JPS60238479A - 真空薄膜処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパッタリングによシ、同一形状の多数の板状
基体に次々と自動的に薄膜を形成するス的には、本発明
はスパッタ装置の保守に起因する装置のダウンタイムを
短かくし、装置運転の全時間に占める正味の生産時間の
比率を大きくとることのできるスパッタ装置の構造に関
するものである。

本発明の具体的応用分野の一例は、集積回路製造工程に
おける薄膜作製過程である。そこでは、例えば直径約１
２５ｍ、厚み約０．５鴎程度の円形薄板状シリコンウェ
ーハの上に、厚み約１ミクロン程度の金属薄膜や絶縁薄
膜を形成することが必要とされる。作製すべき薄膜に必
要とされる電気的、機械的、物理的緒特性は、一般に真
空容器内の不純物ガス分圧が低いほどすぐれたものが得
られるので、スパッタリングによシ薄膜作製を行う処理
室は、可能な限り大気に晒す時間を短かくするすること
が望ましい。また同じ目的から、処理室には不純物ガス
発生の原因となる物体をできるだけ持込まないようにす
ることが必要であシ、持込みはウェーハの移送に最低限
必要な物体に限定することが望すれ、理論的にけＷｉ謙
を作與すべ微つェーハだけを処理室に持込む構造の装置
が望まれる。また大量のウェーハに均負な薄膜を能率良
く作製するためには、ウェーハの操作はできる限り作業
者が直接手を触れずに自動的に移送処理することが望ま
しい。更にまた、ウェーッ・表面は所定の厚みの薄膜の
みで被榎されることが必要であり微細な塵埃が混入した
シあるいは膜の付着のないピンホール等の発生が嫌われ
る。そのため仮に塵埃が生じても膜作製最中はその塵埃
かつｚ’・の表面に堆積しないように、処理室内ではウ
ェーッ１は垂直に保持されることが好ましい。

上述の如き目的に使用されるスパッタ装置の真空系は、
基本的には、基体上に薄膜作製を行う処理室と、処理前
の基体を大気中から挿入しかつ処理済みの基体を大気中
へ搬送するロードロック室とで構成される。そして通常
は、処理室はその不純物ガス分圧を出来るだけ低く制御
するため真空状態に保たれており、ロードロック室だけ
が基体の出し入れのＳ度大気に晒されかつ大気圧から真
空に排気され、ロードロック室が真空圧なった状態では
じめてロードロック室と処理室の間の仕切弁が開き、そ
れぞれの容器の間を基体が移送されるようになっている
。

ところで極めて大量のウェーッ・を長時間にわた多処理
する生産工程を考えるとき、スノくツタ装置を長日月に
亘り連続して薄膜処理運転することは先づ常識的には考
えられない。即ち、必ず何かの理由により装置を停止し
、処理室の真空を破壊する必要を生ずる。生産者にとっ
て好甘しくないことではあるが、避けられない装置の停
止の理由と装置の機能が何らかの事故により果せなくな
る場合をあげることができる。装置の信頼株を誦める糧
々の努力により、その事故の発生の確率は実用上問題を
生じ力い程度まで低減することはできているが、経済性
などの理由からこれを完全に無くすることはできない。

一般的には、妥当な価格の装置を妥当な経費で運転する
ことが行なわれ、むしろ定期的に処理室の真空を破壊し
積極的に保守作業を行なっている。

保守作業の内容としては、消耗した古いターゲツト材の
新品との交換、クライオポンプの再生による排気能力の
回復、容器内に付着したスパッタ膜の除去、ウェーハ移
送機構機能の再調整等が含まれる。保守作業後、真空処
理室は閉ぢられ再び排気されるが、当初述べたように、
所定の品質の薄膜を得るためには処理室の不純物ガス分
圧を充分低くすることが必要で、生産に入る前に充分な
排気、ベーキング、プリスパッタリングなど長時間の予
備操作が行われなければならない。ウェーハ上に薄膜を
作製する正味の生産時間と、それ以外の装置の運転時間
、即ち事故により装置が停止した時間とこれを修復する
時間とあらかじめ計画された定期的な保守作業の時間と
その後の生産開始までの予備操作に要する時間の合計時
間の割合は装置の構成と使用部品の信頼性、装置を運転
しまた保守作業を行う作業者の操作１作業の適否、熟練
度９作製すべき膜に要求される特性の難易の程度等、各
種要因の影響を受ける。しかし如何なるスパッタ装置に
おいても、保守作業とそれに続く占める割合は相当太き
い。例えば現在用いられている典型的なスパッタ装置で
は、約３３時間をかけて２，０００枚のウェーハを処理
すると、その都度処理室の真空を破壊し、ターゲット交
換を含む保守作業を行うが、保守作業を含めて次の生理
再開までに４時間以上を費やしている。、また別のスパ
ッタ装置では約１００時間かけて５，６００枚のつ工−
ハの処理するとその都度次の生産までに約１０時間の保
守作業と予備操作を必要としている。

本発明の目的は上述の問題を解決するスパッタ装置を提
供するととである。即ち、スパッタ装置運転の全時間に
占める正味の薄膜作製時間の割合を大きくできる新規の
装置の提供を目的とするものである。

さて、その装置の概要を述べると、この本発明において
は一つの真空薄膜処理装置の内部に同じ機能の薄膜処理
室を複数個備える。そして装置が通常に稼動している間
は、その中の第１の処理室で薄膜の処理が行なわれ、他
の処理蔓は処理のだにζＶシ十イ市　１）づ　鉛　ｈ　
し）−々　ｆ　ｂルｔ＝＞ｒハゴ１−１而賎ルＡｔハ着
箔処理作業が終り、第１の処理室の処理を停止してその
真空を破り前述の保守作業を施す段階になると、薄膜処
理をすべき基体は搬送経路を変更して第２の処理室に送
り込１れ、そこで処理が開始される。そして、第２の処
理室で処理が行ｙｚわれるのに並行して、第１の処理案
内では定期的保守作業が行われ、それに続いて処理を開
始するための予備操作が行われる。この定期的保守作業
と予備操作に費やされる時間は、一般に第１．第２の各
処理室が連続作業に耐える時間よりは短いので、第２の
処理室がその処理を停止して保守すべき時期Ｖこ達した
ときには既に第１の処理室では処理を再開できる状態に
なっている９、かく、同じ機能をもつ第１の処理室と第
２の処理室を交互に使用することにより、切れ目なく薄
膜の処理を行うことができる。また、この方式によれば
予定していない事故が発生して処理室才修理せねばなら
ぬ場合が生じた時にも、それ＆使用しＣいなかった処理
室の方へ処理すべき基板を送り込み生理全継続しながら
事故を修理することができる。

上述の説明では、第１．第２Ｑ）２個の処理室を交互に
使用する場合について述べた。一般には同じ機能の処理
室が２個あれば連続して生産を行うのに実用上支障はな
い。しかし、もし同じ機能の処理室ｆ、３個以上設えれ
ば、定期的保守操作及び予備操作のために費やす時間が
比較的長い場合とか、不測の事故の発生頻度が尚い場合
では、生産を中断する危険性を極めて低くすることがで
きる。

しかし、装置全体としては占有空間の容積が大きくなり
、かつ商価格になる。それらの点を兼ね合わせ考慮する
と実用的には、２個の同じ機能をもつ処理室を設けて連
続生産かり能となるような装置が好ましい。しかし本発
明は、同じ処理室の数について特に制約を加えるもので
はない。

次にＶ面により、更に具体的な説明をする。

第１図は、従来方式のスパッタ装置の一例を示す。図に
おいて装置は、ロードロック室、基体の中間収納室２０
．前処理室３０．及びスパッタ室５０で構成され、各室
の間に仕切弁２１，３１．４１が設けられている。各部
屋は図示されていないポンプによりそれぞれ独立に排気
され真空に維持される。新（〜い基体はカセット１２に
収納されてロードロック室の入口１１からロードロック
室１０に押入され、寸だ、スパッタリングにより膜付処
理が断んた後にこ＼から取出さｎる。中間収納室２０に
は二個のカセノ）　２２，２３が設け”られている。中
間収納室２０は、ロードロック室１０の開閉による前処
理室３０及びスパッタ室５０の真空の寅の劣化を防止す
ると共に、床処理基体と処理済み基体の搬送が装置全体
の時間当り処理能力を犠牲にせす行なわれるような役目
を果しておυ、その構成と役割に関する詳細な説明は、
特願昭５５−１１’　６９０５７及び丑願昭５５＝１３
７８０２の中に与えられ−Ｃいる。前処理室３０はスパ
ッタ膜作製の前段階で基体加熱あるいはスパッタエツチ
ング等の予備的処理を行う役割を果す。基体は、４個の
ステージ２６．２７，２８．２９のいずれかの上に配置
させられる。このうちステージ２７は加熱あるいはスパ
ッタエツチングに使用され、ステージ２９間収納室２０
．及び前処理室３０における基体の搬送はベルトを使用
した直線運動と適宜の軸を中心とする回転運動によって
行われるが、それらについては特願昭５５−１５１８１
５　、％願昭５６−３５７４３に詳細に説明されている
。

スパッタ室５０内では、水平状態の基体４２（一点鎖線
）が、９０°回転して４３に示す如くほぼ鉛直状態に保
持され、次いで、そのままスパッタ室３０のほぼ中心に
有る鉛直軸３０１の周囲を約９０°ステツプで回転する
。このスパッタ室３０の第２のステージで基体４４は加
熱ランプ５１．５２により加熱され、第３のステージで
基体４５の上に膜付処理がなされる。同様に第４のステ
ージでも基体４６の上に膜付処理がなされる。第３及び
第４のステージでは基体に対向する位置にスパッタ電極
６０．６０°が設けられている。スパッタ電極はターゲ
ット６１．カン−トポディ６２から成り、絶縁体６３を
介して真窒谷器壁面に取付けられている。カソードボデ
ィ６２にはスパッタ電源７０より給電線７１．７２を経
由１−て（アース宙位に対して）負の高′亀圧が印加さ
れる。ただし金属製真空容器壁は、アース線８１でアー
スされアース電位にある。図示されていないガス導入系
を経由して、スパッタ室５０にアルゴン等のガスを供給
すると、陰極近傍で低圧ガス放電が生じ陽イオンがター
ケント６１等を叩く結果、スハッタリングによる薄膜作
成が行われる。装置全体の中でカセッ１−１２に収容さ
れた基体１３は矢印ａｔ−経て、中間収納室第１カセツ
ト２３に一度おさま９次いで矢印ｂ＋　Ｃ＋　ｄｌ　ｅ
Ｉ　’　＋　ｇ　＊　ｈ＋　Ｊ　＋　ｋ、　ｍ　、　ｎ
　、　ｐに順次沿って進み、膜付処理後中間収納室２０
の第２カ七ノド２２に戻る。そして再び矢印ｑに沿って
ロードロック室１０内の最初のカセット位置に戻る。以
上が従来装置の動きである。

第２図は本発明によるスパッタ装置の実施例を示す。本
笑施例においてもロードロック室１０゜中間収納室２０
の構造とそれらの内部における基体の搬送は前述の従来
の場合と全く同じである。

前処理室３０をはさんで対称に２個のスパッタ室５０．
５１°が、それぞれ仕切弁４１　、４１’を介して設け
られている。そしていずれか一方のスパッタ室を使用す
ることにより前述と同様の膜付処理ができる。即ち、矢
印Ｃ＋　ｄ＋αｌ　ｅＩ　ｆｌ　ｇ　ｌ　ｈｊ　、　ｋ
　、　ｍ　ＩＩＣＪｌｊＩ　？に沿って基体を搬送する
ことによりスパッタ室５０ｆ：用いた処理が行うことが
でき、゛他方ｃｌ　、　ｄｌ、β＋　ｅ’　＋　ｆ’　
＊　ｇ’　１　ｈ’　＋　Ｊ’　ｇ　ｋ４　。

ｍ“に順次沿って基体を搬送することに１９、スパッタ
室５０°を用いた処理を行うことができる。なお前処理
室３０のステージ２６，２７．２９は基体の隣室との間
の搬送に用ｂ１ステージ２８が加熱あるいはエツチング
等の前処理に用いられる。先に述べた如く、本装置を用
いて膜付処理を行っている間に、仕切弁４１°を閉じた
ま捷スバンク室５０゛を大気開放して内部の清浄化、治
具及びターゲット等の交換などに類する定期保守作業を
行い、その後再び真空に排気して、スバ、・夕室５０ｏ
）稼動計画時間が終了しスパッタ室５０゛に切換える時
期が来るのを待つ。また予期せぬ事故でスバイト室５０
を大気に開放せざるを得ぬような事態にな−ｒ　−、ｅ
　２、ｊ＼ｖｃスノ（ツタ室５０’に切換えて生産を長
時間中断することなく装置の修理ができる。

以上は本発明の具体的実施例をスパッタ装置によって説
明したものであるが、本発明はスパッタ装置に限らず真
空を用いる多くの薄膜処理装置に応用できる。殊にドラ
イエンチング装置、プラズマＣＶＤ装置、真空蒸着装置
等はスパッタ装置と同様で薄膜処理最中の真空の質が処
理の性能に大きな影９１會与える。そのため処理室の定
期的保守点検の後装置を再び運私するまでには極めて長
時間ケ要しているが、本発明はこの空費時間をゼロにす
るものである。本発明の生産性向上への貢献は非常に犬
きく、工業上市為の発明ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のスパッタ装置の構成を示す図。 第２図は、本発明のスパッタ装置における実施例の構成
金示す。 １０・・・ロードロック室　、２０・・・中間収納室３
０・・前処理室　、５０・・・スパッタ室６０・・・ス
パッタ電極　、７０・・スパッタ電源１３．２４，２５
，２６，２７．２８，２９，４２，４３゜４４．４５．
４６は基体を示す。 特許出願人　日電アネルバ株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体を収容し真空に排気することのできるロード
   ロック室と、該基体に真空中で薄膜処理を施す処理室と
   、前核ロードロック室と該処理室の間にあって該基体を
   自動的に移送する機構をそなえかつ前記薄膜処理の前処
   理を行なうことができる前処理室との三者からなる真空
   薄膜処理装置において、該処理室′ｆ：複数室備え、か
   つ該基体は該複数の処理室の中から選ばれた少くとも一
   つの処理室で薄膜処理を行ない得るように、該ロードロ
   ック室と該複数の処理室の間の該基体の移送経路を選択
   できるよう構成したこと金籍徴とする真空薄膜処理装置
   。