JPS61104076A - 連続スパツタ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速処理を行ない、ウェーハ内エツチング速
度分布が均一でＬＳＩデバイスに対する用傷の少ないエ
ツチング電極を塔載したスパッタ装置に関する。

〔発明の背景〕

従来のエツチング電極は１例えば特公昭５６−１９７３
３号の記載のように、固定されたエツチング電極上にエ
ツチング処理を施すウェーハを載せ、磁界を加えること
なく、高周波電力を加え、エツチング処理を行なうもの
であった。この種の装ｆｆ１ｔでは、ウェーハ中心に比
べ、ウェーハ周辺に電界が集中し、周辺のエツチング速
度が高くなり、エツチング速度分布が均一になりにくい
。また酸化シリコン、酸化アルミニウムに対するエツチ
ング速度は、通常、数ｎｍ　／　７７１１ルと低く、こ
の時のエツチング電極側のセルフバイアス電圧は、５０
０〜１０００ｖと高いため、ウエーハ上のＬＳＩデバイ
スに対する損傷が発生し易くなっていた。

また固定されたエツチング電極にウェーハを搬送してい
くため、搬送機構が複雑になり・高速搬送がむつかしか
った。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ウェーハ搬送の高速化およびエツチン
グ速度の向上により高速処理を行なうとともに、ウェー
ハ内エツチング速度分布を均一にし、ウェーハ上のＬＳ
Ｉデバイスに対する損傷の少ないエツチング電極を塔載
したスパッタ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明では■ウェーハ搬送の高速化のために、ウェーハ
をウェーハホルダに載置したままウェーハのハンドリン
グを不要としつつスパッタ装置内各処理ステーション間
を高速搬送すること、■エツチング速度の向上のために
、ウェーハにほぼ垂直に磁界を加え、プラズマ密度を向
上させること、■ウェーハ内エツチング速度分布を均一
にするために、ウェーハ径より大きい磁界発生用の１組
の磁極をウェーハをはさむように対向させ、ウェーハに
ほぼ垂直な磁束密度を均一にすること、■デバイス損傷
低減のために、上記磁界によりプラズマ密度を向上させ
、エツチング電極のセルフバイアス電圧を低減させたこ
とを特徴としている。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。

（１）構成 第１図は本発明に係るエツチング電極を塔載したスパッ
タ装置の垂直断面図である。第２図は第１図に示すＤ−
Ｄ面による水平断面図であり、同図のに一１１面は第１
図の垂直断面図を示している。

五角形の真空容器３０（第２図）と中央に円柱　　。

状の凹みを有する蓋３１（第１図）により主真空６２を
構成する。真空容器６０の壁面６８（第２図）には、は
ぼ同一水平面に中心軸をもつ開口６３（第２図）が等角
度間隔にあけられ、順にローディングステーション７日
、第１〜第４ステーシヨン７９〜８２を形成する。また
ローディングステーション７８の大気側にはローディン
グ室５１および取入魯取出室５２が取り付けられ、第１
〜第４処理ステーシヨンの開口３３の外側には副真空室
３４が形成されている。第１図に示す如く副真空室３４
と主真空室３２とは開口３６の他に排気口３５により真
空的に連通可能である。排気口３５はエアシリンダ３６
で駆動されるバブル３７により開閉される。

第２図に示すごとく真空容器５０と費３１との間には、
真空容器６０の壁面５８とはぼ平行な音数の平面４０を
有するドラム３９がある。ドラム３９は蓋３１の底面の
中心で回転自在に支持されており、モータ２４、ギア２
５、チェーン２６により回転させられる。

またドラム３９の各々の平面４０には、各々１組の板は
ね４１により平！ｆｆ１４０とほぼ平行な状態のまま前
後動可能なウェーハホルダ４２が取り付けられていて、
ブツシャ４３により、真空容器３０の壁面３８とウェー
ハホルダ４２が密着できる。蓋３１ノ凹み内の中心にあ
るエアシリンダ４４（第１図）により円錐カム４５が下
降すると、ブツシャ４３は中心から外方に向けて力を受
け、ガイド４６によりガイドされながら全ステーション
で同時にウェーハホルダ４２を壁面３８に押付ける。円
錐カム４５が上昇すると圧縮ばね４７により、ブツシャ
４３は中心方向に力を受け、ブツシャ４６の先端は蓋３
１の凹みの外周面まで後退し、ウェーハホルダ４２は板
ばね４１により壁から離れてドラム３９に接近する。

第２図において、第１処理ステーシヨン７９、第２処理
ステージ１ン８０、および第４処理ステーシヨン８２に
ついてはブツシャ４３、ガイド４６、ウェーハホルダ４
２、板ばね４７の図示を省略しである。

第１図に示すごとく、少なくとも一つの副真空室６４に
は処理ユニット１８、ガス配管７２、真空パルプ７３、
可変バルブ７４を設ける。

また主真空室３２は、配管４８により真空ポンプ７５に
接続され、高真空排気される。

また、第２図に示す如くローディングステーション７８
の大気側にはローディング室５１、さらにその大気側に
取入、取出室５２が設置されている。取入、取出室５２
内には２組の搬送手段５３．５４が、またローディング
室５１内には１組の搬送手段５５が設置されている。

取入、取出室５２の両側にはゲートパルプ５６゜５７が
設置されている。

取入、取出室５２の両側にはゲートパルプＤ６゜５７が
設置されている。ゲートパルプ５６，５７が開いて、い
る時にウェーハ５は大気中の搬送手段（図示せず）によ
り取入、取出室５２に搬入され、搬送手段５！ｌ、　５
５　、５４によりローディング室５１を経て再び大気側
に搬出されることができる。

また取入、取出室５２は第１図に示すように真空配置ｉ
￥５８、真空パルプ５９を経由して補助真空ポンプ６Ｃ
に、またリーク配管６１、リークパルプ６２を経由して
リークガス源（図示せず）に接続されている。

ローディング室５１はバイパス、配管６３、配管４８を
経由して真空ポンプ７５に接続されている。

またローディング室５１内のローディング位置６４（第
２図）にウェーハがある時、第１図に示したエレベータ
６５によりウェーハは持ちあげられ、アーム６６（第１
図）にチャックされる（チャック機構は図示省略）。ア
ーム６６は（中心線にて示す）軸６７の回りで回転駆動
され、ウェーハ５はウェーハホルダ４２に移しかえられ
る。

なおエレベータ６５は例えばエアシリンダ６８により、
またアーム６６の軸６７はモータ（図示省略〕により駆
動される。

エツチング電極は例えば第２処理ステーシヨン８０（第
２図）に塔載される。第２図のＦ−Ｆ断面を第６図に示
す。

ウェーハホルダ４２はエツチング電極１ｏ１、絶。

縁板１０２を内蔵し、絶縁板１０２の表面に保持機構（
図示せず）に上りウェーハ５を保持している。ウェーハ
ホルダ４２の側面にはエツチング電極１０１が露出し、
給電口１０３を形成している。

なおエツチング電極１０１とウェーハホルダ４２との間
には絶縁物（図示せず）が挿入されており、アース電位
にあるウェーハホルダ４２からエツチング電極１０１は
絶縁されている。

第２処理ステーシヨン８０の前記給電口１０３に対向す
るフタ３１の上部位置には上下ユニット１０４により上
下動し、周囲をアースシールド１０５に囲まれた給電棒
１０６がある。給電棒１０６は上下ユニット１０４．お
よびアースシールド１０５とは絶縁されたまま、一般的
には１３．５６ＭＨ２の高周波電源１０７に接続されて
いる。

第３図の、ウェーハホルダ４２の左側、および副真空室
５４の壁の右側にはそれぞれ、通常、磁石１０９より成
る１組の磁界発生手段がウェーハ５をはさみこむ形で設
置されている。各々の磁石はウェーハ５より大きい寸法
であ、す、また−組の磁石の対向している面は異なる磁
性に着磁されているためウェーハ５にほぼ垂直な磁束が
ほぼ等密度で、ウェーハ５を貫いている。

なお第３図に示すウェーハホルダ４２側の磁石１０９の
中心には第１図に示すように、ブツシャ４５がウェーハ
ホルダ４２に接触するための穴が設けられている。

（２）動作 次に、以上のように構成した連続スパン・り装置の動作
について述べる、 エアシリンダ４４（第１図）により円錐カム４５を下降
させ各ステーションでウェーハホルダ４２を、真空容器
６０の壁面３８に押付けておく。エアシリンダ３６によ
りパルプ３７を開いた状態で、真空ポンプ７５を作動さ
せるとともに、真空パルプ７３、可変パルプ７４をＷｉ
ｊ調させてガス配管７２よ゛すＡｒガスを少なくともひ
とつの副真空室３４に導入し、副真空室３４および主真
空室３２を各々所定の低圧雰囲気に保つ。副真空室３４
内の圧力は可変パルプ７４の開度、および排気口３５の
径を変えることにより調節する。

また取入、取出室５２では両側のゲートパルプ５６．５
７および真空パルプ５９を閉じた状態で、す−クバルプ
６２を開き、リーク配管６２よりリークガスを導入し為
取入・取出室５２内を大気圧にしておく。

ローディング室５１ではエレベータ６５を下降の状態に
しておくとともにバイパス配管６３により例えば１Ｏ−
２Ｔｏｒｒ台に真空排気しておく。

以上の状態から運転サイクルを開始する。

取入、取出室５２のゲートパルプ５６を開けた後、大気
側搬送手段（図示せず）と搬送手段５５（第２図）との
協調によりウェーハ５を搬入位置６９に搬入した後ゲー
トパルプ５６を閉じる。

次に補助真空ポンプ６０（第１図）を作動させ、真空パ
ルプ５９を開き、取入、取出室５２内を例えば０．１　
Ｔｏｒｒに排気した後、ゲートパルプ５７を開く。搬送
手段５３．５５（第２図）の協調により、ウェーハ５を
ローディング位置６４に搬送した後、エレベータ・６５
、アーム６６（第１図）の協調により、ウェーハ５をウ
ェーハホルダ４２に装着する。

次にエアシリンダ４４により円錐カム４５を上昇させる
と、プ′ツシャ４３は圧縮ばね４７によりウェーハホル
ダ４２は板ばね４１により、それぞれ中心方向に移動す
る。次にモータ２４、ギア２５、チェーン２６により、
ドラム５９を１ステ一シヨン分回転させた後、エアシリ
ンダ４４、円錐カム４５、ブツシャ４６により、再びウ
ェーハホルダ４２を真空容器３０の壁面３日に押付ける
。ローディングステーション７８（第２図）ではウェー
ハホルダ４２に着装されている処理ずみウェーハ５を、
アーム６６、エレベータ６５（第１図）の協調により、
搬送手段５５（第２図）上に移しかえる。ゲートパルプ
５７を開けた後、搬送手段５５．５４の協調によりウェ
ーハ５を取入、取出室５２内の搬出位置７０に搬送する
とともに、未処理のウェーハ５を搬入位置６９からロー
ディング位置６４に搬送した後、ゲートパルプ５７を閉
じる。

前述のごとく取入・取出室内の大気圧にし、ゲートパル
プ５６を開けた後、次に処理する未処　　　。

環ウェーハ５の搬入と、搬出位置７０にある処理ずみウ
ェーハ５の搬出とを同時に行なう。

以上のローディングステーション７８での取入、取出し
処理と並行して、第１〜第４ステーシヨンではウェーハ
５に各々所定の処理を施す。

なお、第１〜第４処理ステーシヲンでは、ウェーハ表面
に吸着した汚染ガスを除去するウェーハベーク処理、ス
パッタ前のウェーハ表面の酸化物層を除去するスパッタ
エッチ処理、あるいは薄膜を形成するスパッタ処理を任
意に組合せて処理を行なうが、標準的には第１ステーシ
ヨンでウェーハベーク処理、第２ステーシヨンでスパッ
タエッチ処理、第３．第４ステーシヨンでスパッタ処理
を行なう。その場合、各ステーションの処理ユニット１
８は、第１ステージ璽ンはウェーハベークユニット、第
２ステーシヲンはスパッタエツチングユニット、第３．
第４ステージ７ンはスパッタ処理ユニットである。

本実施例における各室の圧力は次の如くである。

主真空室＝１ミリトール、 第１処理ステーシヨンの副真空室：１ミリ）　−ル、 第２処理ステーシヨンの副真空室：８ミリトール、 第３．第４処理ステーシヨンの副真空室：２ミリトール
。

第３図に示すように、第２処理ステーシヨンではウェー
ハホルダ４２が真空容器３０の壁に押し付けられた後、
上下ユニット１０４により、アースシールド１０５、給
電棒１０６が一体となって下降し、給電棒１０６と工、
ツチング電極１０１が給電口１０３で接触し、高周波電
源１０７から高周波電力がエツチング電極１０１に印加
される。するとウェーハ５を含む絶縁板１０２の表面に
負の高電圧のセルフバイアス電圧が発生し、副真空室３
４の壁と絶縁板１０２との間にプラズマが発生し、ウェ
ーハ５にＡｒイオンが入射し、ウニ・−ハ５のエツチン
グ処理が行なわれる。この時、−組の磁石１０９の作用
により、はぼ等密度に垂直な磁束カウエーハ５を貫いて
いるため、プラズマの高密度化とエツチング速度の均一
化が達成される。プラズマの高密度化は２０〜４０ルｍ
／ＴＬ１ｎ程度のエツチング速度の向上とともに、前記
エツチング速度を得るに必要なセルフバイアス電圧が３
００〜５００ｖ前後という低電圧でよいという効果をも
たらし、デバイス損島の低下の効果がある。

なお第３図においては、各々の磁界発生手段はそれぞれ
１ケの大きな永久磁石１０９を示したが、これによらず
第４図に示すごとく、ウェーハより大面積の磁性体１１
０と複数の小さい永久磁石１１１の組合せ・あるいは１
永久磁石１０９の代わりに電磁石によっても同様の効果
を得られる０ また本発明によれば各副真空室のメインテナンスを行な
う場合には、主真空室３２を高真空排気したまま１メイ
ンテナンスを行なうステーションの副真空のみを大気に
すればよい。

上述の実施例においてはローディングステーション１Ｍ
と処理ステーション４個と、計５個のステージ１ンを設
けたが、本発明を実施する場合、設置するステーション
の個数は任意に設定し得る。

また本実施例ではローディングステーション７８にロー
ディング室５１と、取入、取出室５２とを設けたが、こ
れに限らずローディング室５１を省略し、取入、取出室
５２を主真空室３２に直接に取付け、さらに取入、取出
室５２内にエレベータ６５、ローディング用のアーム６
６を設けることによっても同様の効果が得られる。

本実施例においては・以上に述べた構造機能から明らか
なように、みかけ上１組の真空システムより成るスパッ
タ装置において、各処理ステーション毎に副真空室を設
けることにより各副真空室の圧力を独立に制御でき、各
処理に最適な圧力に設定することにより処理速度の向上
膜質の向上をはかることができる。また、ベーク処理ス
テーション、スパッタエッチステーションより発生した
不純物ガスは、各ステーショ　　　Ｃンの排気口より主
真空室に出て真空ポンプに達する。この場合、一度主真
空室に出た不純物ガスが他のステーションの排気口から
副真空室に入りこむ確率は実用上無視できる程小さい。

その結果、ベークステーション、スパッタエッチステー
ションより発生した不純物ガスがスパッタ処理ステーシ
ョンに入り込んでスパッタ処理に悪影響を与える虞れは
実用上無視し得る。

また主真空室内では基板は水平面内を回動するため、基
板の上方から異物が落下し基板に異物が付着することを
防止できる。

さらに本実施例によれば、主真空室内の機構は大気にふ
れることがないため、ベーク処理ステーションで高温に
される基板ホルダなどが常温の大気により冷却されず、
加熱と冷却のくり返しにより基板ホルダに付着した膜材
料のはがれを防止できるとともに、スパッタ処理に好ま
しくない大気中のガスが主真空室へ入りこむのを低減で
きる。

〔発明の効果〕

本発明によればウェーハをウェーハホルダに載置したま
ま、ウェーハをつかみかえることなくスパッタ装置内の
各処理ステーション間を高速搬送し、またウェーハにほ
ぼ垂直な磁界を加えプラズマ密度を向上させることによ
りエツチング速度を向上させ、これらの効果によりスパ
ッタ装置内でのエツチング処理の高速化を達成できた。

さらに上記磁界をウェーハ面内で均一に発生させること
により、エツチング速度分布をＭ　−にするとともにプ
ラズマ密度の向上により、一定のエツチング速度を得る
に必要なエツチング電極上のセルフバイアス電圧の低減
をもたらし、ウェーハ上のＬＳＩデバイスへの損傷を低
減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエツチング電極を塔載した連続スパッ
タ装置の正面図、第２図は第１図のＤ−Ｄ交視図、第３
図は第２図のＦ−Ｆ断面図、第４図は本発明の他の実施
例の磁界発生手段の断面図である。 ３０・・・真空容器、　　　３１・・・蓋、６２・・・
主真空室、　　　　３３・・・開口、３４・・・副真空
室、３５・・・排気口、３６・・・エアシリンダ、３７
・・・パルプ、３８・・・壁面、６９・・・ドラム、 ４０・・・平面、　　　　　　４１・・・板ばね、４２
・・・基板ホルダ、４３・・・ブツシャ、４４・・・エ
アシリンダ、４５・・・円錐カム、４６・・・ガイド、
４７・・・圧縮ばね、４８・・・配管、５１・・・ロー
ディング室、５２・・・取入、取出室、　５４５４，５
５．・・・搬送手段、５６．５７・・・ゲートパルプ、
５日・・・真空配管、５９・・・真空パルプ、６０・・
・補助真空ポンプ、６１・・・リーク配管、６２・・・
リークパルプ、６３・・・バイパス配管、６４・・・ロ
ーディング位置、６５・・・エレベータ、６６・・・ア
ーム、６７１．軸、　　　　　　　６８・・・エアシリ
ンダ、６９・・・搬入位置、　　　　７０・・・搬出位
置、１０１・・・エツチング電極、１０２・・・絶縁板
、１０３・・・給電口、１０４・・・上下ユニット、１
０５・・・アースシールド、１０６・・・給電棒、１０
７・・・高周波電源、　１０９・・・磁石１１０・・・
磁性体、　　　１１１・・・永久磁石。 第４乙 第　３　乙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハーを支えるホルダーの面と、該面の一部と密
   着するエッジであって、該エッジを主要な開口部とする
   半空間を有するものとにより、前記ホルダーを前記エッ
   ジに密着して成る空間を前記ウェハーの加工に使用する
   ことを特徴とする連続スパッタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の連続スパッタ装置にお
   いて、 前記エッジを複数個、１の円周上にて配置 し、前記ホルダーの移動により複数の空間を構成し、前
   記ウェハーの加工を行う連続スパッタ装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の連続スパッタ装置にお
   いて、 前記ホルダーは、前記ウェハーより大きい 磁石を該ウェハーの面に平行に配置し、該ウェハーを絶
   縁物及び電極を介して保持し、該電極への給電点を有す
   る連続スパッタ装置。