KR19990066676A

KR19990066676A - 스퍼터 화학증착 복합장치

Info

Publication number: KR19990066676A
Application number: KR1019980008297A
Authority: KR
Inventors: 마사히꼬 고바야시; 노부유끼 다까하시
Original assignee: 니시히라 순지; 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-08-16
Also published as: JPH11200035A; KR100297971B1; TW512831U

Abstract

프로세스의 상호 오염이 효과적으로 방지되고, 점유면적의 대폭적인 증가가 없고, 생산성 저하 등의 문제도 발생하지 않는 스퍼터 화학증착 복합장치를 제공한다.

스퍼터를 실시하는 스퍼터챔버 (2) 와 화학증착을 실시하는 CVD 챔버 (3) 가, 반송기구 (11) 를 구비한 반송챔버 (1) 를 통하여 기밀하게 접속되어 있고, 반송챔버 (1) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에는, 버퍼챔버 (4) 가 설치되어 있다. 스퍼터챔버 (4) 는 내부에 퍼지가스도입시스템 (46) 과, 기판 (9) 의 가열수단 (43) 및 냉각수단 (44) 을 갖는다. 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에서 기판 (9) 의 반송을 실시하는 보조반송기구가 설치되어 있고, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에 설치된 게이트밸브 (10) 는, 버퍼챔버 (4) 내의 압력이 CVD 챔버 (3) 내보다 높은 경우에만 열린다. 스퍼터챔버 (2) 에서 스퍼터에 의해 작성한 티탄박막의 위에 CVD 챔버 (3) 에서 CVD 에 의한 질화티탄박막이 작성되어, 확산방지층의 구조를 얻을 수 있다.

Description

스퍼터 화학증착 복합장치

본 발명은 본래 이종의 장치인 스퍼터장치와 화학증착 (CVD) 장치를 복합시킨 스퍼터 화학증착 복합장치에 관한 것이다.

스퍼터장치와 화학증착장치는 모두 대상물의 표면에 원하는 박막을 작성하는 장치로서 종래부터 알려져 있다.

스퍼터는 물리증착이라 불리는 막형성수법의 일종이다. 스퍼터는 이온화된 가스분자를 전계로 가속하여 타겟에 충돌시킴으로써 수행된다. 충돌에 의해서 타겟으로부터 입자 (통상은 원자) 가 밖으로 튀어나와, 이 입자를 대상물까지 비행시킴으로써 피착시켜 막을 형성한다.

한편, 화학증착은 화학적 기상성장이라고도 불린다. 화학증착은 반응성가스의 분해 등의 반응을 이용하여 대상물의 표면에 원하는 재료를 석출시켜 박막으로 성장시켜 가는 수법이다.

스퍼터장치 또는 화학증착장치는 LSI (대규모 집적회로) 등의 전자디바이스의 제조공정에 있어서 빈번하게 사용되고 있다. 예를 들면, 스퍼터장치는 알루미늄을 비롯한 각종 배선재료의 막형성에 한창 사용되고 있으며, 화학증착장치는 각종 절연막의 작성 등에 많이 사용되고 있다.

스퍼터장치와 화학증착장치는 모두 박막작성을 수행하는 장치라고 말할 수 있으며, 물리적 과정과 화학적 과정이라는 완전히 상이한 메카니즘에 의한 것이므로, 완전히 이종의 장치라고 생각되어 왔다. 예를 들면, 스퍼터장치에는 아르곤가스 등의 화학적으로 불활성의 가스가 사용되며, 효율을 높이기 위한 자장의 채용 등, 물리적인 방법이 실시된다. 한편, 화학증착장치에서는 화학반응속도를 결정하는 온도 또는 가스의 유량 등의 화학적 조건에 특히 많은 고려를 해야한다.

그러나, 발명자의 검토에 의하면, LSI 등의 전자디바이스의 제조공정에서는 스퍼터와 화학증착을 복합시켜 하나의 장치로 하는 것이 매우 효과적인 경우가 있다는 것을 알았다. 이 점을 이하에 설명한다.

FET (전계효과 트랜지스터) 등의 구조를 갖는 LSI 의 제조공정에서는, 전극부에 대한 배선구조로서, 바탕 반도체층과 배선 등과의 상호 확산을 방지하는 확산방지층을 형성한 구조가 채용되고 있다. 이 확산방지층은 전기저항이 작은 티탄박막과 배리어성이 높은 질화티탄박막을 적층한 구조가 되어 있는 경우가 많다.

이와 같은 확산방지층은 지금까지 스퍼터에 의해 형성되어 왔다. 예를 들면 티탄박막과 질화티탄박막을 적층시키는 경우, 티탄으로 이루어진 타겟을 아르곤가스로 스퍼터하여 처음에 티탄박막을 작성한다. 그 후, 가스를 질소로 바꾸어 스퍼터하고, 질소와 티탄과의 반응을 보조적으로 이용하면서 질화티탄박막을 작성한다.

이와 같은 확산방지층은 미세한 홀의 내면 (저면 및 측면) 에 충분한 두께로 형성하는 것이 중요한 과제가 되어 있다. 즉, FET 의 채널에 대한 도통을 확보하기 위해 절연층에 형성한 콘택트홀이나, 다층배선구조에서의 층간 스루홀 등의 내면에 확산방지층을 충분한 두께로 형성하는 것이 필요하게 되어 있다.

이와 같은 미세한 홀의 내면으로의 박막작성기술의 평가 지표의 하나로서, 보텀커버리지율 (bottom coverage factor) 이 많이 사용되고 있다. 보텀커버리지율은 홀의 주위면 (홀 이외의 면) 에 대한 막형성속도에 대하여 홀의 저면에 대한 막형성속도의 비이다.

상술한 확산방지층의 형성시의 막형성에 있어서, 보텀커버리지율이 부족하면, 홀의 저면에서의 확산방지 효과가 불충분해지며, 상호 확산에 의한 디바이스의 특성열화의 문제가 발생한다. 따라서, 보텀커버리지율이 높은 막형성이 요청되고 있다.

한편에서는, LSI 의 고집적도화 또는 고기능화에 대응하여, 홀의 애스펙트비 (홀의 폭 또는 직경에 대한 홀의 깊이의 비) 가 매년 높아지고 있다. 예를 들면, 256 메가비트 클래스의 DRAM (기억유지동작이 필요한 필수 기입 판독형 메모리) 은 홀의 직경이 0.25 ㎛ 이고 애스펙트비는 4 정도, 1 기가비트 클래스의 DRAM 은 홀의 직경이 0.18 ㎛ 이고 애스펙트비는 6 ∼ 7 정도가 된다고 한다.

이와 같이 고 애스펙트화된 홀에 대해서는 필요한 보텀커버리지율로 막형성하여 확산방지층을 형성하는 것이 곤란해졌다. 확산방지층을 구성하는 박막은 상술한 바와 같이 스퍼터로 작성되는데, 스퍼터의 경우, 보텀커버리지율이 높은 막형성을 수행하기 위해서는 타겟으로부터 방출되는 입자 (이하, 스퍼터입자) 가 홀의 저면에 많이 도달해야 한다. 그러나, 애스펙트비가 높아지면, 홀의 저면에 도달하는 스퍼터입자의 양이 적어진다. 즉, 기판에 거의 수직으로 입사하는 한정된 입자만이 저면에 도달할 수 있다. 따라서, 홀의 저면에서의 막형성속도가 저하되어, 보텀커버리지율이 낮아져버린다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 개량된 스퍼터의 수법으로서, 콜리메이트 스퍼터 또는 저압원격 스퍼터의 수법이 개발되어 왔다.

콜리메이트 스퍼터는 기판에 대하여 거의 수직으로 비행하는 스퍼터입자만을 선택적으로 통과시키는 부재 (콜리메이터라 불림) 를 사용하는 수법이다. 콜리메이트 스퍼터는 통상의 스퍼터에 비하면 보텀커버리지율은 향상되지만, 콜리메이터의 부분에 부착하는 스퍼터입자가 손실되므로, 효율이 나쁘다는 문제가 있다.

또, 저압원격 스퍼터는 기판과 타겟과의 거리를 통상의 스퍼터의 3 배에서 5 배로 하고, 1 mTorr 정도 이하의 저압에서 스퍼터하는 수법이다. 기판과 타겟과의 거리가 확대되어 있으므로, 기판에 대하여 거의 수직으로 비행하는 스퍼터입자가 많이 기판에 입사된다. 또, 저압이기 때문에, 이와 같은 수직으로 비행하는 스퍼터입자가 산란되기 어렵다. 이로 인해, 고 보텀커버리지율의 막형성을 수행할 수 있다.

그러나, 저압원격 스퍼터는 저압에서 작동시키기 위해 스퍼터방전의 강도를 너무 높게 할 수 없으며, 또, 타겟과 기판이 떨어져 있으므로 타겟으로부터 방출되는 스퍼터입자중 기판에 도달하지 않고 쓸모없게 되버리는 것이 많다. 이 때문에, 전체로서의 막형성의 효율이 나쁘다.

또, 저압원격 스퍼터는 기판의 주변부에서의 홀에 대한 막형성 특히, 홀의 측벽에 대한 막형성에 불균일성이 발생한다는 문제가 있다. 즉, 기판 중앙부의 홀의 내면에 대해서는, 박막이 거의 균등하게 퇴적된다. 그러나, 기판 주변부의 홀의 상대면에 대해서는, 외측으로부터의 측벽에는 비교적 두꺼운 박막이 퇴적되지만, 내측으로부터의 측벽에는 박막이 얇게밖에 형성되지 않는다.

이것은, 다음과 같은 이유 때문이다. 기판의 중앙부에서는 스퍼터입자는 기판에 수직방향을 중심으로 하여 조금 좌우로 어긋나서 균등하게 입사된다. 그러나, 기판의 주변부에서는 외측을 향하여 비스듬히 입사해오는 스퍼터입자가 많아져, 결과적으로 홀의 내측으로부터의 측벽에 대한 막두께가 부족해진다.

이와 같이 막두께가 부족하면, 상호 확산방지의 효과를 충분히 얻을 수 없게 되어, 디바이스특성을 저해하는 요인이 된다. 이와 같은 문제 때문에, 저압원격 스퍼터는 개구직경 (또는 폭) 이 0.25 ㎛ (애스펙트비로는 4 정도) 까지의 디바이스의 제작이 한도라고 말해진다.

한편, 디바이스의 고집적도화에 대응하여 더욱 개량된 스퍼터의 수법으로서, 이온화 스퍼터의 수법이 개발되어 있다. 이온화 스퍼터는 타겟으로부터 방출되는 스퍼터입자를 이온화시킴과 동시에, 기판에 수직의 전계를 설정하고, 이온화된 스퍼터입자를 이 전계로 가속하여 기판에 수직으로 입사시키는 수법이다.

이 이온화 스퍼터에서는, 저압원격 스퍼터에서 볼 수 있었던 것과 같은 막형성효율의 저하나, 기판 주변부에서의 홀의 측벽에 대한 막형성의 불균일성은 없다. 그러나, 반응성 스퍼터를 실시하는 경우에는, 이온화 스퍼터의 효과를 충분히 얻을 수 없다는 문제가 있다. 예를 들면, 질소를 도입하면서 티탄제의 타겟을 스퍼터하여 질화티탄막을 작성하는 경우, 질소는 타겟표면에서 티탄과 반응하여 질화티탄이 스퍼터입자로서 방출된다. 혹은, 티탄으로 이루어진 스퍼터입자가 질소와 반응하여 질화티탄이 된다. 그러나, 이와같은 질화티탄은 이온화 효율이 나쁘며, 티탄 단일체의 막형성의 경우처럼 홀의 내면의 피복성 향상의 효과가 획득될 수 없다.

여기서, 완전히 이종의 막형성기술인 화학증착의 경우에 눈을 돌려보면, 화학증착의 수법에 의해 질화티탄박막을 작성하는 것이 가능하다. 예를 들면, TiCl₄라는 Ti 원자를 함유한 반응성가스의 수소환원반응을 이용하여 기판의 표면에 질화티탄박막을 작성하는 것이 가능하다. 반응에 이용되는 에너지는 열 또는 플라즈마의 형태로 부여된다. 전자의 방식은 열 CVD 라 불리고, 후자의 방식은 플라즈마 CVD 라 불린다. 또, 사용하는 가스는 TiCl₄, H₂, N₂, NH₃등의 혼합가스이다.

이와 같은 화학증착법에 의한 막형성의 경우, 기본적으로 가스의 기상반응을 이용하는 수법이며, 홀내에 가스는 자유롭게 확산하여 도달할 수 있으므로, 고 애스펙트비의 홀에 대해서도 충분한 보텀커버리지율로 막형성을 할 수 있다.

이와 같이 검토해보면, 1 기가비트 (대표적인 홀직경은 약 0.18 ㎛) 이하의 미세한 디바이스에서의 확산방지층의 형성기술로는 티탄박막은 이온화 스퍼터로 작성하고, 질화티탄박막은 화학증착으로 작성하는 것이 매우 효과적이라고 예상된다. 바꾸어말하면, 차세대의 장치에서는, 스퍼터와 화학증착이라는 이종의 막형성기술을 복합시켜가는 것이 중요해질 것이라고 예상된다.

그러나, 발명자의 검토에 의하면, 스퍼터와 화학증착이라는 이종의 막형성기술을 복합시키면, 양 프로세스의 이질성에서 오는 프로세스의 상호 오염의 문제가 발생하여, 이 문제를 해결하지 않으면, 실용적인 스퍼터 화학증착 복합장치를 개발하는 것은 불가능하다. 이 점을 이하에서 구체적으로 설명한다.

스퍼터와 화학증착을 복합시켜 확산방지층의 형성이 가능한 스퍼터 화학증착 복합장치를 설계하는 경우, 스퍼터를 실시하는 처리실 (이하, 스퍼터챔버) 과 화확증착을 실시하는 처리실 (이하, CVD 챔버) 을 기밀하게 접속하고, 양 프로세스를 진공중에서 연속해서 실시할 수 있도록 한다. 양 프로세스의 사이에서 기판이 일단 대기측으로 취출되는 구성에서는 질화티탄을 적층하기 전에 티탄박막의 표면이 대기에서 오염되어, 양 프로세스를 복합하는 의미가 사라져버린다.

그러나, 한편, 스퍼터챔버와 CVD 챔버를 기밀하게 접속시킨 경우, 한쪽의 챔버로부터 다른쪽의 챔버에 가스가 확산되어 프로세스를 오염시킬 가능성이 높아진다. 예를 들면, CVD 챔버에는 화학증착후의 염소가스 등의 잔류생성물이 부유하고 있다. 이 염소가스가 스퍼터챔버에 확산되어 기판에 부착되면, 작성한 티탄박막과 반응하여, 티탄박막의 표면에 변질층이 형성되어 버린다. 이와 같은 변질층이 형성되면, 디바이스의 전기특성이 현저하게 저해되어, 제품불량의 원인이 된다. 또한, 스퍼터챔버와 CVD 챔버는 게이트밸브로 격리되어 절연되는데, 이 게이트밸브는 기판의 반입반출시에 개폐된다.

이와같은 상호 오염의 문제를 억제하기 위해서는, 스퍼터챔버와 CVD 챔버의 사이에 반송챔버를 개재시키는 것이 유효한 수단이라고 생각할 수 있다. 도 6 및 도 7 은, 본원 발명을 상도하는 과정에서 이루어진 발명의 구성을 설명하는 평면개략도이며, 상호 오염을 억제시킨 스퍼터 화학증착 복합장치의 구성을 도시한 도면이다.

우선, 도 6 에 도시된 스퍼터 화학증착 복합장치는 스퍼터챔버 (2) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에 반송챔버 (1) 를 개재시키고 있다. 즉, 중앙에 반송챔버 (1) 가 설치되고, 그 주위에 복수의 처리챔버 (2, 3, 7) 가 설치되어 있다. 반송챔버 (1) 내에는 반송기구 (11) 가 설치되어 있다. 처리챔버중 하나는 스퍼터챔버 (2) 이며, 다른 하나는 CVD 챔버 (3) 이다. 그리고, 각 챔버 (1, 2, 3, 7) 의 경계부분에는 도시를 생략한 게이트밸브가 설치되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 처리챔버 (2, 3, 7) 내의 가스는 반송챔버 (1) 를 경유하지 않으면, 다른 처리챔버 (2, 3, 7) 로는 확산될 수 없으므로, 상호 오염의 문제는 어느 정도 억제할 수 있다. 그러나, 반송챔버 (1) 내에 어느 정도 체류한 후에 다른 처리챔버 (2, 3, 7) 에 확산되는 경우도 있으므로, 상기 상호 오염의 문제를 충분히 억제하는 것은 어렵다고 생각된다.

또, 도 7 에 도시된 예에서는, 2 개의 반송챔버 (1A, 1B) 를 설치하였다. 즉, 스퍼터챔버 (2) 용의 제 1 반송챔버 (1A) 와, CVD 챔버 (3) 용의 제 2 반송챔버 (1B) 를 설치하였다. 이 도 7 에 도시된 예에서는, 예를 들면 CVD 챔버 (3) 내의 가스는 제 1, 제 2 의 2 개의 반송챔버 (1A, 1B) 를 경유하지 않으면 스퍼터챔버 (2) 에 도달할 수 없다. 따라서, 상호 오염의 문제는 상당히 억제되리라고 예상된다.

그러나, 이 도 7 에 도시된 예에서는, 2 개의 반송챔버 (1A, 1B) 를 사용하므로, 장치의 점유면적이 매우 커진다는 문제가 있다. 또, 반송에 필요한 시간이 길어지므로, 생산성의 저하가 문제가 된다. 또한, 2 개의 반송챔버 (1A, 1B) 및 반송기구 (11) 가 필요하게 되므로, 매우 비용이 비싸진다는 결점도 있다. 또, CVD 챔버 (3) 끼리의 상호 오염의 문제는 기본적으로 해결되지 않는다.

본원 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 프로세스의 상호 오염이 효과적으로 방지되고, 또, 점유면적의 대폭적인 증가가 없어지고, 또 생산성의 저하 등의 문제도 발생하지 않는 스퍼터 화학증착 복합장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1 은 실시형태에 대한 스퍼터 화학증착 복합장치의 개략구성을 도시한 평면도,

도 2 는 도 1 에 도시된 스퍼터챔버 (2) 의 개략구성을 도시한 정면도,

도 3 은 도 1 에 도시된 CVD 챔버 (3) 및 버퍼챔버 (4) 의 개략구성을 도시한 정면도,

도 4 는 도 1 및 도 3 에 도시된 버퍼챔버 (4) 및 CVD 챔버 (3) 의 사시개략도,

도 5 는 보조반송기구의 구성을 설명하는 정면개략도,

도 6 은 본원발명을 상도하는 과정에서 이루어진 발명의 구성을 설명하는 평면개략도이며, 상호 오염을 억제시킨 스퍼터 화학증착 복합장치의 구성을 도시한 도면,

도 7 은 본원발명을 상도하는 과정에서 이루어진 발명의 구성을 설명하는 평면개략도이며, 상호 오염을 억제시킨 스퍼터 화학증착 복합장치의 구성을 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 반송챔버 2 : 스퍼터챔버

3 : CVD 챔버 4 : 버퍼챔버

5 : 에칭챔버 6 : 예열챔버

7 : 다른 처리챔버 8 : 로드록챔버

9 : 기판 10 : 게이트밸브

11 : 반송기구 22 : 배기시스템

23 : 타겟 24 : 자석기구

25 : 가스도입수단 26 : 기판홀더

27 : 이온화수단 28 : 전계설정수단

32 : 배기시스템 33 : 가스도입수단

34 : 기판홀더 35 : 히터

36 : 플라즈마형성수단 41 : 배기시스템

42 : 체류스테이지 43 : 가열수단

44 : 냉각수단 45 : 승강기구

46 : 퍼지가스도입시스템 47 : 버퍼용 진공계

231 : 스퍼터전원 481 : 이동체

482 : 자기커플링

상기 과제를 해결하기 위해, 본원의 청구항 1 에 기재된 발명은 스퍼터를 실시하는 스퍼터챔버와, 화학증착을 실시하는 CVD 챔버를 구비하고, 반송기구를 구비한 반송챔버를 통하여 스퍼터챔버와 CVD 챔버가 기밀하게 접속된 구조의 스퍼터 화학증착 복합장치로서, 반송챔버와 CVD 챔버의 사이 또는 반송챔버와 스퍼터챔버의 사이에는 버퍼챔버가 설치되어 있고, 스퍼터챔버와 CVD 챔버는 반송챔버 및 버퍼챔버를 통하여 반송챔버에 기밀하게 접속되어 있는 구성을 갖는다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 2 에 기재된 발명은 상기 청구항 1 의 구성에 있어서, 상기 스퍼터챔버 및 상기 CVD 챔버는 상기 반송챔버의 주위에 기밀하게 접속된 처리챔버중 하나의 구성을 갖는다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 3 에 기재된 발명은 상기 청구항 1 또는 2 의 구성에 있어서, 상기 버퍼챔버와 상기 CVD 챔버 또는 상기 스퍼터챔버의 사이에서 기판의 반송을 수행하는 보조반송기구가 설치되어 있는 구성을 갖는다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 4 에 기재된 발명은 상기 청구항 1, 2 또는 3 의 구성에 있어서, 상기 버퍼챔버는 상기 반송챔버와 상기 CVD 챔버의 사이에 설치되어 있음과 동시에, 내부에 퍼지가스를 도입하는 퍼지가스 도입시스템을 갖고 있으며, 버퍼챔버와 CVD 챔버의 사이에 설치된 게이트밸브는 버퍼챔버내의 압력이 CVD 챔버내의 압력보다 높은 경우에만 열리는 구성을 갖고 있다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 5 에 기재된 발명은 상기 청구항 1, 2, 3 또는 4 의 구성에 있어서, 상기 버퍼챔버내에서 기판을 소정온도로 가열하는 가열수단 또는 기판을 소정온도로 냉각하는 냉각수단을 갖고 있는 구성을 갖고 있다.

(발명의 실시의 형태)

이하, 본원 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1 은 실시형태에 관한 스퍼터 화학증착 복합장치의 개략구성을 도시한 평면도이다. 도 1 에 도시된 장치는 도 6 이나 도 7 에 도시된 장치와 마찬가지로, 멀티챔버 타입의 장치이며, 중앙에 배치된 반송챔버 (1) 와, 반송챔버 (1) 의 주위에 설치된 복수개의 처리챔버 (2, 3, 4, 5, 6) 및 2 개의 로드록 (load-lock) 챔버 (8) 로 이루어진 챔버 배치로 되어 있다.

각 챔버 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) 는 전용의 배기시스템에 의해서 배기되는 진공용기이다. 또, 반송챔버 (1) 에 대한 각 챔버 (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) 의 접속 장소에는 게이트밸브 (10) 가 각각 설치되어 있다.

반송챔버 (1) 내에는 반송기구 (11) 가 설치되어 있다. 반송기구 (11) 는 한쪽의 로드록챔버 (8) 로부터 기판 (9) 을 1 장씩 취출하고, 각 처리챔버 (2, 3, 4, 5, 6) 로 보내 순차적으로 처리를 행하도록 되어 있다. 그리고, 마지막 처리를 종료한 후, 다른쪽의 로드록챔버 (8) 로 되돌아오도록 되어 있다.

반송기구 (11) 로서는, 선단에 기판 (9) 을 올려놓고 유지하는 아암을 구비한 다관절 로봇이 매우 바람직하게 사용된다. 2 개의 아암을 구비하여 동시에 2 장의 기판 (9) 을 독립하여 이동시킬 수 있도록 구성되면, 반송의 효과가 향상되므로 매우 바람직하다.

또, 반송챔버 (1) 내는 도시를 생략한 배기시스템에 의해 배기되고, 항상 10.6 ∼ 10.8 Torr 정도의 진공압력이 유지된다. 따라서, 반송기구 (11) 로서는 이 진공압력하에서 동작가능한 것이 채용된다.

그리고, 본 실시형태의 스퍼터 화학증착 복합장치는 그 이름에서 나타나는 바와 같이, 스퍼터와 화학증착을 복합시키고 있다. 즉, 처리챔버중 하나는 스퍼터챔버 (2) 이고, 다른 하나는 CVD 챔버 (3) 이다.

우선, 도 2 를 사용하여 스퍼터챔버 (2) 의 구성에 대하여 설명한다. 도 2 는 도 1 에 도시된 스퍼터챔버 (2) 의 구성을 도시한 정면개략도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 스퍼터챔버 (2) 는 내부를 배기하는 배기시스템 (22) 과, 스퍼터챔버 (2) 내에 피 스퍼터면을 노출시키도록 하여 형성된 타겟 (23) 과, 타겟 (23) 에 소정의 전력을 부여하는 스퍼터전원 (231) 과, 타겟 (23) 의 배후에 설치된 자석기구 (24) 와, 스퍼터챔버 (2) 내에 소정의 스퍼터용 가스를 도입하는 가스도입수단 (25) 과, 타겟 (23) 에 대향한 스퍼터챔버 (2) 내의 소정의 위치에 기판 (9) 을 배치하기 위한 기판홀더 (26) 로 주로 구성되어 있다.

배기시스템 (22) 은 크라이오펌프 등의 진공펌프 (221) 를 사용하여 스퍼터챔버 (2) 내를 10.8 Torr 정도까지 배기가능하게 구성된다. 배기시스템 (22) 은 가변 오리피스 등의 배기속도 조정기 (222) 를 갖는다.

타겟 (23) 은 절연재 (232) 를 통하여 스퍼터챔버 (2) 에 부착되어 있다. 타겟 (23) 은 이 실시형태에서는 티탄제이다. 스퍼터전원 (231) 은 음의 고전압 또는 고주파전압을 타겟 (23) 에 인가하도록 구성된다.

자석기구 (24) 는 중심에 배치된 기둥형의 중심자석 (241) 과, 중심자석 (241) 을 둘러싸는 링모양의 주변자석 (242) 과, 중심자석 (241) 과 주변자석 (242) 을 연결하는 요크 (243) 로 구성되어 있다. 중심자석 (241) 의 앞면 과 주변자석 (242) 의 앞면은 서로 다른 자극 (磁極) 이 되어 있으며, 도 2 에 도시된 바와 같은 아치형의 자력선 (244) 이 타겟 (23) 을 관통하여 설정되도록 되어 있다.

스퍼터전원 (231) 이 타겟 (23) 을 통하여 스퍼터챔버 (2) 내에 설정하는 전계는 아치형의 자력선 (244) 의 정점부근에서 자계와 직교한다. 이 때문에, 형성되는 스퍼터방전에 있어서, 전자는 마그네트론운동을 하게 되어, 마그네트론방전이 달성된다. 이로 인해, 중성가스분자의 이온화의 효율이 높아져, 고효율로 스퍼터링을 행할 수 있다.

가스도입수단 (25) 은 본 실시형태에서는 아르곤가스를 스퍼터용 가스로서 도입하도록 되어 있다. 가스도입수단 (25) 은 아르곤가스가 저장된 가스실린더 (250) 와 스퍼터챔버 (2) 를 연결하는 배관 (251) 과, 배관 (251) 상에 설치된 밸브 (252) 나 유량조절기 (253) 등으로 구성되어 있다.

기판홀더 (26) 는 상면에 기판 (9) 을 얹어놓고 유지하도록 구성되어 있다. 기판홀더 (26) 에는 정전흡착에 의해 기판 (9) 을 소정위치에 고정하는 정전흡착기구가 필요에 따라서 설치되어 있다. 또, 기판 (9) 을 소정온도로 가열하는 히터 (261) 가 기판홀더 (26) 내에 설치되어 있다.

본 실시형태에서는 스퍼터챔버 (2) 내에서는 이온화 스퍼터에 의해서 막형성을 하도록 되어 있다. 즉, 스퍼터챔버 (2) 는 타겟 (23) 으로부터 방출되는 스퍼터입자를 이온화하는 이온화수단 (27) 을 갖는다. 이온화수단 (27) 은 고주파에너지에 의해 스퍼터입자를 이온화시키도록 되어 있으며, 스퍼터챔버 (2) 내에 설치된 이온화전극 (271) 과, 이온화전극 (271) 에 고주파에너지를 공급하는 고주파전원 (272) 으로 구성되어 있다.

이온화전극 (271) 은 타겟 (23) 으로부터 기판 (9) 으로의 스퍼터입자의 비행공간을 둘러싸도록 설치되어 있다. 이온화전극 (271) 에는, 예를 들면, 금속메쉬를 원통형으로 형성한 것이나 코일형의 것 또는 링플레이트형의 것이 사용된다.

고주파전원 (272) 으로서는, 예를 들면 고주파 13.56 MHz 출력 1 kW 정도의 것이 사용된다. 이온화전극 (271) 에 의해서 스퍼터챔버 (2) 내에 설정되는 고주파전계는 상기 스퍼터방전에 의한 플라즈마 (P) 와는 별개로 고주파방전에 의한 플라즈마 (P') 를 형성한다. 타겟 (23) 으로부터 방출되는 중성스퍼터입자는 이 플라즈마 (P') 중을 통과할 때, 플라즈마 (P') 중의 이온이나 전자와 충돌하여 이온화하도록 (이하, 이온화 스퍼터입자) 되어 있다.

한편, 기판홀더 (24) 에는 전계설정수단 (28) 이 설치되어 있다. 전계설정수단 (28) 은 스퍼터챔버 (2) 내에 기판 (9) 에 수직의 전계를 설정하고, 상기 이온화 스퍼터입자를 기판 (9) 에 수직으로 입사시키도록 구성되어 있다.

전계설정수단 (28) 으로서는, 본 실시형태에서는 기판홀더 (26) 에 고주파전압을 인가하여 고주파와 플라즈마 (P') 와의 상호작용에 의해 기판 (9) 에 음의 자기 바이어스전압 (self-bias voltage) 을 부여하는 기판용 고주파전원 (281) 이 채용되고 있다. 기판용 고주파전원 (281) 으로서는, 예를 들면 13.56 MHz 출력 300 W 정도의 것을 사용할 수 있다.

또, 기판용 고주파전원 (281) 과 기판홀더 (26) 의 사이에는 정합기 (282) 가 설치되어 있다. 또한, 기판 (9) 및 기판홀더 (26) 가 모두 도체인 경우, 고주파의 전송경로에 소정의 콘덴서가 설치되고, 콘덴서를 통하여 기판 (9) 에 고주파전압을 인가하도록 구성된다.

콘덴서 등의 커패시턴스를 통하여 기판 (9) 에 고주파전압을 인가하면, 커패시턴스의 충방전에 플라즈마 (P') 중의 전자와 양이온이 작용하여, 전자와 양이온의 이동도의 차이에 의해 기판 (9) 에 음의 자기 바이어스전위가 발생한다. 플라즈마 (P') 의 공간전위는 거의 접지전위 혹은 20 볼트정도의 양의 전위이며, 음의 자기 바이어스전위가 발생한 기판 (9) 과 플라즈마 (P') 의 사이에, 기판 (9) 을 향하여 서서히 전위가 내려가는 전계가 설정된다. 이 전계의 방향은 기판 (9) 에 대하여 수직이며, 양으로 이온화된 스퍼터입자는 이 전계에 의해 가속되어 기판 (9) 에 수직으로 입사하도록 되어 있다.

다음에, 이 스퍼터챔버 (2) 내에서의 장치의 동작에 대하여, 도 2 를 사용하여 설명한다.

우선, 기판 (9) 은 반송기구 (11) 에 의해서 반송챔버 (1) 로부터 게이트밸브 (10) 를 통하여 스퍼터챔버 (2) 내로 반입된다. 스퍼터챔버 (2) 내에는 배기시스템 (22) 에 의해서 소정압력까지 미리 배기되어 있고, 기판 (9) 은 기판홀더 (26) 에 놓인다. 기판홀더 (20) 내의 히터 (261) 가 미리 동작하고 있어, 기판홀더 (26) 에 놓인 기판 (9) 은 히터 (261) 의 열에 의해 소정온도까지 급속하게 가열되어, 그 온도가 유지된다.

그리고, 게이트밸브 (10) 를 닫은 후, 가스도입수단 (25) 이 동작하여, 스퍼터용 가스로서의 아르곤가스가 스퍼터챔버 (2) 내에 도입된다. 가스도입수단 (25) 의 유량조정기 (253) 로 아르곤가스의 유량을 조정함과 동시에 배기시스템 (22) 의 배기속도조정기 (221) 로 배기속도를 조정하고, 스퍼터챔버 (2) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지한다.

이 상태로, 스퍼터전원 (231) 을 동작시켜, 아르곤가스에 스퍼터방전을 발생시켜 타겟 (23) 을 스퍼터시킨다. 동시에 이온화수단 (27) 의 고주파전원 (272) 및 전계설정수단 (27) 의 고주파전원 (271) 을 동작시킨다. 이온화수단 (27) 에 의해 형성된 플라즈마 (P') 중을 통과할 때 생성된 이온화 스퍼터입자는 전계설정수단 (28) 이 설정한 전계에 의해 가속되어 기판 (9) 에 의해 수직에 가까운 각도로 입사한다. 이 결과, 기판 (9) 의 표면에 형성된 미세한 홀의 저면이나 측면에 도달하기 쉬워져, 저면이나 측면에 충분한 피복성으로 박막이 작성된다.

이와 같은 막형성을 소정시간 실시한 후, 전계설정수단 (28), 이온화수단 (27), 스퍼터전원 (231) 및 가스도입수단 (25) 의 동작을 각각 정지시키고, 배기시스템 (22) 에 의해 스퍼터챔버 (2) 내를 다시 소정압력까지 배기한다. 그 후, 게이트밸브 (10) 를 열고 기판 (9) 을 스퍼터챔버 (2) 로부터 취출한다. 이에 의해 스퍼터챔버 (2) 내의 일련의 동작이 종료된다.

다음에, 도 1 에 도시된 CVD 챔버 (3) 의 구성에 대하여 설명한다. 도 3 은 도 1 에 도시된 CVD 챔버 (3) 및 버퍼챔버 (4) 의 개략구성을 도시한 정면도이다.

도 3 에 도시된 CVD 챔버 (3) 는 내부를 배기하는 배기시스템 (32) 과, 내부에 소정의 CVD 용 가스를 도입하는 가스도입수단 (33) 과, 소정위치에 기판 (9) 을 배치하기 위한 기판홀더 (34) 를 구비하고 있다.

후술하는 바와 같이, CVD 챔버 (3) 내에는 활성이 높은 염소계의 가스가 도입되므로, 배기시스템 (32) 은 배기속도가 높은 고성능의 진공펌프 (321) 를 사용할 필요가 있다. 구체적으로는, 배기시스템 (32) 은 진공펌프 (321) 로서 배기속도 1000 리터/초 정도의 터보분자펌프를 사용하고, CVD 챔버 (3) 내를 10.7 Torr ∼ 10.8 Torr 정도의 도달압력까지 배기할 수 있도록 구성된다. 또한, 배기시스템 (32) 은 가변 오리피스 등의 배기속도 조정기 (322) 를 갖는다.

가스도입수단 (33) 은 CVD 용 가스로서, 사염화티탄, 수소, 질소 또는 암모니아 및 실란의 혼합가스를 도입할 수 있도록 구성되어 있다. 각각의 가스도입시스템에는 밸브 (331) 나 유량조정기 (332) 가 설치되어 있다. 수소나 실란은 사염화티탄의 환원반응을 위해 주로 도입된다. 또한, 질소가스는 후술하는 플라즈마 형성수단 (36) 에 의한 고주파방전의 방전개시를 용이하게 하는 작용도 한다. 또, 질소 또는 암모니아가스는 티탄을 질화시키기 위한 질소공급가스로서 도입된다.

기판홀더 (34) 는 상면에 기판 (9) 을 얹어놓고 유지하도록 구성되어 있다. 기판홀더 (34) 에는 정전흡착에 의해 기판 (9) 을 소정위치에 고정하는 정전흡착기구가 필요에 따라서 설치된다.

또, 기판홀더 (34) 에는 홀더승강기구 (341) 가 설치되어 있다. 홀더승강기구 (341) 는 기판홀더 (34) 를 지지하는 홀더 지주 (341) 에 고정된 아암 (342) 을 상하운동시켜 기판홀더 (34) 를 승강시키도록 되어 있다. 또한, 홀더승강기구 (341) 는 에어실린더와 같은 유체구동을 이용하는 것, 또는 볼나사와 서보모터의 조합 등을 채용할 수 있다. 또한, 홀더지주 (340) 는 CVD 챔버 (3) 의 저판을 기밀하게 관통하고 있다. 그리고, 이 관통부분에는 자성유체를 이용한 메카니칼 시일이 형성되어 있다. 이 결과, 홀더지주 (340) 의 상하운동을 허용하면서 관통부분으로부터의 누출이 방지되고 있다.

또, 기판 (9) 을 소정온도로 가열하면 히터 (35) 가 기판홀더 (34) 내에 설치되어 있다. 히터 (35) 는 통전에 의해 주울의 열 (Joule's heat) 을 발생시키는 방식의 것이 예를 들어 사용되고, 기판 (9) 을 400 ∼ 700 ℃ 정도로 가열유지할 수 있도록 구성된다. 기판 (9) 의 온도는 도시를 생략한 열전대 등의 온도센서로 검출되고, 도시를 생략한 제어부에 의해 음귀환 제어된다.

또, 본 실시형태에 있어서의 CVD 챔버 (3) 는 플라즈마 CVD 를 수행하도록 되어 있다. 즉, CVD 챔버 (3) 는 플라즈마 P'' 를 형성하는 플라즈마 형성수단 (36) 을 구비하고 있으며, 플라즈마 (P'') 의 작용에 의해 막형성을 실시하도록 구성되어 있다.

플라즈마 형성수단 (36) 은 CVD 챔버 (3) 내에 설치된 고주파전극 (361) 과, 고주파전극 (361) 에 고주파전력을 공급하는 고주파전원 (362) 으로 구성되어 있다. 가스도입수단 (33) 에 의해 CVD 챔버 (3) 내에 도입된 CVD 용 가스는 고주파전극 (361) 에 의해서 설정된 고주파전계로부터 에너지를 수취하여, 플라즈마 (P'') 가 형성되도록 되어 있다.

또한, 고주파전극 (361) 은 가스분무용 구멍을 균등하게 형성한 판형으로 형성되거나, 메쉬형으로 형성된다. 고주파전극 (361) 을 통하여 CVD 용 가스가 하방으로 확산되고, 플라즈마 (P'') 가 형성되도록 되어 있다. 또한, 고주파전극 (361) 으로서 하면에 가스분무 구멍을 갖는 중공의 원반형의 것을 사용하고, 이 고주파전극 (361) 의 내부공간에 일단 저장하고나서 CVD 용 가스를 도입하도록 구성되는 경우가 있다.

가스도입수단 (33) 에 의해 도입된 사염화티탄은 플라즈마 (P'') 의 작용에 의해서 분해하고, 혼합되어 있는 질소와 반응하여 기판 (9) 의 표면에 질화티탄을 석출시켜, 질화티탄박막이 적층하도록 되어 있다.

또한, CVD 챔버 (3) 내의 압력은, CVD 용 진공계 (37) 에 의해서 모니터되도록 되어 있다.

그런데, 본 실시형태의 장치의 큰 특징은, 도 1 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 반송챔버 (1) 와 CVD 챔버의 사이에 버퍼챔버 (4) 가 개재되어 있다는 점이다. 버퍼챔버 (4) 는 기밀한 진공용기이며, 게이트밸브 (10) 를 통하여 반송챔버 (1) 및 CVD 챔버 (3) 에 기밀하게 접속되어 있다. 버퍼챔버 (4) 에는, 전용의 배기시스템 (41) 이 설치되어 있고, 버퍼챔버내를 10.8 Torr 정도까지 배기할 수 있도록 되어 있다.

버퍼챔버 (4) 내에는 기판 (9) 이 일시적으로 체류하는 체류스테이지 (42) 가 설치되어 있다. 체류스테이지 (42) 는 원통 또는 원기둥형의 부재이며, 상면에 기판이 놓인다.

체류스테이지 (42) 내에는 가열수단 (43) 및 냉각수단 (44) 이 설치되어 있다. 가열수단 (43) 은 통전에 의해 주울의 열을 발생시키는 것이며, 카트리지 히터 등을 사용할 수 있다. 또, 냉각수단 (44) 은 체류스테이지 (42) 내에 설치된 냉각유통로 (420) 를 따라서 냉매를 순환시키는 것이다. 냉각수단 (44) 은 냉매유통로 (420) 로 냉매를 도입하는 도입관 (441) 과, 냉매유통로 (420) 로부터 냉매를 배출하는 배출관 (442) 과, 도입관 및 배출관을 연결하는 서큘레이터 (443) 등으로 구성된다. 서큘레이터 (443) 에서는 냉매를 소정의 저온으로 유지하여 도입관 (441) 으로 송출한다.

CVD 챔버 (3) 에 반입되기 전에 체류스테이지 (42) 에 놓인 기판 (9) 을 가열수단 (43) 으로 소정온도로 가열하면, CVD 챔버 (3) 에 있어서의 가열의 예비가열을 수행할 수 있어, CVD 챔버 (3) 내에서의 가열시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 또, 기판 (9) 을 소정온도로 가열해두면, 버퍼챔버 (4) 내에 확산된 CVD 챔버 (3) 내의 잔류가스가 기판 (9) 에 부착해도 용이하게 탈리되는 효과, 즉 탈가스의 효과가 있다.

또, CVD 챔버 (3) 로부터 반출된 기판 (9) 을 냉각수단 (44) 으로 소정온도로 냉각하면, 기판 (9) 의 체류와 함께 냉각도 수행할 수 있다. 다른 처리챔버 (6) 에서 냉각이 수행되는 경우에도, 버퍼챔버 (4) 에서 냉각을 수행함으로써 냉각의 효과가 향상되고, 장치 전체의 생산성의 향상에도 이어진다.

또한, 가열수단 (43) 과 냉각수단 (44) 은 동시에 동작할 수 없는 것은 물론이다. 또, 본 실시형태에서는 가열수단 (43) 과 냉각수단 (44) 의 모두를 구비하고 있는데, 그중 어느 하나만을 구비해도 된다.

또, 체류스테이지 (42) 에는 체류스테이지 (42) 를 승강시키는 승강기구 (45) 가 설치되어 있다. 체류스테이지 (42) 의 하단에는 스테이지지주 (421) 가 형성되어 하방으로 신장되어 있고, 승강기구 (45) 는 이 스테이지지주 (421) 를 상하운동시켜 체류스테이지 (42) 를 승강시키도록 되어 있다.

또한, 스테이지지주 (421) 는 버퍼챔버 (4) 의 저판부분을 기밀하게 관통하고 있다. 그리고, 이 관통부분에는 자성유체를 이용한 메카니칼 시일이 형성되어 있다. 이 때문에, 스테이지지주 (421) 의 상하운동을 허용하면서, 관통부분으로부터의 누출이 방지되고 있다.

또, 버퍼챔버 (4) 내에는, 내부에 퍼지가스를 도입하는 퍼지가스도입시스템 (46) 이 설치되어 있다. 퍼지가스도입시스템 (46) 은 퍼지가스로서 질소 등의 불활성가스를 버퍼챔버 (4) 내로 도입하도록 되어 있다.

버퍼챔버 (4) 내의 압력은 버퍼용 진공계 (47) 로 모니터되도록 되어 있다. 한편, 이 버퍼용 진공계 (47) 의 측정데이터는 CVD 용 진공계의 측정데이터와 함께, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (4) 사이의 게이트밸브 (10) 의 폐쇄제어를 행하는 제어부 (101) 에 보내지도록 되어 있다. 제어부 (101) 는 양 측정데이터를 비교하여, 버퍼챔버 (4) 내의 압력이 CVD 챔버 (3) 내의 압력보다 높은 경우에 한하여, 밸브구동기구 (102) 를 동작시켜 게이트밸브 (10) 를 열도록 구성되어 있다.

다음에, 도 3 을 사용하여 CVD 챔버 (3) 내의 장치의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 기판 (9) 은 후술하는 바와 같이 반송챔버 (1) 로부터 버퍼챔버 (4) 를 경유하여 CVD 챔버 (3) 내로 반입된다. CVD 챔버 (4) 내에는 배기시스템 (32) 에 의해 소정압력까지 미리 배기되어 있으며, 기판 (9) 은 기판홀더 (34) 에 놓인다. 기판홀더 (34) 내의 히터 (35) 가 미리 동작하고 있어, 기판홀더 (34) 에 놓인 기판 (9) 은 히터 (35) 의 열에 의해 소정온도까지 급속하게 가열되고, 그 온도가 유지된다.

그리고, 게이트밸브 (10) 를 닫은 후, 가스도입수단 (33) 이 동작하여, 소정의 CVD 용 가스가 CVD 챔버 (3) 내로 도입된다. 가스도입수단 (33) 의 각 유량조정기 (332) 로 CVD 용 가스의 유량 및 혼합비를 조정함과 동시에 배기시스템 (32) 의 배기속도조정기 (321) 로 배기속도를 조정하여, CVD 챔버 (3) 내를 소정의 압력으로 유지한다.

이 상태에서, 플라즈마형성수단 (36) 을 동작시킨다. 즉, 고주파전원 (362) 으로부터 고주파전극 (361) 에 고주파전력을 공급하여, CVD 챔버 (3) 내에 고주파전계를 설정한다. 도입된 CVD 용 가스에는 이 고주파전계에 의해 고주파방전이 발생하여, 플라즈마 (P'') 가 형성된다. 도입된 사염화티탄은 이 플라즈마 (P'') 의 작용에 의해서 분해됨과 동시에 질소와 반응하여, 기판 (9) 의 표면에 질화티탄을 석출시킨다. 소정시간이 경과하면, 이 질화티탄은 박막으로 성장하여, 소정두께의 질화티탄박막이 작성된다.

그 후, 플라즈마형성수단 (36) 및 가스도입수단 (33) 의 동작을 정지하고, CVD 챔버 (3) 내를 다시 고 진공배기한다. 그리고, 게이트밸브 (10) 가 열리고, 기판 (9) 은 CVD 챔버 (3) 로부터 취출된다. 이것으로, CVD 챔버 (3) 내에서의 일련의 동작이 종료된다.

또, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에서 기판 (9) 의 반송을 행하는 보조반송기구가 설치되어 있다. 보조반송기구의 구성에 대하여, 도 4 및 도 5 를 사용하여 설명한다. 도 4 는 도 1 및 도 3 에 도시된 버퍼챔버 (4) 및 CVD 챔버 (3) 의 경사개략도, 도 5 는 보조반송기구의 구성을 설명하는 정면개략도이다. 또한, 도 4 에서는, 버퍼챔버 (4) 및 CVD 챔버 (3) 는 도중의 높이부터 상측의 부분 등 일부 도시가 생략되어 있다.

도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 보조반송기구는 상면에 기판 (9) 을 얹어놓고 반송하는 이동체 (481) 와, 이동체를 수평방향으로 이동시키는 자기커플링 (482) 등으로 구성되어 있다.

이동체 (481) 는, 도 4 에 도시된 바와 같이, 수평 자세의 상판부 (483) 와, 상판부의 양측으로부터 하방으로 신장되도록 하여 설치한 양 측판부 (484) 로 이루어진다. 이동체 (481) 는 상판부 (483) 의 중앙에 개구를 갖는다. 이 개구는 기판 (9) 의 직경보다도 작고, 체류스테이지 (42) 보다는 크다.

또, 도 5 에 도시된 바와 같이, 이동체 (481) 는 측판부 (484) 의 단부에 작은 자석 (이하, 이동체측자석 ; 485) 을 다수개 갖고 있다. 각 이동체측 자석 (485) 은 상하의 면에 자극을 갖고 있다. 그리고 이 자극은 도 5 에 도시된 바와 같이, 배열방향으로 번갈아 역의 자극이 되어 있다.

한편, 자기커플링 (482) 은 둥근봉형의 부재이다. 자기커플링 (482) 은 도 5 에 도시된 바와 같이, 나선형으로 신장하는 길고 가는 자석 (이하, 커플링측자석 ; 486) 을 갖고 있다. 이 커플링측자석 (486) 은 서로 다른 자극으로 2 개 설치되어 있고, 이중 나선형으로 되어 있다.

자기커플링 (482) 은 커플링측자석 (486) 이 격벽 (487) 을 사이에 두고 이동체측자석 (485) 을 마주보도록 배치되어 있다. 격벽 (487) 은 투자율이 낮은 재료로 형성되어 있으며, 이동체측자석 (485) 과 커플링측자석 (486) 은 격벽 (487) 을 통하여 자기결합되어 있다. 또한, 격벽 (487) 의 이동체 (481) 측의 공간은 진공측 (버퍼챔버 (4) 의 내부측) 이며, 자기커플링 (482) 측의 공간은 대기측이다.

그리고, 자기커플링 (482) 에는, 도시를 생략한 회전기구가 설치되어 있다. 이 회전기구는 자기커플링 (482) 을 중심축의 주위에 회전시키도록 되어 있다. 자기커플링 (482) 이 회전하면, 이중나선형의 커플링측자석 (486) 도 회전한다. 이 때, 커플링측자석 (486) 이 회전하는 상태는, 이동체측자석 (485) 에서 보면, 번갈아 다른 자극의 복수개의 작은 자석이 일렬로 늘어서 이 정렬의 방향을 따라서 일체로 직선이동하고 있는 것과 등가의 상태가 된다. 따라서, 커플링측자석 (486) 에 결합되어 있는 이동체측자석 (485) 은 커플링측자석 (486) 의 회전과 함께 직선이동하고, 이 결과, 이동체 (481) 가 전체적으로 직선이동하게 된다.

또한, 자기커플링 (482) 과 격벽 (487) 은 버퍼챔버 (4) 와 함께 CVD 챔버 (3) 에도 설치되어 있다. 따라서, 이동체 (481) 는 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에서 수평방향으로 이동하도록 (전후운동하도록) 구성되어 있다.

다음에, 도 3 및 도 4 를 사용하여, 버퍼챔버 (4) 를 경유한 기판 (9) 의 반송동작에 대하여 설명한다. 우선, 반송챔버 (1) 내의 반송기구 (11) 에 의해서 기판 (9) 이 버퍼챔버 (4) 내로 반입된다. 이 때, 체류스테이지 (42) 는 소정의 상승위치에 위치하여, 기판 (9) 을 수취한다. 그 후, 반송챔버 (1) 와 버퍼챔버 (4) 사이의 게이트밸브 (10) 가 닫힌다.

기판 (9) 을 버퍼챔버 (4) 로부터 CVD 챔버 (3) 로 보내는 경우에는, 체류스테이지 (42) 를 소정의 퇴피 (退避) 위치까지 하강시킨다. 이 퇴피위치는 체류스테이지 (42) 의 상면이 이동체 (481) 의 상판부 (483) 보다 아래에 위치하도록 설정되어 있다. 이로 인해, 체류스테이지 (42) 가 퇴피위치까지 하강하면, 기판 (9) 은 이동체 (481) 의 위에 놓여진다.

그리고, 전술한 바와 같이, 버퍼챔버 (4) 의 압력이 CVD 챔버 (3) 보다도 높은 것을 확인한 후, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 사이의 게이트밸브 (10) 를 연다. 그리고, 자기커플링 (482) 을 회전시켜서 이동체 (481) 를 CVD 챔버 (3) 내로 이동시킨다.

이동체 (481) 는 기판 (9) 의 중심이 기판홀더 (34) 의 중심축과 일치된 위치에서 정지한다. 또한, 기판홀더 (34) 는 CVD 챔버 (3) 내의 하방의 대기위치에 위치하고 있다. 그리고, 기판홀더 (34) 가 상승하고, 이동체 (481) 의 개구를 통과하여 이동체 (481) 의 상면판 (483) 보다도 높은 소정높이의 위치까지 도달한다. 이 동작시에, 기판 (9) 은 이동체 (481) 로부터 떨어져서 기판홀더 (34) 의 위에 놓이게 된다.

그 후, 자기커플링 (482) 이 역방향으로 회전하고, 이동체 (481) 가 후퇴한다. 이 때, 기판홀더 (34) 의 홀더지주 (341) 와 이동체 (481) 가 간섭하지 않도록, 이동체 (481) 의 상판부 (483) 는 개구로부터 전단부로 신장하도록 하여 노치 (485) 가 설치되어 있다. 이동체 (481) 가 후퇴할 때, 노치 (485) 내를 홀더지주 (341) 가 통과하는 상태가 된다.

이동체 (481) 는 상기와 같이 후퇴하여, CVD 챔버 (3) 로부터 나와 버퍼챔버 (4) 내의 당초의 위치로 되돌아온다. 그 후, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 사이의 게이트밸브 (10) 가 닫힌다. 그리고, 전술한 바와 같이, CVD 챔버 (3) 내에서 막형성처리가 수행된다.

CVD 챔버 (3) 로부터의 기판 (9) 의 회수는 상기 동작과 완전히 반대의 동작으로 수행된다. 즉, 기판홀더 (34) 가 소정의 상승위치에 있는 상태로 게이트밸브 (10) 를 열어 이동체 (481) 를 CVD 챔버 (3) 내로 이동시킨다. 그리고, 기판홀더 (34) 를 하강시켜 기판 (9) 을 이동체 (481) 위에 놓는다. 그 후, 이동체 (481) 를 버퍼챔버 (4) 까지 후퇴시켜, 게이트밸브 (10) 를 닫는다.

버퍼챔버 (4) 내에서는, 체류스테이지 (42) 가 상승하여 이동체 (481) 로부터 기판 (9) 을 수취한다. 그 후, 반송챔버 (1) 측의 게이트밸브 (10) 가 열리고, 반송챔버 (1) 내의 반송기구 (11) 가 체류스테이지 (42) 로부터 기판 (9) 을 들어올린다. 기판 (9) 은 반송챔버 (1) 를 경유하여 다음 챔버까지 반송된다.

다음에, 도 1 로 돌아와, 다른 처리챔버의 구성에 대하여 설명한다.

다른 처리챔버 중 하나는 막형성전에 기판 (9) 을 스퍼터 에칭하여 클리닝하는 에칭챔버 (5) 로서 구성된다. 장치에 반입되는 기판 (9) 의 표면에는, 자연산화막 또는 보호막이 형성되어 있는 경우가 있다. 이와 같은 막이 형성된 채이면, 작성하는 박막의 전기특성이 저하되거나 박막의 부착성이 악화되는 문제가 있다. 그래서, 막형성에 앞서, 기판 (9) 의 표면을 스퍼터 에칭하여 자연산화막 또는 보호막을 제거하고 있다.

에칭챔버 (5) 는 아르곤 등의 스퍼터 에칭용 가스를 도입하는 수단과, 도입된 가스에 고주파 에너지를 공급하는 등으로 하여 플라즈마를 형성하는 수단과, 플라즈마중에서 양이온을 인출하여 기판 (9) 으로 입사시키는 전계를 설정하는 수단을 구비하고 있다. 플라즈마중의 양이온이 기판의 표면에 입사하면, 표면의 자연산화막 또는 보호막이 스퍼터 에칭되어 제거된다. 이 결과, 기판 (9) 의 본래 재료의 청정한 표면이 노출된다.

또, 다른 처리챔버중 다른 하나는 막형성전에 기판 (9) 을 예비가열하는 예열챔버 (6) 로서 구성된다. 예열챔버 (6) 는 전술한 기판홀더 (26) 와 마찬가지로 도시를 생략한 기판홀더를 구비하고 있다. 기판홀더내에는 저항발열방식 등의 히터가 설치되어 있고, 기판홀더에 놓인 기판 (9) 을 200 ∼ 300 ℃ 정도까지 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 가열시간은 100 ∼ 200 초 정도이다. 또한, 기판홀더에 기판 (9) 을 정전흡착시켜 열전도성을 향상시키거나, 기판홀더와 기판 (9) 사이의 간격에 열전도성을 향상시키는 가스를 공급하는 경우가 있다.

예비가열의 주된 목적은 탈가스 즉, 기판 (9) 의 흡장가스를 가열하여 방출시키는 것에 있다. 또, 미리 소정온도까지 기판 (9) 을 가열해두면, 스퍼터챔버 (2) 내에서의 가열에 필요한 시간을 단축할 수 있다는 장점도 있다.

이상에서 본 실시형태의 장치의 구성에 대한 설명을 종료하고, 다음에 장치의 전체의 동작에 대하여 설명한다. 동작의 일례로서, 전술한 확산방지층을 형성하는 처리를 실시하는 경우에 대하여 설명한다.

도 1 에 대하여, 도시를 생략한 오토로더에 의해 소정수의 기판 (9) 이 한쪽의 로드록챔버 (8) 에 반입되어, 로드록챔버 (8) 내의 카셋트 (81) 에 수용되어 있다. 반송기구 (11) 는 이 한쪽의 로드록챔버 (8) 로부터 1 장의 기판 (9) 을 취출하고, 우선, 반송기구 (11) 는 이 기판 (9) 을 예열챔버 (6) 로 보낸다. 기판 (9) 은 예열챔버 (6) 내에서 예비가열되고, 탈가스가 행해진다. 다음에, 에칭챔버 (5) 로 보낸다. 에칭챔버 (5) 에서는, 전술한대로 표면의 자연산화막 또는 보호막이 제거된다.

그 후, 반송기구 (11) 는 이 기판 (9) 을 스퍼터챔버 (2) 로 보낸다. 스퍼터챔버 (2) 내에서는, 전술한 바와 같이 티탄제의 타겟 (23) 을 아르곤가스로 스퍼터하고, 티탄박막을 기판 (9) 의 표면에 퇴적시킨다. 이 때, 타겟 (23) 으로부터 방출되는 스퍼터입자가 이온화되어, 전계에 의해 더욱 수직으로 기판 (9) 에 입사되므로, 미세한 홀의 내면의 피복성이 향상된다.

그 후, 반송기구 (11) 는 이 기판 (9) 을 CVD 챔버 (3) 로 보낸다. CVD 챔버 (3) 에서는, 전술한 바와 같이, 사염화티탄과 질소를 함유하는 CVD 용 가스의 플라즈마 CVD 에 의해 기판 (9) 의 표면에 질화티탄박막을 퇴적시킨다. 이에 의해, 티탄박막의 위에 질화티탄박막을 적층한 확산방지층의 구조를 얻을 수 있다.

그 후, 반송기구 (11) 는 이 기판 (9) 을 CVD 챔버 (3) 로부터 취출하여, 다른쪽 또는 동일한 로드록챔버 (8) 로 보낸다. 또한, 다른 처리챔버 (7) 중의 하나는 필요에 따라서 냉각챔버로 된다. 냉각챔버는 냉각된 기판스테이지를 갖고, 이 기판스테이지에 기판 (9) 을 소정시간 얹어놓음으로써 기판 (9) 을 냉각하도록 구성된다. 이와 같이 하여 냉각한 후, 기판 (9) 은 다른쪽의 로드록챔버 (8) 로 반송되어, 카셋트 (81) 에 수용된다.

이와 같이 하여, 1 장의 기판 (9) 에 대하여, 예열챔버 (6), 에칭챔버 (5), 스퍼터챔버 (2), CVD 챔버 (3) 의 순으로 반송하면서 처리를 연속해서 행하며, 티탄박막과 질화티탄박막을 진공중에서 연속해서 형성한다. 또한, 1 장의 기판 (9) 이 예열챔버 (6) 에 보내져 예비가열될 때는, 다음의 기판 (9) 이 에칭챔버 (5) 에 반입되어 처리되고 있으며, 각 기판 (9) 이 각 챔버 (5, 6, 2, 3) 로 차례차례로 반입되어 매장마다 처리된다. 따라서, 장치 전체의 생산성은 극히 높다.

상술한 구성 및 동작인 본 실시형태의 장치에서는, 스퍼터챔버 (2) 와 CVD 챔버 (3) 라는 완전히 이질적인 처리챔버를 복합시키고 있다. 이와 같은 경우, 처리의 내용이 상이하므로, 처리챔버 (2, 3) 의 분위기도 서로 다르며, 따라서, 분위기가스가 서로 확산되어 서로의 분위기를 오염시키는 문제가 발생하게 된다. 특히, CVD 챔버 (3) 에서는 염소계가스 등의 반응성이 높은 가스를 사용하므로, 이와 같은 가스가 스퍼터챔버 (2) 에 확산되면, 스퍼터챔버 (23) 에서의 처리의 질을 현저하게 훼손시키는 원인이 되기 쉽다.

그러나, 본 실시형태에서는 반송챔버 (1) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에 버퍼챔버 (4) 가 설치되어 있다. 이 때문에, CVD 챔버 (3) 내의 잔류가스가 스퍼터챔버 (2) 에 도달하기 위해서는, 버퍼챔버 (4) 와 반송챔버 (1) 2 개의 챔버를 경유해야 한다. 따라서, CVD 챔버 (3) 내의 잔류가스가 스퍼터챔버 (2) 에까지 확산되는 것이 크게 억제된다. 스퍼터챔버 (2) 내의 가스가 CVD 챔버 (3) 에 확산되는 것 또한 마찬가지로 억제된다. 또한, 도 1 에 도시된 바와 같이 2 개의 CVD 챔버 (3) 가 설치되어 있는 경우로, 서로 다른 가스를 사용하는 경우에는, CVD 챔버 (3) 끼리의 상호 오염도 또한 방지된다.

그리고, 본 실시형태에서는 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에서 기판의 반송을 수행하는 보조반송기구가 설치되어 있다. 이 때문에, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버의 사이에서 기판 (9) 의 반송을 수행할 때는, 버퍼챔버 (4) 와 반송챔버 (1) 사이의 게이트밸브 (10) 는 닫힌다. 또, 버퍼챔버 (4) 와 반송챔버 (1) 의 사이에서 기판의 반송을 수행하는 경우에는, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 사이의 게이트밸브 (10) 는 닫힌다. 즉, 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 사이의 게이트밸브 (10) 와, 버퍼챔버 (4) 와 반송챔버 (1) 사이의 게이트밸브 (10) 가 동시에 열리는 일은 없다.

상기의 점에서도, CVD 챔버 (3) 내의 잔류가스가 반송챔버 (1) 를 경유하여 스퍼터챔버 (2) 등으로 확산되는 것을 크게 억제하고 있다. 또한, 보조반송기구가 없으면, 반송챔버 (1) 내의 반송기구 (11) 로 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 사이의 기판 (9) 의 반송을 수행하여, 2 개의 게이트밸브 (10) 가 동시에 열려있는 상태가 발생되어 버린다.

또, CVD 챔버 (3) 에 비하여 버퍼챔버 (4) 내의 압력이 높은 경우에만 버퍼챔버 (4) 와 CVD 챔버 (3) 사이의 게이트밸브 (10) 가 열리므로, CVD 챔버 (3) 내의 잔류가스의 확산이 더욱 억제되고 있다.

또한, CVD 챔버 (3) 나 버퍼챔버 (4) 등의 내부에, 잔류가스를 흡착하는 게터재를 설치하는 구성도 잔류가스의 확산방지에 효과적이다. 게터재는 지르코늄 또는 티탄 등의 재료의 블록을 소정의 온도로 가열해두는 구성을 들 수 있다.

(실시예)

다음에, 상기 실시형태에 속하는 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 실시예는, 상술한 동작예와 마찬가지로, 확산방지층의 형성을 예로 들고 있다.

우선, 스퍼터챔버 (2) 에 있어서의 스퍼터링의 조건으로서는, 이하의 조건을 들 수 있다.

·스퍼터용 가스 ; 아르곤

·가스의 유량 ; 100 cc/분

·압력 ; 60 mTorr

·스퍼터전원의 출력전압 ; -500 V

·기판의 온도 ; 300 ℃

·이온화수단의 고주파전원 ; 13.56 MHz 800 W

·전계설정수단의 고주파전원 ; 13.56 MHz 200 W

상기 조건에 의하면, 500 옹스트롬 매분 정도의 막형성속도로 티탄박막을 작성할 수 있다. 또한, 애스펙트비 5 의 홀에 대한 보텀커버리지율은 40 % 정도이다.

또, CVD 챔버 (3) 에 있어서의 CVD 의 조건으로서는, 이하의 조건을 들 수 있다.

·CVD 용 가스 ; TiC1₄와 N₂와 H₂와 SiH₄의 혼합가스

·가스의 유량비 ; TiC1₄: N₂: H₂: SiH₄= 5 : 20 : 500 : 1

·전체 가스 유량 ; 526 cc/분

·압력 ; 0.12 Torr

·기판의 온도 ; 485 ℃

·플라즈마형성수단의 고주파전원 ; 60 MHz 500 W

상기 조건에 의하면, 100 옹스트롬 매분 정도의 막형성속도로 질화티탄박막을 작성할 수 있다. 또한, 애스펙트비 5 의 홀에 대한 보텀커버리지율 (홀의 주위의 면에 대한 홀의 저면에 대한 막형성속도의 비) 은 70 % 정도이다.

이상의 설명에서는, 스퍼터 화학증착 복합장치의 사용예로서 확산방지층의 형성을 들었는데, 이 이외에도, 동 (銅) 배선 등을 실시하는 경우에도 본 실시형태의 스퍼터 화학증착 복합장치는 유효하다.

또, 버퍼챔버 (4) 는 반송챔버 (1) 와 CVD 챔버 (3) 의 사이에 설치되었는데, 반송챔버 (1) 와 스퍼터챔버 (2) 의 사이에 설치해도 좋다. 이 경우에도, 전술한 보조반송기구와 동일한 기구를 버퍼챔버 (4) 에 설치할 수 있다. 또한, 에칭챔버 (5) 나 예열챔버 (6) 와 반송챔버 (1) 의 사이에도 버퍼챔버 (4) 를 설치해도 좋다.

또한, 저압원격 스퍼터는 상술한 바와 같은 문제를 갖고 있는데, 스퍼터챔버에 있어서 저압원격 스퍼터가 수행되도록 구성되는 것을, 본원 발명은 배제하는 것은 아니다.

또, 청구항 1 의 발명의 실시형태로서는, 도 1 에 도시된 바와 같은 챔버 배치가 아니라, 스퍼터챔버, 반송챔버 및 CVD 챔버를 일렬로 세로로 설치한 인라인식 장치의 구성을 들 수 있다. 이 경우에도, 스퍼터챔버와 반송챔버의 사이, 또는 반송챔버와 CVD 챔버의 사이에 버퍼챔버를 설치한다. 그리고, 스퍼터챔버의 앞쪽의 반송로상에는 로드록챔버가 설치되고, CVD 챔버의 뒤측의 반송로상에는 언로드록챔버가 설치된다. 또한, 이와 같은 인라인식의 장치에 비하면, 도 1 에 도시된 챔버 배치는 반송로를 짧게 할 수 있고, 장치의 점유면적을 작게 할 수 있는 장점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본원의 청구항 1 또는 2 에 기재된 발명에 의하면, 스퍼터챔버와 CVD 챔버의 사이에는 반송챔버에 더하여 버퍼챔버가 설치되어 있으므로, 프로세스의 상호 오염이 효과적으로 방지된다. 또, 반송챔버를 2 개 설치하는 구성에 비하여 점유면적의 대폭적인 증가가 없으며, 생산성의 저하 등의 문제도 발생하지 않는다.

또, 청구항 3 에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과외에, 버퍼챔버와 CVD 챔버 또는 스퍼터챔버 사이의 기판의 반송시에는, 반송챔버와 버퍼챔버 사이의 게이트밸브를 닫을 수 있으므로, 이 점에서 더욱 상호 오염이 억제된다.

또, 청구항 4 에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과외에, CVD 챔버내의 잔류가스가 버퍼챔버를 경유하여 다른 챔버로 확산되는 것이 억제된다. 이 때문에, CVD 챔버내의 잔류가스에 의한 다른 챔버 분위기의 오염의 문제가 더욱 억제된다.

또, 청구항 5 에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과외에, 버퍼챔버내에서 기판을 가열하여 탈가스를 수행하거나, 기판을 냉각하는 동작을 수행할 수 있으므로, 프로세스의 품질이 향상되거나, 장치 전체의 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

스퍼터를 실시하는 스퍼터챔버와, 화학증착을 실시하는 CVD 챔버를 구비하고, 반송기구를 구비한 반송챔버를 통하여 스퍼터챔버와 CVD 챔버가 기밀하게 접속된 구조의 스퍼터 화학증착 복합장치에 있어서, 반송챔버와 CVD 챔버의 사이 또는 반송챔버와 스퍼터챔버의 사이에는 버퍼챔버가 설치되어 있고, 스퍼터챔버와 CVD 챔버는 반송챔버 및 버퍼챔버를 통하여 반송챔버에 기밀하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 화학증착 복합장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스퍼터챔버 및 상기 CVD 챔버는 상기 반송챔버의 주위에 기밀하게 접속된 처리챔버중 하나인 것을 특징으로 하는 스퍼터 화학증착 복합장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼챔버와 상기 CVD 챔버 또는 상기 스퍼터챔버의 사이에서 기판의 반송을 수행하는 보조반송기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 화학증착 복합장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼챔버는 상기 반송챔버와 상기 CVD 챔버의 사이에 설치되어 있음과 동시에, 내부에 퍼지가스를 도입하는 퍼지가스 도입시스템을 갖고 있으며, 버퍼챔버와 CVD 챔버의 사이에 설치된 게이트밸브는 버퍼챔버내의 압력이 CVD 챔버내의 압력보다 높은 경우에만 열리는 것을 특징으로 하는 스퍼터 화학증착 복합장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼챔버내에서 기판을 소정온도로 가열하는 가열수단 또는 기판을 소정온도로 냉각하는 냉각수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 화학증착 복합장치.