JPS6250463A

JPS6250463A - 連続スパツタ装置

Info

Publication number: JPS6250463A
Application number: JP18951585A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tateishi; 秀樹立石; Tamotsu Shimizu; 保清水; Yasuhiro Yamaguchi; 泰広山口; Katsuhiro Iwashita; 岩下　克博; Sosuke Kawashima; 川島　壮介; Hironori Kawahara; 川原　博宣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1987-03-05
Also published as: JPH0542507B2

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〕本発明は基板をスパッタエッチしつつ、スパッタ成膜を
行うバイアススパッタが可能な連続スパッタ装置に関す
るものである。

〔発明の背景〕

半導体基板に例えば配線膜をスパッタ処理するＫは、真
空排気、基板に吸着したガス除去のための基板加熱、下
地表面の自然酸化物除去のためのスパッタエッチクリー
ニング、スパッタ成膜、大気圧復帰の工程の全て、ある
いはその一部が必要である。この内のスパッタ成膜工程
ではパターン幅が１μｍ前後以下の微細パターンの場合
、ステップカバレッジ向上のために、基板ヲエッチング
しつつスパッタ成膜を行うバイアススパッタ法が有効で
ある。

従来ツバイアススバッタ装置は例えば、　Ｓｅｍ１−ｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　第３巻、第１Ｏ号（１
９８４，ＩＯ）における原因による「バイアス・スパッ
タリングによる多層配線技術」において論じられている
。

この従来例では、１個の処理室から成るスパッタ装置の
基板電極上に基板を多数並べた後、上記工程を順次行っ
ていくものであり０次の欠点をもつ。

＋１）　　上記工程を順次行うため、処理時間が長い。

（２）　　スパッタ成膜室を基板の出し入れ毎に大気に
した後、真空排気する。このため所定の時間内に到達す
る全圧あるいはガス分圧がばらつき、スパッタ成膜時の
真空雰囲気を変動させる。

ｆ３）　　Ｍ板加熱、スパッタエッチクリーニング。

スパッタ成膜を同一室内で行うため、基板加熱、スパッ
タエッチクリーニングの際に発生する汚染ガスが処理室
内に残り、スパッタ成膜時に膜中にとりこまれ膜質を低
下させる。

（４）多数枚基板を一括処理する場合には、基板内膜厚
分布を均一に保つため通常スパッタ電極と基板間距離を
長くする。このため成膜速度が低く、膜中にとりこまれ
るガス憧が増え膜質を低下させる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高品質真空中でのバイアススパッタ成
膜な高速に行うことを可能とする連続スパッタ装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は高品質化のために、（１）取入・取出室を設け
、処理室を常時高麻空に保持し、（２）処理室内の複数
の処理ステーシランの真空雰囲気を独立に制御し、処理
ステーション間の相互汚染をなく　Ｌ　、　（３）処理
室内で基板を保持したまま移動する基板ホルダにエツチ
ング電極を内蔵し。

スパッタ成膜とスパッタエツチングを同時Ｋ　行つコト
により、バイアススパッタを可能としたものである。

さらに高速化のために、ｉｔ）複数の処理を各々の処理
ステーシランで同時に行い、（２）スパッタ電極に基板
を靜［ヒ対向させ、高速成膜を行い。

さらに（３）基板を基板ホルダ（（のせたまま、処理室
内の処理ステーション間を搬送することにより、搬送時
間の短縮を実現しまた。

〔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図は本発明の一実施例を示す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Ｅ−Ｅ而は第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　（ｉ　１図）により主真空３２を構成
する。真空容器３０の壁面３８（第２図）には、はぼ同
一水平面に中心軸をもつ開口３３（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７８．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７８０大気側にはローディング室
５１および取入・取出室５２が取り付けられ、第１〜填
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。ｉｔ図に示す如く副真璧室３４と主
真空室３２とは開口３３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
動されるパルプ３７により開閉される。

第２図に示すごとく真空容器３０と蓋３１との間には、
真空容器３０の壁面３８とほぼ平行な複数の平面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２５．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４０Ｖ：、は、各々１組の
板ばね４１により平面４０とほぼ平行な状態のまま前後
動可能な基板ホルダ４２が取り付けられていて、ブツシ
ャ４３により、Ｘ空容器３０の壁面３８と基板ホルダ４
２が密着できる。蓋３１の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ジ式ンで同時に
基板ホルダ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４３の先端は蓋３１の凹みの外
周面まで後退し、基板ホルダ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
ステージ目ン８０．および第４処理ステ−シ替ン８２に
ついてはブツシャ４３．ガイド４６．基板ホルダ４２．
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３４に
は処理ユニット１８．ガス配管７２．真空パルプ７３．
可変パルプ７４を設ける。

また主真空室３２は、配管４８により真壁ポンプ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ジ震ン７８
０大気侭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５２０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５６゜５７が
設置されている。ゲートパルプ５６　、５７が開いてい
る時に基板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５３　、５５　、
５４によりローディング室５１を経て再び大気側に搬出
されろことができる。

また取入・取出室５２は第１図に示すように真空配管５
８．真空パルプ５９を経由して補助真空ポンプ６０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は配管６３を経由して真空ポンプ９
１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）に基板がある時、第１図に示したエレベータ６５
により基板は持ちあげられ、アーム６６（第１図）にチ
、ヤツクされる（チャック機構は図示省略）。アーム６
６は（中心線にて示す）軸６７の回りで回転駆動され、
基板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。

第３処理ステージ■ン８１の断面詳細図を第３図に、示
す。

基板ホルダ４２はエツチング電極１０１　、絶縁板１０
２を内蔵し、絶縁板１０２の表面に保持機構（図示せず
）により基板５を保持している。基板ホルダ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と基板ホルダ４
２との間には絶縁物１１０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ｌｏｔ
は絶縁されている。

ＩＮ　２　処３１ステーシツン８０　、　第３　処３１
ステージ厘ン８１さらに必要に応じて第４処理ステーシ
ヨン８２の前記給電口１０３に対向する壁面３８の該位
置には１周囲を絶縁物１１１およびアースシールド１０
５に囲まれた給電部材１０６がある。給電部材１０６は
壁面３８およびアースシールド１０５トハ絶縁されたま
ま、一般的には１３．５６　ＭＨｚの高周波電源１０７
に接続されている。

第３　処！ステーション８１．第４処３１ステージ目ン
８２の基板５に対向した位置には、スパッタ電源１１２
が接続されたスパッタ処理ユニット１８が取り付けられ
ている。

（２）動作次に１以上のように構成した連続スパッタ装置の動作に
ついて述べる。

エアシリンダ４４（第を図）により円錐カム４５を下降
させ各ステーションで基板ホルダ４２を。

真空容器３０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、真空バルブ７３゜可変パルプ７
４を協調させてガス配管７２より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内の圧力は可変バルブ７４０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　、
５７および真空パルプ５９を閉じた状態で、リークパル
プ６２を開き、リーク配管６２よりリークガスを導入し
、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ｉ
ｙ　して粘くとともに真空ポンプ９１により例えば１Ｏ
−７Ｔｏｒｒ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を開いた後。

大気側搬送手段（図示せず）と搬送手段５３（第２図）
との協調により基板５を搬入位置６９に搬入した後ゲー
トパルプ５６を閉じる。

次に補助夏空ポンプ６０（第１図）を作動させ。

真空パルプ５９を開き、泡入・取出室５２内を例えば０
．Ｉ　Ｔｏｒｒに排気ｌ、た後、ゲートパルプ５７を開
く。

搬送手段５３　、５５　（算２図）の協調により、基板
５をローディング位置６４に搬送した後、エレベータ６
５．アーム６６（第１−）の協調により、基板５を基板
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、ブツシャ４３は圧縮ばね４７により基板ホルダ４２
は板げね４１により、それぞわ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
３９を１ステ一ジ５ン分回転させた後、エアシリンダ４
４２円錐カム４５．ブツシャ４３により、再び基板ホル
ダ４２を真空容器３０の壁１１３８に押付ける。ローデ
インダステーシ厘ン７８（ｍ２１ｆｉ）では基板ホルダ
４２に着装されている処理ずみ基板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ケ開い
た後。

搬送手段５５　、５４の協調により基板５を取入・取出
室５２内の搬出位置７０に１欝送するとともに、未処理
の基板５を搬入位置６９からローディング位置６４に搬
送した後、ゲートバルブ５７を閉じる。

前述のごとく取入・取出室内ケ大気圧にし。

ゲートパルプ５６を開いた後０次に処理オろ未処理基板
５の搬入と、搬出位置７０にある処理ずみ基板５の搬出
とを同時に行う。

以上のローデインダステーシ９ン７８での取入・取出し
処理と並行して、４１〜第４ステーノジンでは基板５に
各々所定の処理を施す。

なお、第１−第４処理ステーシヨンでは、基板表面に吸
着した汚染ガスを除去する基板加熱処理、スパッタ前の
基板表面の酸化物層を除去するスパッタエッチ処理、あ
るいは基板をスパッタエッチしつつ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うが、標準的には第
１ステーシヨンで基板加熱処理、妃２ステーションテス
ハ′ツタエッチ処理、第３．＠４ステージ璽ンでスパッ
タ処理を行う。その場合、各ステーションの処理ユニッ
ト１８は、第１ステージ璽ンハ基板加熱ユニツト、第２
ステーシコンはスパッタエツチングユニット、第３．第
４ステージ日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＝２ミリトール。

ツ１処理ステージ叢ンの副真空室：２ミリトール。

第２処理ヌテーシヨンの副真空室：６ミリトール。

第３．第４処理ステージ厘ンの副責空ｖ：３ミリ　　ト
　−　ル。

第３図に示すように、第２処理ステージ箇ン８０では基
板ホルダ４２が真空容器３０の壁に押し付けられること
により、給電部材１０６とエツチング電極１０１が給電
口１０３で接触し、高周波電源１０７から藁周波電力が
エツチング電極１０１に印加される。すると基板５およ
び絶縁板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３４の壁と絶縁板１０２との間にプ
ラズマが発生し、基板５にＡｒイオンが入射し、基板５
のエツチング処理が行われる。

第３処理ステージ１ン８１．第４処理ステージ履ンでは
さらに基板５に対向したスパッタ処理ユニット１８に、
スパッタ電源１１２より電力を供給することにより、バ
イアススパッタが行われる。

上述の冥施例においてはローディングステージ１７１個
と処理ステーション４個と、計５個のステーションを設
けたが１本発明な実施する組合、設置するステージ履ン
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ジ冒ン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６５０−デイング用のアーム６６
を設けることによっても同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように処理室を常時高真空に保持するとと
もに各処理ステージ璽ン毎に副真空室を設け、副真空室
毎の圧力を独立に制御することにより処理ステージ１ン
間のガス相互汚染をなくシ、スパッタ膜への汚染ガスの
とりごみを低減できる。

また基板ホルダにエツチング電極を内蔵し。

スパッタ成膜トスバッタエツチングを同時に行うバイア
ススパッタにより、ステップカバレッジの向上をはかる
ことができる。

また複数の処理を各々の処理ステージ腫ンで同時に行い
、−！ｆたスパツ゛り電極に基板を静止対向させること
Ｋより高速成膜を可能とし、さらに基板を基板ホルダに
のせたまま、処理ステーション間を搬送させることによ
り搬送時間を短縮し１以上の効果により高速処理を行う
ことができる。

また本発明によれば各副真空室のメインテナンスを行う
場合には、主真空室を高真空排気したまま、該当する副
真空室のみを大気にすればよく、メインテナンス後の真
空立上げ時間を短くできる。　　　　゛

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す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Ｅ−Ｅ断面の部分詳細図である。５・・・基板、３０・・・真空容器。３１・・・蓋、３２・・・主真空室。３３・・・開０．３４・・・副真空室。３５・・・排気０．３６・・・エアシリンダ。３７・・・パルプ、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。６５・・・エレベータ、６′６・・・アーム。６７・・・軸、　　　　　　　６ｇ・・・エアシリンダ
。第３凹

Claims

【特許請求の範囲】

１、基板に対し複数のスパッタ処理を施す連続スパッタ
装置において、主真空室と主真空室の一部に設けられた
複数の開口と、該開口に接続した処理室と基板を保持し
たまま主真空室内を移動し、前記開口の端部に密着する
基板ホルダと、該基板ホルダに内蔵されたエッチング電
極と、前記開口の端部に密着した一部の基板ホルダのエ
ッチング電極にエッチング電力を供給する給電機構と、
前記開口の端部に密着した一部の基板ホルダに保持され
た基板に対向して、該処理室に取付けられたスパッタ成
膜手段を有する連続スパッタ装置。