JPH10176268A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スパッタ装置において、Ｔｉ膜形成からＴｉＮ
膜形成に切替えるときにチャンバ１２を大気にすること
なくダミーウェハ２０の交換できるとともにダミーウェ
ハデポジット膜が剥れ落ちないようにする。 【解決手段】ホルダ１７を覆う程度の大きさのシャッタ
９と、このシャッタ９をホルダの上とホルダを露呈する
位置に移動位置決めするロータリーソレノイド１１と、
チャンバ１２にゲートバルブ３を介してダミーウェハ２
０が出し入れできる小室と、ダミーウェハ２０の取入れ
取出し機構１とを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板である
ウェハに金属膜と同一金属の窒化膜を交互にスパッタリ
ングするスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、同一金属膜であるＴｉ膜
及びＴｉＮ膜を成膜するプロセスにおいては、一つのス
パッタチャンバ内でＴｉ膜の成膜とＴｉＮ膜の成膜を交
互に行なうことがある。このことは、異なる二台のスパ
ッタ装置で行なえば、処理時間が短縮されるが、Ｔｉ膜
およびＴｉＮ膜と異なる金属膜を形成していたスパッタ
装置では成膜すると、スパッタチャンバに堆積する異質
の金属膜が剥れその金属のパーテイクルがＴｉ膜あるい
はＴｉＮ膜を汚染するという品質上の問題が起きること
が多々あった。

【０００３】そこで、同一の金属の窒化膜を形成する場
合は、同一のスパッタ装置を使用して、例えば、Ｔｉ膜
からＴｉＮ膜へあるいはＴｉＮ膜からＴｉ膜へ条件を切
換えることにより行なっていた。しかしながら、切換え
直後のスパッタリングは、装置のドリフトなどにより不
安定であるため、スパッタリングを安定させる意味で、
空飛ばしと呼ばれる製品となるウェハ以外の物に仮にス
パッタリングすることが必要であった。

【０００４】図２（ａ）および（ｂ）は従来の一例のス
パッタ装置の模式横断面図および模式縦断面図である。
従来、この種のスパッタ装置は、図２に示すように、チ
ャンバ１５内に設けられるとともにシャフト１６の回転
によりチャンバ２１内に水平に旋回するシャッタ１４を
備えていた。また、このシャッタ１４は、スパッタ物が
ホルダ１７に付着しないように、ホルダ１７の全面を覆
うのに十分な大きさをもっている。

【０００５】さらに、このシャッタ１４は旋回され２つ
の位置に位置決めされるようになっており、試しに行な
う空飛ばしのときは、シャッタ１４の位置は閉位置とな
り、それ以外のウェハにスパッタリングするときは開位
置となっている。言い換えれば、シャッタ１４の閉位置
にして、高周波および直流電圧が印加されたカソード１
８およびターゲット１９からＴｉあるいはＴｉＮをスパ
ッタリングさせシャッタ１４上にＴｉ膜あるいはＴｉＮ
膜をデポジットしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスパッ
タ装置では、空飛ばし毎にシャッタ上にＴｉ膜やＴｉＮ
膜が堆積し、やがては膜が剥離しパーティクル状異物と
なり、この異物がホルダに載置されたウェハに付着し品
質に重大な欠陥をもたらすことがある。そこで、従来
は、これを避けるため何回か空飛ばしを行なった後、シ
ャッタを交換していた。

【０００７】しかしながら、チャンバを大気にしてシャ
ッタの交換し、再びチャンバを真空にして復帰するのに
多大な時間を浪費するという問題がある。

【０００８】従って、本発明の目的は、チャンバを大気
にすることなく空飛ばし用部材を交換できるとともに空
飛ばし用部材のデポジット膜が剥れ落ちないスパッタ装
置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、円形状
の半導体基板であるウェハを載置するホルダと、このホ
ルダを収納し該ホルダと対向して配置されるターゲット
を具備するスパッタ装置において、前記ホルダの全面を
覆う程度の大きさであるとともに円形状の疑似ウェハを
載置するシャッタと、前記ホルダの全面を覆う位置と前
記ホルダの全面を露呈する位置とに前記シャッタを移動
させ位置決めする機構と、前記ホルダを露呈する位置に
おける前記シャッタの前記疑似ウェハの真上に対応する
前記チャンバ壁に形成され前記疑似ウェハが入り得る程
度の円形穴と該円形穴と直径が同程度の内径をもつとと
もにゲートバルブを介して前記チャンバに気密に取り付
けられる開閉蓋付き円筒部材と、この円筒部材に挿入さ
れる前記疑似ウェハを該円筒部材内に停留させる載置部
材と、この載置部材の該疑似ウェハの停留を解除する手
段と、前記ホルダから退避した前記シャッタの前記疑似
ウェハの載置面を貫通して前記円筒部材内に挿入し停留
が解除される前記疑似ウェハを乗せるとともに下降し前
記シャッタの前記載置面に前記疑似ウェハを移載する手
段とを備えるスパッタ装置である。

【００１０】また、前記円筒部材内を真空排気する真空
ポンプを備えることが望ましい。さらに、前記シャッタ
の前記疑似ウェハの載置面に該疑似ウェハを周囲を囲み
取付け取外し可能な皿状部材を備えることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施
の形態におけるスパッタ装置を示す上面図および断面図
である。このスパッタ装置は、図１に示すように、チャ
ンバ１２の真空を破らずに空飛ばし用の円形状のダミー
ウェハ２０をチャンバ１２内のＡの位置にあるシャッタ
９に乗せたりあるいはシャッタ９に乗せられたダミーウ
ェハ２０をチャンバ１２から取り出したりすることがで
きるダミーウェハの取入れ取出し機構１を設けたことで
ある。

【００１３】また、この取入れ取出し機構１は、ホルダ
１７の全面を露呈する位置Ａにおけるシャッタ９のダミ
ーウェハ２０の真上に対応するチャンバ１２の壁に形成
されダミーウェハ２０が入り得る程度の円形状の穴１２
ａとこの穴１２ａと直径が同程度の内径をもつとともに
ゲートバルブ３を介してチャンバ１２に気密に取り付け
られる開閉し得る蓋２付き円筒状の小室１ａと、この小
室１ａに挿入されるダミーウェハ２０を小室１ａ内に停
留させるシュー５と、このシュー５を引込ませダミーウ
ェハの停留を解除するソレノイド４と、ホルダ１７から
退避したシャッタ９のダミーウェハ２０の載置面９ｂを
貫通して小室１ａ内に挿入し停留が解除されたダミーウ
ェハ２０を乗せるとともに下降してシャッタ９の載置面
９ｂにダミーウェハ２０を移載する突き上げロッド６と
で構成されている。

【００１４】なお、シャッタ９の旋回角度はチャンバ１
２の容積が大きくならないように、シャッタ９がダミー
ウェハを移載する位置をホルダ１７が露呈する程度にす
ることが望ましい。そして、チャンバ１２の内壁もシャ
ッタ９が当らない程度にシャッタ９の外形に倣うように
製作することが望ましい。また、シャッタ９のダミーウ
ェハ２０の載置面９ｂ周辺にダミーウェハ２０を囲むよ
うに皿状部材９ａを設け、ダミーウェハ２０およびその
周囲に付着する膜が剥れてもチャンバ１２内に落ち込ま
ないようにする。なお、この皿状部材９ａは、交換でき
るように、シャッタ９から取付け取外すことができるよ
うにすることが望ましい。

【００１５】一方、取入れ取出し機構１の小室１ａはチ
ャンバ１２の容積に比べ小さいものの、チャンバ１２の
真空排気時間をより早くするために、小室１ａのリーク
弁７の後段の配管１３には開閉弁８と機械的真空ポンプ
であるロータリーポンプを接続することが望ましい。

【００１６】次に、Ｔｉ膜形成からＴｉＮ膜形成に切替
えることを想定しこのスパッタ装置の動作を説明する。
まず、図示していない図面の左側のロードロック室に未
処理のウェハの複数枚を収納したウェハカセットをエレ
ベータ台に乗せる。この操作と平行して小室１ａの蓋２
を開けダミーウェハ２０を突出したシュー５の上に乗せ
る。次に、ロードロック室とチャンバ１２および小室１
ａを真空排気する。このとき小室１ａのリーク弁７を閉
じ開閉弁８を開きロータリーポンプで真空排気する。

【００１７】次に、チャンバ１２と小室１ａの真空度が
同程度になったら、ゲートバルブ３で穴１２ａを開け、
突き上げロッド６を上昇させダミーウェハ２０に当接さ
せダミーウェハ２０をシュー５より浮かせ、ソレノイド
４を動作させシュー５を引込める。そして、突き上げロ
ッド６を下降させダミーウェハ２０をシャッタ９の載置
面９ｂに移載する。そして、ゲートバルブ３により穴１
２ａを閉じ、不要なガスが小室１ａに入らないようにす
る。また、開閉弁８を閉じリーク弁７を開き小室１ａを
大気にしても良い。次に、ダミーウェハが移載されたシ
ャッタ９はロータリーソレノイド１１による旋回軸１０
の回転とともに旋回され、Ａの位置からＢの位置に移動
する。

【００１８】次に、チャンバ１２が所定の真空度に達し
たら、シャッタ９をＢの位置にし、窒素ガスを含むエッ
チングガスをチャンバ１２に導入し空飛ばしのスパッタ
を行ないターゲットの真下にあるダミーウェハ２０をデ
ポジットする。そして、シャッタ９を旋回させＢからＡ
の位置に退避させる。次に、ウェハカセットからエレベ
ータの上下動とロボットアームの移動動作により順次ウ
ェハをホルダ１７に移載しスパッタリングを行なう。

【００１９】また、逆に、ＴｉＮ膜形成からＴｉ膜形成
に切替えるときも、前述と同じように、退避していたシ
ャッタ９を旋回させＢの位置にし初期の空飛ばしを行な
ってから、シャッタ９をＡの位置に退避させ未処理のウ
ェハをスパッタリングする。

【００２０】次に、ダミーウェハ２０のデポジット膜が
厚く堆積し剥離しそうになりダミーウェハを交換しなけ
ればならない場合の動作を説明する。

【００２１】チャンバ１２が真空中であるときに交換す
る場合は、まず、シャッタ９をＡの位置にし、ゲートバ
ルブ３を開け、突き上げロッド６を上昇させダミーウェ
ハ２０を先端に乗せ小室１ａに入れ、ソレノイド４によ
りシュー５を突出させてから、突き上げロッド６を下降
させシュー５にダミーウェハ２０を移載する。そして、
突き上げロッドを下降させ小室１ａから脱出してから、
ゲートバルブ３を閉じ、リーク弁７を開き小室１ａを大
気にし、蓋２を開けダミーウェハ２０を取り出し、新な
ダミーウェハと交換する。

【００２２】また、チャンバ１２が大気の場合は、開閉
弁８を閉じリーク弁７を開き小室１ａを大気にしてか
ら、ゲートバルブ３を開き、ダミーウェハ２０を小室１
ａを入れるように突き上げロッド６を上昇させ、蓋２を
開けて小室１ａよりダミーウェハ２０を取り出し、新し
いダミーウェハを突き上げロッド６の戦端に乗せ、突き
上げロッド６を下降させホルダ１７から退避しているシ
ャッタ９の載置面９ｂにダミーウェハ２０を移載する。

【００２３】このように、チャンバ１２が真空中でも大
気中でも空飛ばし用部材であるダミーウェハを交換でき
る。なお、ダミーウェハの材質は何でも良く、要は処理
されるウェハと同じ円形状であれば良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、空飛ばし
用のダミーウェハを載置するとともに処理すべきウェハ
を載置するホルダを覆う程度の大きさのシャッタと、こ
のシャッタをホルダの上とホルダを露呈する位置に移動
位置決めする機構と、シャッタがホルダから退避する位
置の真上のチャンバにゲートバルブを介してダミーウェ
ハが出し入れできる小室とを設けることによって、チャ
ンバの真空を開放することやシャッタの交換が無くな
り、その分装置の停止が少なく装置の稼働率が向上する
という効果がある。

【００２５】また、シャッタに載置されたダミーウェハ
の周囲に皿状部材を設けることによって、デポジット膜
の剥れ物質がチャンバ内に落ち込むことが無くなり、従
来、起きていた品質の欠陥が皆無となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるスパッタ装置を
示す上面図および断面図である。

【図２】従来の一例のスパッタ装置の模式横断面図およ
び模式縦断面図である。

【符号の説明】

１ 取入れ取出し機構 １ａ 小室 ２ 蓋 ３ ゲートバルブ ４ ソレノイド ５ シュー ６ 突き上げロッド ７ リーク弁 ８ 開閉弁 ９，１４ シャッタ ９ａ 皿状部材 ９ｂ 載置面 １０ 旋回軸 １１ ロータリーソレノイド １２，１５ チャンバ １２ａ 穴 １３ 配管 １６ シャフト １７ ホルダ １８ カソード １９ ターゲット ２０ ダミーウェハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形状の半導体基板であるウェハを載置
   するホルダと、このホルダを収納し該ホルダと対向して
   配置されるターゲットを具備するスパッタ装置におい
   て、前記ホルダの全面を覆う程度の大きさであるととも
   に円形状の疑似ウェハを載置するシャッタと、前記ホル
   ダの全面を覆う位置と前記ホルダの全面を露呈する位置
   とに前記シャッタを移動させ位置決めする機構と、前記
   ホルダを露呈する位置における前記シャッタの前記疑似
   ウェハの真上に対応する前記チャンバ壁に形成され前記
   疑似ウェハが入り得る程度の円形穴と該円形穴と直径が
   同程度の内径をもつとともにゲートバルブを介して前記
   チャンバに気密に取り付けられる開閉蓋付き円筒部材
   と、この円筒部材に挿入される前記疑似ウェハを該円筒
   部材内に停留させる載置部材と、この載置部材の該疑似
   ウェハの停留を解除する手段と、前記ホルダから退避し
   た前記シャッタの前記疑似ウェハの載置面を貫通して前
   記円筒部材内に挿入し停留が解除される前記疑似ウェハ
   を乗せるとともに下降し前記シャッタの前記載置面に前
   記疑似ウェハを移載する手段とを備えることを特徴とす
   るスパッタ装置。
2. 【請求項２】 前記円筒部材内を真空排気する真空ポン
   プを備えることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装
   置。
3. 【請求項３】 前記シャッタの前記疑似ウェハの載置面
   に該疑似ウェハを周囲を囲み取付け取外し可能な皿状部
   材を備えることを特徴とする請求項１および請求項２記
   載のスパッタ装置。