプレヒートチャンバで
あり、第２プロセスチャンバ１４はスパッタチャンバで
あり、第３プロセスチャンバ１５は高周波エッチングチ
ャンバである。チャンバ連結室１０には中継室１１を介
して真空予備室１２が連結する。チャンバ連結室１０と
中継室１１及び各プロセスチャンバ１３，１４，１５と
の間、及び中継室１１と真空予備室１２との間は、それ
ぞれ開閉可能な扉１６を設けた開口部を介して連通して
いる。扉１６の閉時、各室及び各チャンバは密閉状態に
なる。各プロセスチャンバ１３，１４，１５には、液化
ガスを利用して真空を得るクライオポンプ１７が備わ
る。また、真空予備室１２及びチャンバ連絡室１０にも
真空装置（図示せず）が接続される。これにより、ウェ
ーハ処理時に、ウェーハを真空状態で装置外部から各プ
ロセスチャンバ内に搬入し、処理終了後は装置内を真空
状態に保ったままウェーハを外部に搬出することができ
る。

【００１６】チャンバ連結室１０の中央部には、アーム
１８を備えたアームロボット１９が設置されている。こ
のアームロボット１９は回転可能に形成されている。ア
ーム１８は、先端にウェーハ２０を把持することができ
るとともに、各チャンバ１３，１４，１５に対し進出退
避可能に形成されている。アーム１８の進出時、その先
端は開口部から各チャンバ１３，１４，１５内に進入
し、先端に把持したウェーハ２０を各チャンバ１３，１
４，１５内の所定位置に置くことができる。

【００１７】チャンバ連絡室１０と真空予備室１２の間
には、ウェーハ２０を搬送する図示しない搬送手段が設
けられている。この搬送手段により、真空予備室１２か
らチャンバ連絡室１０のアームロボット１９へ及びその
逆に随時ウェーハ２０を搬送することができる。

【００１８】図２及び図３に示すように、本発明に係る
スパッタチャンバ（第２プロセスチャンバ）１４は、矩
形の箱型に形成され、天井面１４ａにカソード２１が設
けられている。カソード２１内にはマグネット２２が装
着され、カソード２１のチャンバ内部側端面には、バッ
キングプレート２３を介して金属ターゲット２４が装着
されている。金属ターゲット２４には、アルミニウム
（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、銅
（Ｃｕ）或いはその他の重金属等が用いられる。

【００１９】金属ターゲット２４から離間して対向する
底面１４ｂには、底ウェーハホルダ２５が支柱２５ａを
介して設置されている（図２参照）。同様に、底面１４
ｂを囲む４つの側面である前側面１４ｃと、後側面１４
ｄと、左側面１４ｅと、右側面１４ｆにも、それぞれ前
ウェーハホルダ２６が支柱２６ａを介し、後ウェーハホ
ルダ２７が支柱２７ａを介し、左ウェーハホルダ２８が
支柱２８ａを介し、右ウェーハホルダ２９が支柱２９ａ
を介しそれぞれ設置されている（図３参照）。これによ
り、金属ターゲット２４の対向面及びその周囲の前後左
右面、即ちターゲット前面に形成される空間（プラズマ
発生領域）の周囲５面は、５つのウェーハホルダ２５，
２６，２７，２８，２９により囲まれた状態になる。各
ウェーハホルダ２５，２６，２７，２８，２９は、円板
状に形成され、上面に載置した被膜対象であるウェーハ
２０を支持するとともに、陽極を兼ねている。

【００２０】上記構成を有するプロセスチャンバにおい
て、ウェーハに薄膜を形成する場合を以下に説明する。

【００２１】真空のスパッタチャンバ１４内に、アルゴ
ン（Ａｒ）等の不活性ガスを導入し、カソード２１と各
ウェーハホルダ２５，２６，２７，２８，２９の両極間
に電圧を印加すると、マグネット２２の磁界の印加によ
り金属ターゲット２４上に高密度のプラズマが発生す
る。発生したプラズマ中の正イオンが陰極上の金属ター
ゲット２４の表面に衝突し、金属粒子が弾き出される。
金属ターゲット２４から弾き出された金属粒子は、金属
ターゲット２４に含有される金属結晶の方位差によって
あらゆる方向に飛散する（図２参照）。

【００２２】飛散する金属粒子は、金属ターゲット２４
の対向面に設置された底ウェーハホルダ２５、及びプラ
ズマ発生領域の周囲側面に設置された各ウェーハホルダ
２６，２７，２８，２９にそれぞれ支持された５枚のウ
ェーハ２０に衝突する。５枚のウェーハ２０に衝突した
金属粒子は、各ウェーハ２０上に堆積し金属薄膜を形成
する。

【００２３】このように、金属ターゲット２４から弾き
出された金属粒子は、飛散方向を取り囲むように配置さ
れた各ウェーハホルダ２５，２６，２７，２８，２９に
より、飛散する金属粒子がスパッタチャンバ１４の内壁
表面に向かうのが遮られ、各ウェーハ２０に堆積してス
パッタチャンバ１４の内壁表面には殆ど届かない。

【００２４】従って、金属ターゲット２４からスパッタ
されてスパッタチャンバ１４内に飛散する金属粒子は、
殆ど全て有効にウェーハ表面に付着して薄膜を形成し、
スパッタチャンバ１４の底面１４ｂや前側面１４ｃや後
側面１４ｄや左側面１４ｅや右側面１４ｆ等のチャンバ
内壁表面には殆ど付着しない。このため、スパッタチャ
ンバ１４の内壁表面に付着する付着粒子２４ａがパーテ
ィクルとなってウェーハ２０の上に落下することが極力
防止できる。

【００２５】なお、スパッタ処理において、各ウェーハ
ホルダ２５，２６，２７，２８，２９の配置状態や金属
粒子の飛散状況により、若干の付着粒子２４ａの発生は
避けられない（図２参照）が、その量は従来に比べて大
幅に少ない。

【００２６】この半導体成膜装置を備えた真空処理装置
による半導体製造工程の一例を以下に説明する。

【００２７】先ず、真空予備室１２から中継室１１を経
てチャンバ連絡室１０にウェーハ２０が順次搬送され
る。このウェーハ２０には、例えば前工程でコンタクト
ホールが形成されている。チャンバ連絡室１０に搬送さ
れたウェーハ２０は、アームロボット１９によりチャン
バ連絡室１０から第１プロセスチャンバ（プレヒートチ
ャンバ）１３に送り込まれ、各ウェーハ２０が予備加熱
される。

【００２８】プレヒート処理されたウェーハ２０は、ア
ームロボット１９によりプロセスチャンバ１３から取り
出された後、高周波エッチングチャンバ１５内に送り込
まれる。高周波エッチングチャンバ１５内で、ウェーハ
２０はエッチング処理され、コンタクトホール底面に残
る酸化膜が除去されてアルミニウム配線層を露出させ
る。

【００２９】次に、エッチング処理されたウェーハ２０
は、アームロボット１９により高周波エッチングチャン
バ１３から取り出された後、スパッタチャンバ１４内に
送り込まれる。スパッタチャンバ１４内には、５枚のウ
ェーハ２０が送り込まれ、各ウェーハホルダ２５，２
６，２７，２８，２９に装着される。

【００３０】続いて、スパッタチャンバ１４内に５枚の
ウェーハ２０がセットされたのを確認した後、スパッタ
処理を行う。このスパッタ処理により、５枚のウェーハ
２０に同時に金属薄膜が形成され、コンタクトホールの
穴埋めが行われる。各ウェーハホルダ２５，２６，２
７，２８，２９に５枚のウェーハ２０がセットされるこ
とにより、前述のように飛散する金属粒子は殆ど全て５
枚のウェーハ２０上に堆積して金属薄膜を形成する。

【００３１】このようにして、１回のスパッタ処理によ
る１個の金属ターゲットのターゲットライフ中に、同時
に複数枚のウェーハ２０の成膜が可能となる。

【００３２】図４は、ターゲット消費量とウェーハ処理
枚数との関係をグラフで表わした説明図である。図４に
おいて、ｘ軸はターゲット消費量（ｋＷ・ｈ）、ｙ軸は
スパッタ処理枚数（枚）、ｘ１は処理開始時、ｘ２はタ
ーゲットライフ終了時、ａは本実施例に係るスパッタチ
ャンバ１４によるウェーハの処理枚数、ｂは従来の１個
のウェーハホルダを設けたスパッタチャンバによるウェ
ーハの処理枚数をそれぞれ示している。

【００３３】本実施例の場合、５個のウェーハホルダ２
５，２６，２７，２８，２９を設けているので、同時に
５枚のウェーハ２０のスパッタ処理が可能となり、１個
のターゲットによるウェーハ処理枚数は従来のスパッタ
チャンバと比べて、５倍（ａ＝５ｂ）に増加する。

【００３４】また、図５に示すように、スパッタ処理中
にスパッタチャンバ１４の内表面から剥がれ落ちてウェ
ーハ２０上に付着するパーティクル数を減少させること
ができる。

【００３５】図５は、ターゲット消費量とパーティクル
数との関係をグラフで表わした説明図である。図５にお
いて、ｘ軸はターゲット消費量（ｋＷ・ｈ）、ｙ軸はパ
ーティクル数（個）、ｘ１は処理開始時、ｘ２はターゲ
ットライフ終了時、ｃは本実施例に係るスパッタチャン
バ１４によるパーティクル数、ｄは従来の１個のウェー
ハホルダを設けたスパッタチャンバによるパーティクル
数をそれぞれ示している。

【００３６】本実施例の場合、５個のウェーハホルダ２
５，２６，２７，２８，２９を設けているので、５個の
ウェーハホルダ２５，２６，２７，２８，２９がマスク
となってスパッタチャンバ１４の内壁表面への金属粒子
の付着を防止することができ、従来のスパッタチャンバ
と比べて、剥がれ落ちるパーティクル数を格段に少なく
することができる。とりわけ、従来は、ターゲットライ
フ終了時が近付くに連れて大幅に増えたパーティクル数
が、ほぼ横這いで推移する。

【００３７】次に、スパッタ処理されたウェーハ２０
は、アームロボット１９によりスパッタチャンバ１４か
ら取り出された後、真空予備室１２を経て順次次の工程
に送り出される。

【００３８】なお、本実施例において、スパッタチャン
バ１４はマグネトロン・スパッタ装置であったが、他の
スパッタ装置でもよく、或いは金属粒子が蒸発源から加
熱されて飛散する真空蒸着装置でもよい。

【００３９】また、スパッタチャンバ１４には、５個の
ウェーハホルダ２５，２６，２７，２８，２９を設置し
たが、ウェーハホルダの配置状態や配置数はこれに限る
ものではない。例えば、底ウェーハホルダ２５と各ウェ
ーハホルダ２６，２７，２８，２９との隙間を無くすよ
うに配置してもよく、同一面に複数個並設してもよい。
このように、底ウェーハホルダ２５と各ウェーハホルダ
２６，２７，２８，２９との隙間を無くすように配置す
れば、スパッタチャンバ１４の内壁表面に付着する付着
粒子２４ａを殆ど無くすことができる。

【００４０】また、上述した半導体成膜装置を備えた真
空処理装置による半導体製造工程において、スパッタチ
ャンバ１４だけでなく、プレヒートチャンバ１３や高周
波エッチングチャンバ１５においても同様に複数枚（こ
の例では５枚）のウェーハを同時に処理することによ
り、金属粒子を無駄に消費することがないのに加えて、
より効率的な処理が可能になる。

【００４１】更に、チャンバの種類及び配置は上記実施
例に限るものではなく、必要に応じて蒸着チャンバやプ
レヒートチャンバ等任意の種類のチャンバを任意に配置
してもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体成膜装置によれば、チャンバ内にウェーハを支持する
ウェーハホルダを設け、前記チャンバ内に金属粒子を飛
散させて前記ウェーハ上に薄膜を形成する半導体成膜装
置において、前記ウェーハホルダは複数枚のウェーハを
支持可能としたので、複数枚のウェーハを支持するウェ
ーハホルダにより、飛散する金属粒子を受け止めるウェ
ーハの面積が増えて、ターゲットの金属が全て有効に薄
膜形成のために使用され生産性が向上する。また、金属
粒子がチャンバ内壁表面に向かうのが遮られチャンバ内
壁表面に届かないため、チャンバ内壁表面への金属粒子
の付着が抑制され、付着した金属粒子の剥がれによるウ
ェーハ汚染が防止されて品質の向上及び歩留りの向上が
図られる。また、前記金属粒子は、ターゲットからプラ
ズマイオンによりスパッタされる金属粒子であって、前
記ウェーハは、前記ターゲットの対向面及びプラズマ発
生領域の周囲側面に複数枚設置される構成を有すれば、
上述した半導体成膜装置をスパッタ装置に適用すること
ができ、スパッタ装置において、ターゲットの対向面及
びプラズマ発生領域の周囲側面に複数枚設置されたウェ
ーハにより、飛散する金属粒子がチャンバ内表面に向か
うのが遮られ、金属粒子を無駄に消費することがない。

【００４３】また、前記金属粒子は、蒸発源から加熱さ
れて飛散する金属粒子である構成とすれば、上述した半
導体成膜装置を真空蒸着装置に適用することができ、真
空蒸着装置において、飛散する金属粒子がチャンバ内表
面に向かうのが遮られ、金属粒子を無駄に消費すること
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る半導体成膜装置を備
えた真空処理装置の概略構成図。

【図２】 本発明の一実施例に係る半導体成膜装置を側
面から見た説明図。

【図３】 図２に示す半導体成膜装置をターゲット側か
ら見た説明図。

【図４】 ターゲット消費量とウェーハ処理枚数との関
係をグラフで表わした説明図。

【図５】 ターゲット消費量とパーティクル数との関係
をグラフで表わした説明図。

【図６】 従来のスパッタ装置の構成図。

【図７】 従来のスパッタ装置内壁へのスパッタ粒子付
着状態の説明図。

【符号の説明】

１０：チャンバ連結室、１１：中継室、１２：真空予備
室、１３：プロセスチャンバ、１４：スパッタチャン
バ、１５：高周波エッチングチャンバ、１６：扉、１
７：クライオポンプ、１８：アーム、１９：アームロボ
ット、２０：ウェーハ、２１：カソード、２２：マグネ
ット、２３：バッキングプレート、２４：金属ターゲッ
ト、２５：底ウェーハホルダ、２６：前ウェーハホル
ダ、２７：後ウェーハホルダ、２８：左ウェーハホル
ダ、２９：右ウェーハホルダ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバ内にウェーハを支持するウェーハ
   ホルダを設け、前記チャンバ内に金属粒子を飛散させて
   前記ウェーハ上に薄膜を形成する半導体成膜装置におい
   て、 前記ウェーハホルダは複数枚のウェーハを支持可能とし
   たことを特徴とする半導体成膜装置。
2. 【請求項２】前記金属粒子は、スパッタ装置におけるタ
   ーゲットからプラズマイオンによりスパッタされる金属
   粒子であって、前記ウェーハは、前記ターゲットの対向
   面及びプラズマ発生領域の周囲側面に複数枚設置された
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体成膜装置。
3. 【請求項３】前記金属粒子は、蒸着装置における蒸発源
   から加熱されて飛散する金属粒子であることを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体成膜装置。