(57)【要約】【課題】装置全体の小型化を図れ、また効率的な処理を行えるマルチチャンバ式のスパッタ成膜装置を提供する。【解決手段】本発明のスパッタ成膜装置は、基板保持具に対して基板Ｗの脱着が行われる脱着機構１６と、基板Ｗに対して前処理が行われる前処理室３４と、基板Ｗに対してスパッタ成膜処理が行われる複数の成膜室３５ａ〜３５ｄとを備え、それぞれの成膜室３５ａ〜３５ｄ内には基板Ｗを静電吸着した状態で回転可能な静電チャックテーブル６２が設けられ、一つの成膜室につき複数のスパッタ源５１が設けられ、それぞれのスパッタ源５１には静電吸着面６２ａに対して傾斜した状態で対向するターゲット５０が装着され、それぞれの成膜室３５ａ〜３５ｄ内には複数のスパッタ源５１のうちの少なくとも１つを成膜室内の放電空間に対して遮蔽可能なシャッター６５が設けられている。【選択図】図１
2010126789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気ローダーエリアと、
前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、基板を収容可能なカセットが投入されるカセット投入部と、
前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、前記基板を基板保持具に対して脱着する脱着機構と、
大気ゲート弁を介して、前記大気ローダーエリアに隣接して設けられたロードロック室と、
前記大気ローダーエリア内に設けられ、前記カセット投入部、前記脱着機構および前記ロードロック室に対して前記基板を搬出入する大気ロボットと、
第１の真空ゲート弁を介して前記ロードロック室に隣接して設けられた真空搬送室と、
第２の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、成膜前の前記基板に対して前処理が行われる前処理室と、
第３の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、前記基板に対してスパッタ成膜処理が行われる複数の成膜室と、
前記真空搬送室内に設けられ、減圧下で、前記ロードロック室、前記前処理室および前記各成膜室に対して前記基板を搬出入する真空ロボットと、
を備え、
それぞれの前記成膜室内には、前記基板を静電吸着した状態で回転可能な静電チャックテーブルが設けられ、
一つの前記成膜室につき複数のスパッタ源が設けられ、それぞれの前記スパッタ源には、前記静電チャックテーブルの静電吸着面に対して傾斜した状態で対向するターゲットが装着され、
それぞれの前記成膜室内には、前記複数のスパッタ源のうちの少なくとも１つを前記成膜室内の放電空間に対して遮蔽可能なシャッターが設けられている
ことを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項２】
前記複数のスパッタ源のうち、前記シャッターで遮蔽されていないスパッタ源が駆動され、前記シャッターで遮蔽されたスパッタ源は駆動されないことを特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜装置。
【請求項３】
前記シャッターは、前記複数のスパッタ源のいずれも遮蔽しない待避位置に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ成膜装置。
【請求項４】
一つの前記成膜室に対応して設けられる複数の前記ターゲットは互いに材質が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスパッタ成膜装置。
【請求項５】
前記前処理室内に、前記基板を静電吸着すると共にその吸着された基板を加熱する加熱機構を内蔵した静電チャックテーブルが設けられ、
前記基板は前記前処理室内で加熱処理されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のスパッタ成膜装置。
【請求項６】
前記前処理室内で前記基板はカソード体に支持され、前記カソード体に電圧を印加することで前記基板はスパッタエッチング処理されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスパッタ成膜装置。
【請求項７】
前記各成膜室内の前記静電チャックテーブルに、前記静電吸着面に吸着された前記基板を加熱または冷却する機構が内蔵され、
前記基板は前記静電チャックテーブルにより加熱または冷却されながらスパッタ成膜処理されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のスパッタ成膜装置。
【請求項８】
前記基板は前記基板保持具に保持された状態で前記基板保持具ごと、前記大気ローダーエリア、前記ロードロック室及び前記真空搬送室を搬送されて前記前処理室と前記成膜室に搬入され、
前記前処理室と前記成膜室内では、前記基板は前記基板保持具の保持から外れた状態で前記静電吸着面に静電吸着されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のスパッタ成膜装置。
【請求項９】
前記基板保持具は、前記基板の外縁部を支持するリング状のトレイと、前記基板の外縁部を覆うリング状のマスクとを有することを特徴とする請求項８記載のスパッタ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャンバ式のスパッタ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体装置の製造工程において、複数層の膜形成を連続的に行う場合がある。このような連続的な膜形成には複数の処理チャンバを備えたいわゆるマルチチャンバ式の処理装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３１２２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
マルチチャンバ式のスパッタ成膜装置においては、チャンバ数が多いことから装置全体が大型になる傾向にある。例えば特許文献１では、各チャンバ内で１種類の成膜を行っており、連続して形成すべき膜種が多くなるほどこれに対応して多くのチャンバを必要とし、その分装置全体が大型化する。また、基板がチャンバ間を移動する回数も多くなることから処理効率の低下もまねく。
【０００４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置全体の小型化を図れ、また効率的な処理を行えるマルチチャンバ式のスパッタ成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、大気ローダーエリアと、前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、基板を収容可能なカセットが投入されるカセット投入部と、前記大気ローダーエリアに臨んで設けられ、前記基板を基板保持具に対して脱着する脱着機構と、大気ゲート弁を介して、前記大気ローダーエリアに隣接して設けられたロードロック室と、前記大気ローダーエリア内に設けられ、前記カセット投入部、前記脱着機構および前記ロードロック室に対して前記基板を搬出入する大気ロボットと、第１の真空ゲート弁を介して前記ロードロック室に隣接して設けられた真空搬送室と、第２の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、成膜前の前記基板に対して前処理が行われる前処理室と、第３の真空ゲート弁を介して前記真空搬送室に隣接して設けられ、減圧下で、前記基板に対してスパッタ成膜処理が行われる複数の成膜室と、前記真空搬送室内に設けられ、減圧下で、前記ロードロック室、前記前処理室および前記各成膜室に対して前記基板を搬出入する真空ロボットと、を備え、それぞれの前記成膜室内には、前記基板を静電吸着した状態で回転可能な静電チャックテーブルが設けられ、一つの前記成膜室につき複数のスパッタ源が設けられ、それぞれの前記スパッタ源には、前記静電チャックテーブルの静電吸着面に対して傾斜した状態で対向するターゲットが装着され、それぞれの前記成膜室内には、前記複数のスパッタ源のうちの少なくとも１つを前記成膜室内の放電空間に対して遮蔽可能なシャッターが設けられていることを特徴とするスパッタ成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数層の膜形成を減圧下で連続して行えるスパッタ成膜装置の小型化が図れ、また処理効率も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、成膜対象の基板として半導体ウェーハを例示して説明するが、本発明は半導体ウェーハ以外にも、例えば、ディスク状記録媒体（ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスク、ハードディスクなど）、ミラー、表示パネル、太陽電池パネルなどへの成膜にも適用可能である。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係るスパッタ成膜装置の平面レイアウトを示す模式図である。本実施形態に係るスパッタ成膜装置は、大気ローダーユニット１１と真空処理ユニット３１とに大きく分かれる。大気ローダーユニット１１は常に大気圧下とされ、一方、真空処理ユニット３１の内部空間は真空排気系に接続され減圧可能となっている。
【０００９】
大気ローダーユニット１１は大気ローダーエリア１２を有し、その中央に大気ロボット１４が設けられている。大気ロボット１４は、前後方向に動作するアームを２本有し、旋回及び昇降動作をするダブルアームロボットである。
【００１０】
大気ロボット１４の周囲には複数のカセット投入部１３と１つの脱着機構１６が設けられ、これらはそれぞれ大気ローダーエリア１２に臨んでいる。カセット投入部１３には、半導体ウェーハを積載して収容可能なカセットがセットされる。なお、脱着機構１６は複数箇所に設けてもよい。
【００１１】
脱着機構１６の近傍には、基板保持具セット部１５が設けられている。さらに、その近傍には前後方向に動作するアームを１本有し、旋回及び昇降動作をするシングルアームロボット１７が設けられ、そのロボット１７によって、基板保持具セット部１５にセットされた基板保持具は脱着機構１６に搬送される。
【００１２】
大気ロボット１４によって、半導体ウェーハＷがカセットから取り出されて脱着機構１６に搬送され、また、脱着機構１６からカセットに戻される。そして、脱着機構１６では、基板保持具に対して半導体ウェーハＷの脱着が行われる。また、脱着機構１６には半導体ウェーハＷのアライメント機構も設けられている。
【００１３】
ここで、図２に基板保持具の模式図を示す。基板保持具はトレイ２２とマスク２３とを有する。なお、図２にはトレイ２２及びマスク２３に保持された状態の半導体ウェーハＷもあわせて示す。
【００１４】
トレイ２２は例えば円形のリング状に形成され、その外径は半導体ウェーハＷの直径よりも大きく、内径は半導体ウェーハＷの直径よりも小さい。トレイ２２の上面側には、ウェーハ支持部２５とマスク支持部２４が設けられている。マスク支持部２４は、トレイ２２において、半導体ウェーハＷの直径よりも大きな外周側に設けられ、このマスク支持部２４よりも内周側にウェーハ支持部２５が設けられている。
【００１５】
半導体ウェーハＷは、その外縁部（周縁部）がトレイ２２のウェーハ支持部２５上に載置されることでトレイ２２に支持される。マスク支持部２４の内径は、半導体ウェーハＷの直径よりもわずかに大きく、そのマスク支持部２４の内周面よりも内側に半導体ウェーハＷが収められ、マスク支持部２４の内周面によって半導体ウェーハＷの径方向の位置ずれが規制される。
【００１６】
マスク２３もトレイ２２と同様に円形リング状に形成され、その外径はトレイ２２の外径よりも大きく、内径はトレイ２２の内径よりも小さい。マスク２３はトレイ２２のマスク支持部２４の上に載置され重ね合わされる。マスク２３がマスク支持部２４に重ね合わされた状態で、マスク２３は、ウェーハ支持部２５も含むトレイ２２のすべてを覆い、図２のようにトレイ２２に半導体ウェーハＷが支持されている場合には、その半導体ウェーハＷの外縁部を覆うことになる。このとき、ウェーハ支持部２５上面は、マスク支持部２４上面より低い位置にあることから、半導体ウェーハＷにおける被成膜面（図２において上面）と、マスク２３下面との間にはわずかな隙間が形成され、マスク２３は半導体ウェーハＷに接触しない。
【００１７】
再び図１を参照して、真空処理ユニット３１について説明する。
【００１８】
真空処理ユニット３１は、１つのロードロック室３２と、１つの真空搬送室３３と、１つの前処理室３４と、複数の成膜室３５ａ〜３５ｄとを有し、これらはいずれも大気に対して気密遮断された構造となっており、図示しない真空排気系により減圧可能となっている。ロードロック室３２は、大気ローダーエリア１２と真空搬送室３３との間に設けられ、前処理室３４及び各成膜室３５ａ〜３５ｄは真空搬送室３３の周囲に設けられている。なお、大気ローダーエリア１２、ロードロック室３２、真空搬送室３３、前処理室３４はそれぞれ１つに限らず複数設けてもよい。
【００１９】
本実施形態に係るスパッタ成膜装置は、複数の成膜室３５ａ〜３５ｄを有するいわゆるマルチチャンバ構成のスパッタ成膜装置である。図１には例えば４つの成膜室３５ａ〜３５ｄを有する構成を例示するが、成膜室の数は４つ以外でもかまわない。
【００２０】
ロードロック室３２は大気ゲート弁４１を介して大気ローダーエリア１２に隣接して設けられ、さらにロードロック室３２は真空ゲート弁４２を介して真空搬送室３３に隣接している。真空搬送室３３内には、前後方向に動作するアームを１本有し、旋回及び昇降動作をするシングルアームロボット構造の真空ロボット３６が設けられている。
【００２１】
前処理室３４は、真空ゲート弁４３を介して真空搬送室３３に隣接して設けられている。前処理室３４内には、搬入された半導体ウェーハＷを静電チャックする静電チャックテーブルが設けられ、その静電チャックテーブルにはヒーター等の加熱機構が内蔵されている。
【００２２】
各成膜室３５ａ〜３５ｄは、それぞれ、真空ゲート弁４４〜４７を介して真空搬送室３３に隣接して設けられている。各成膜室３５ａ〜３５ｄはいずれも同様に構成されるが、例えば成膜室３５ａを代表して図３に示す。
【００２３】
成膜室３５ａはチャンバー壁５２によって外部と気密に遮断され、その成膜室３５ａ内には図示しないガス導入系を介して各種ガスを導入可能であり、また図示しない排気系を介して真空排気可能である。これらガス導入量と排気量の制御により、成膜室３５ａ内を所望のガスによる所望の圧力下にすることが可能である。
【００２４】
成膜室３５ａの底部付近には、静電チャックテーブル６２が設けられている。本実施形態では、半導体ウェーハＷの被成膜面全面に均一に成膜するため、静電チャックテーブル６２に吸着固定された半導体ウェーハＷを回転させながらスパッタ成膜を行うようにしている。したがって、静電チャックテーブル６２は、その回転軸５７が成膜室３５ａの外部で図示しない回転駆動機構に連結され、図３において１点鎖線Ｃ１で示す回転中心のまわりに回転可能に設けられている。
【００２５】
静電チャックテーブル６２の上部には、金属製のベース部材５４とセラミック製の誘電体５３とからなる静電チャック機構が設けられている。誘電体５３は例えば円盤状に形成され、その上面に円形状の静電吸着面６２ａを有する。
【００２６】
静電チャックテーブル６２の内部には電極が設けられその内部電極に、成膜室３５ａの外部に設けられた電源から電圧を印加すると、静電吸着面６２ａと、その上に載置された半導体ウェーハＷとの間に静電気力が発生し、半導体ウェーハＷは静電吸着面６２ａに吸着固定される。
【００２７】
また、静電チャックテーブル６２には基板温度制御機構が設けられている。具体的には、静電チャックテーブル６２の内部にヒーターが内蔵されている。あるいは、静電チャックテーブル６２の内部に冷却液が供給される冷却液流路が形成されている。冷却液流路は、静電チャックテーブル６２の回転軸５７の内部を通されて、その回転軸５７の端部でロータリージョイントを介して、成膜室３５ａの外部に設けられた冷却液供給管や冷却液供給源に接続されている。
【００２８】
ヒーターや静電チャック用の電極に給電するためのケーブルも静電チャックテーブル６２の回転軸５７の内部を通されて、その回転軸５７の端部でスリップリングを介して、成膜室３５ａの外部に設けられた電力供給源に接続されている。
【００２９】
また、成膜室３５ａ内には、半導体ウェーハＷを静電吸着面６２ａに対して昇降させるプッシャー機構５８が設けられている。プッシャー機構５８は、ロッド部５９とテーブル部６１とピン５６を有し、これらは一体となって昇降される。
【００３０】
ロッド部５９は、チャンバー壁５２の底壁部を貫通し、成膜室３５ａの外部で、図示しないシリンダ装置またはモーターなどの駆動機構に連結されている。その駆動機構の駆動により、ロッド部５９は昇降される。
【００３１】
ロッド部５９における成膜室３５ａ内の上端部にテーブル部６１が設けられている。テーブル部６１は、成膜室３５ａ内に略水平に広がり、その中央には、静電チャックテーブル６２の回転軸５７が通された貫通孔が形成され、テーブル部６１はその回転軸５７に対して相対的に上下動可能となっている。
【００３２】
テーブル部６１上には、上方に延在する複数本のピン５６が設けられている。各ピン５６は、静電チャックテーブル６２の上下方向を貫通して形成されたガイド孔５５を通され、各ピン５６の上端部は静電チャックテーブル６２の上方に突出可能となっている。
【００３３】
成膜室３５ａ内における静電チャックテーブル６２の上方には、スパッタ源５１が設けられている。スパッタ源５１は、一つの成膜室につき複数（本実施形態では例えば２つ）設けられている。各々のスパッタ源５１はカップ状のケース７１を有し、その開口を成膜室３５ａ内における静電チャックテーブル６２上方の放電空間に臨ませた状態でチャンバー壁５２上部に取り付けられている。ケース７１の内部にはターゲット５０および図示しないカソード電極が設けられている。
【００３４】
各ターゲット５０は例えば円盤状に形成され、各ターゲット５０の直径は半導体ウェーハＷの直径よりも小さい。各ターゲット５０における被スパッタ面は、静電吸着面６２ａ（またはこれに吸着された半導体ウェーハＷの被成膜面）に対して平行には対向しておらず、傾斜した状態で対向している。２つのターゲット５０は、静電吸着面６２ａ（またはこれに吸着された半導体ウェーハＷ）の中心のまわりに対称的に配置され、静電吸着面６２ａ（または半導体ウェーハＷ）側に近い部分ほど互いの離間距離が広がるように傾いて設けられている。
【００３５】
また、成膜室３５ａの上方にはシャッター機構６３が設けられている。シャッター機構６３は、成膜室３５ａの外部で図示しない回転駆動機構に連結され、図３において１点鎖線Ｃ２で示す回転中心のまわりに回転可能に設けられた回転軸部６４と、この回転軸部６４の下端部に設けられ静電チャックテーブル６２の上方で板状に広がるシャッター６５とを有する。
【００３６】
回転軸部６４が回転することで、シャッター６５は、一方のスパッタ源５１の開口に対向する位置（図３において実線で示される位置）と、他方のスパッタ源５１の開口に対向する位置（図３において２点鎖線で示される位置）とを選択可能となっている。シャッター６５がスパッタ源５１の開口に対向することで、そのスパッタ源５１に装着されたターゲット５０を、成膜室３５ａ内における静電チャックテーブル６２上方の放電空間に対して遮蔽することができる。また、シャッター機構６３は上下動も可能となっている。
【００３７】
次に、本実施形態に係るスパッタ成膜装置による成膜方法について説明する。
【００３８】
成膜処理前の複数の半導体ウェーハＷはカセットに積載収容された状態でカセットごとカセット投入部１３にセットされる。そして、マッピング機構で半導体ウェーハＷの枚数及び段数を確認する。これと同時に、基本保持具セット部１５にセットされたトレイ２２及びマスク２３が、ロボット１７のハンド（またはフィンガー）１７ａの上に載せられて、脱着機構１６へと搬送される。
【００３９】
脱着機構１６では、トレイ２２とマスク２３が上下方向に離れた状態で待機する。そして、大気ロボット１４がカセットから半導体ウェーハＷを１枚取り出す。半導体ウェーハＷは大気ロボット１４のハンド（またはフィンガー）１４ａの上に載せられてカセットから脱着機構１６へと搬送される。
【００４０】
脱着機構１６に搬送された半導体ウェーハＷは、その脱着機構１６で上下方向に離れた状態で待機しているトレイ２２とマスク２３との間に移動される。そして、その半導体ウェーハＷを脱着機構１６に設けられているプッシャー機構によりハンド１４ａ上から持ち上げた状態で大気ロボット１４のアームを後退させた後、プッシャー機構を下げることで、図２に示すようにトレイ２２のウェーハ支持部２５の上に半導体ウェーハＷが載置される。
【００４１】
次に、大気ロボット１４のアームを、トレイ２２の下側へ前進させた後、上昇動作させることで、図２に示す状態（ウェーハ支持部２５上に半導体ウェーハＷを載置し且つマスク支持部２４上にマスク２３を載置した状態）のトレイ２２を持ち上げ、ハンド１４ａ上に載せる。
【００４２】
そして、ロードロック室３２の大気ゲート弁４１を開けて、トレイ２２及びマスク２３に保持された半導体ウェーハＷをロードロック室３２内に搬送する。このとき、ロードロック室３２内は大気圧下である。半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２は、ロードロック室３２内で、そのロードロック室３２内に設けられたプッシャー機構の複数本のピンによって支えられる。
【００４３】
そして、大気ゲート弁４１を閉めてロードロック室３２内を真空引きし所望の減圧雰囲気にした後、ロードロック室３２の真空ゲート弁４２を開けて、真空搬送室３３内に設置されている真空ロボット３６のアームをロードロック室３２内に進入させ、そのハンド（またはフィンガー）３６ａ上に、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を載せて、減圧下の真空搬送室３３へと取り出す。
【００４４】
次に、前処理室３４の真空ゲート弁４３を開けて、真空ロボット３６のアームを前処理室３４内に進入させ、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を減圧下の前処理室３４内に搬入する。この搬入後、前処理室３４の真空ゲート弁４３は閉じられる。
【００４５】
前処理室３４内にはプッシャー機構が設けられ、トレイ２２は真空ロボット３６のハンド３６ａ上からプッシャー機構の複数本のピン上に移載される。その後、プッシャー機構が下降して、半導体ウェーハＷは前処理室３４内に設けられた静電チャックテーブルの静電吸着面へと移動され、半導体ウェーハＷにおける被成膜面の反対面が静電吸着面に吸着される。半導体ウェーハＷは、トレイ２２の支持から外れた状態で静電吸着面に吸着され、その静電吸着面に吸着された状態の半導体ウェーハＷに対してはトレイ２２及びマスク２３は接触していない。
【００４６】
前処理室３４内の静電チャックテーブルにはヒーター等の加熱機構が内蔵され、静電吸着面に吸着された半導体ウェーハＷは、非酸化性雰囲気中で加熱処理を受ける。この加熱処理により、半導体ウェーハＷにおける被成膜面の水分、汚染物（有機物）、異物などが除去され、次の成膜工程で形成される膜の密着性を高めることができる。
【００４７】
あるいは、半導体ウェーハＷを支持する静電チャックテーブルをカソード体（カソード電極）として機能させ、それに対向する電極を前処理室３４内上方に設け、それら電極間に放電を生じさせて、半導体ウェーハＷの被成膜面を前処理室３４内でスパッタエッチングすることで被成膜面のクリーニング（主に表面酸化膜の除去）を行ってもよい。
【００４８】
次に、前処理室３４の真空ゲート弁４３を開けて、真空ロボット３６により、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を前処理室３４から真空搬送室３３に取り出した後、成膜室３５ａの真空ゲート弁４４を開けて、真空ロボット３６のアームを成膜室３５ａ内に進入させ、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を減圧下の成膜室３５ａ内に搬入する。この搬入後、成膜室３５ａの真空ゲート弁４４は閉じられる。
【００４９】
成膜室３５ａ内で、トレイ２２は、真空ロボット３６のハンド３６ａ上から、図３に示すプッシャー機構５８の複数本のピン５６上に移載される。そして、ピン５６が下降し、半導体ウェーハＷは静電チャックテーブル６２の静電吸着面６２ａに吸着固定される。半導体ウェーハＷは、トレイ２２の支持から外れた状態で静電吸着面６２ａに吸着され、その静電吸着面６２ａに吸着された状態の半導体ウェーハＷに対してはトレイ２２及びマスク２３は接触していない。
【００５０】
成膜室３５ａ内の静電チャックテーブル６２にはヒーター等の加熱機構が内蔵され、静電吸着面６２ａに吸着された半導体ウェーハＷは加熱されて所望の温度に制御される。その状態で、静電チャックテーブル６２が回転されて半導体ウェーハＷに対するスパッタ成膜処理が行われる。
【００５１】
成膜室３５ａでは、異なる２種類の膜の成膜が続けて行われる。例えば、まず、図３において実線で示す位置にシャッター６５を移動させた状態でスパッタ成膜を行うことで、そのシャッター６５によって遮蔽されていない側（図３において右側）のスパッター源５１に電圧を印加して駆動させ、そのスパッタ源５１に装着されたターゲット５０の材質またはその反応物の膜（第１の膜とする）が半導体ウェーハＷに成膜される。他方のスパッタ源５１には電圧が印加されず非駆動状態とされる。また、その非駆動のスパッタ源５１はシャッター６５により放電空間に対して遮蔽されるため、駆動中のスパッタ源５１のターゲットからの粒子の飛来を遮ることができる。これにより、異種材料ターゲットを使った場合に、一方に他方の異種物質が付着するのを防ぐことができる。
【００５２】
次に、図３において２点鎖線で示す位置にシャッター６５を移動させた状態でスパッタ成膜を行うことで、そのシャッター６５によって遮蔽されていない側（図３において左側）のスパッター源５１に電圧を印加して駆動させ、そのスパッタ源５１に装着されたターゲット５０の材質またはその反応物の膜（第２の膜とする）が、上記第１の膜上に成膜される。このときも、シャッター６５で遮蔽された他方のスパッタ源５１には電圧が印加されず非駆動状態とされ、その非駆動のスパッタ源５１はシャッター６５により放電空間に対して遮蔽されているため、駆動中のスパッタ源５１のターゲットからの粒子の飛来を遮ることができる。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、一つの成膜室３５ａ内で異なる２種類の膜の成膜を連続して行うことができる。これを実現するにあたって、２つの（２種類の）ターゲット５０を１つの成膜室３５ａに配設しているが、各々のターゲット５０のサイズ（直径）は半導体ウェーハＷの直径よりも小さく、その２つのターゲット５０を被成膜面に対して傾けた状態で設けているため、２つのターゲット５０を設けているにもかからわず、成膜室３５ａのサイズ（フットプリント）の増大を抑えることができる。
【００５４】
ターゲット５０が被成膜面の中心からずれた位置で被成膜面に対して斜めに対向することで、被成膜面全面に平行に対向させた場合に比べてウェーハ面内の膜厚分布のばらつきが懸念されるが、本実施形態では、成膜中、静電チャックテーブル６２の回転によって半導体ウェーハＷを回転させているため、膜厚のウェーハ面内均一性を向上させることができる。
【００５５】
次に、成膜室３５ａの真空ゲート弁４４を開けて、真空ロボット３６により、上記第１の膜及び第２の膜が成膜された半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を、成膜室３５ａから真空搬送室３３に取り出した後、隣の成膜室３５ｂの真空ゲート弁４５を開けて、真空ロボット３６のアームを成膜室３５ｂ内に進入させ、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を減圧下の成膜室３５ｂ内に搬入する。この搬入後、成膜室３５ｂの真空ゲート弁４５は閉じられる。
【００５６】
成膜室３５ｂも図３に示す成膜室３５ａと同様な構成であり、成膜室３５ｂ内に搬入された半導体ウェーハＷは、ピン５６の下降により、静電チャックテーブル６２の静電吸着面６２ａに吸着固定される。
【００５７】
成膜室３５ｂ内の静電チャックテーブル６２にもヒーター等の加熱機構が内蔵され、静電吸着面６２ａに吸着された半導体ウェーハＷは加熱されて所望の温度に制御される。その状態で、静電チャックテーブル６２が回転されて半導体ウェーハＷに対するスパッタ成膜処理が行われる。
【００５８】
成膜室３５ｂでも、上記成膜室３５ａでの成膜と同様に２つのスパッタ源５１を選択的に遮蔽して、遮蔽されたスパッタ源５１を駆動させず、遮蔽されていないスパッタ源５１を駆動させ、上記第２の膜上に異なる２種類の膜（第３の膜と第４の膜）の成膜が続けて行われる。これら第３の膜と第４の膜は、上記第１の膜と第２の膜とも異なり、したがって、本実施形態によれば、２つの成膜室３５ａ、３５ｂを用いて、合計で４種類の膜の成膜を、大気にさらすことなく減圧下で連続して行うことができる。
【００５９】
次に、成膜室３５ｂの真空ゲート弁４５を開けて、真空ロボット３６により、上記４種類の積層膜が成膜された半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を、成膜室３５ｂから真空搬送室３３に取り出した後、ロードロック室３２の真空ゲート弁４２を開けて、真空ロボット３６のアームをロードロック室３２内に進入させ、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を減圧下のロードロック室３２内に搬入する。
【００６０】
半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２は、ロードロック室３２内で、そのロードロック室３２内に設けられたプッシャー機構の複数本のピンによって支えられる。
【００６１】
そして、ロードロック室３２の真空ゲート弁４２を閉めて、大気ゲート弁４１を開けてロードロック室３２内を大気開放する。その後、大気ロボット１４のアームをロードロック室３２内に進入させ、そのハンド１４ａ上に、半導体ウェーハＷ及びマスク２３を載置支持したトレイ２２を載せて、大気ローダーエリア１２へと取り出した後、脱着機構１６へと搬送する。
【００６２】
脱着機構１６において、成膜済み半導体ウェーハＷはトレイ２２のウェーハ支持部２５上に載った状態で、マスク２３とは上下方向に離れた状態で待機する。そして、脱着機構１６に設けられているプッシャー機構により半導体ウェーハＷをトレイ２２上から持ち上げた状態で、大気ロボット１４のアームを半導体ウェーハＷの下に移動させた後、プッシャー機構を下げることでハンド１４ａの上に半導体ウェーハＷが載せられる。そして、大気ロボット１４のアームはカセット投入部１３に移動され、そこにセットされたカセットへと半導体ウェーハＷが戻される。
【００６３】
本実施形態では、前述した成膜室３５ａ、３５ｂでの成膜処理と並行して、成膜室３５ｃ、成膜室３５ｄでも同様な成膜処理が行われる。
【００６４】
すなわち、前処理室３４で前処理された半導体ウェーハＷは、例えば、成膜室３５ａと成膜室３５ｃに順次交互に搬送され、成膜室３５ａに搬送された半導体ウェーハＷは前述したように第１の膜及び第２の膜が成膜された後、成膜室３５ｂに搬送されて続けて第３の膜及び第４の膜が成膜される。一方、成膜室３５ｃに搬送された半導体ウェーハＷはその成膜室３５ｃにて第１の膜及び第２の膜の成膜が成膜され、続けて成膜室３５ｄへと搬送されて第３の膜と第４の膜が成膜される。
【００６５】
各成膜室３５ａ〜３５ｄ内で、半導体ウェーハＷは、静電チャックテーブル６２に内蔵されたヒーターによって加熱されながら、あるいは静電チャックテーブル６２に内蔵された冷却液流路などの冷却機構によって冷却されながらスパッタ成膜処理される。半導体ウェーハＷを加熱するか冷却するかは、成膜すべき膜種や成膜条件などに応じて適宜選択される。
【００６６】
前述した実施形態では、第１〜第４の膜の４種類の積層膜の成膜処理を２つずつの成膜室を用いて並行処理した例を説明したが、図１に示す例では、全部で４つの成膜室３５ａ〜３５ｄが設けられ、各成膜室３５ａ〜３５ｄには２つずつターゲット５０を配設可能であるので、合計で８種類の異なる膜を半導体ウェーハＷに対して減圧下で連続して成膜可能である。すなわち、ｎ種類（ｎ層）の積層膜の成膜を行うにあたって、一つの成膜室あたりのターゲット数をｍ（≧２）とすると、成膜室の数としては層数ｎ分の個数は必要なく、（ｎ／ｍ）で済み、その分、装置全体のサイズ（フットプリント）を縮小できる。
【００６７】
さらに、各ターゲットについて、半導体ウェーハと同程度のサイズ（直径）のものを半導体ウェーハの被成膜面全体に対して平行に対向させるのではなく、半導体ウェーハの直径よりも小さいターゲットを被成膜面の中心からずれた位置で傾けて対向させるので、複数のターゲットを配設するにもかかわらず、成膜室自体のサイズもコンパクトにすることができる。すなわち、本実施形態によれば、装置全体における成膜室の数および各々の成膜室自体のサイズを抑えた構成を実現しつつ、多種類の積層膜の減圧下での連続成膜に対応できる。また、成膜室の数を減らせることで、半導体ウェーハＷの、各成膜室間の移動回数も減らすことができ、その移動時間を削減して処理効率を向上できる。
【００６８】
複数の成膜室で処理を並行して行う場合、それぞれの処理時間に相違があると、一番遅い処理時間に律速されることになる。各半導体ウェーハＷの待機時間が極力短くなるように、例えば最も速い半導体ウェーハＷの処理速度に他のものを合わせるように処理を各成膜室に振り分けるなどの処理時間の整合を行うことで、処理効率の向上が図れる。この時、各成膜室に複数のスパッタ源があるので処理の振り分け自由度が高いことと、単純に複数の成膜室に同じ処理を振り分けるのに対し、成膜室間の移動時間を減らすことができるので、処理効率の向上が図れる。
【００６９】
なお、前述した実施形態では、複数のスパッタ源５１を選択的に駆動させるとしたが、図４（ａ）に示すように、シャッター６５をいずれのスパッター源５１も遮蔽しない待避位置に移動可能な構成にして、遮蔽されていない複数のスパッタ源５１を同時に駆動（電圧を印加）するようにしてもよい。同時に駆動されるスパッタ源５１における各ターゲット材料が同材料の場合には成膜速度を向上できる。また、異種材料のターゲットの複数スパッタ源５１を同時に駆動させた場合には、それら異種材料の化合物もしくは混合物の膜を半導体ウェーハＷに成膜することができる。
【００７０】
シャッター６５は、各スパッター源５１に共通に設けることに限らず、図４（ｂ）に示すようにスパッタ源５１の数に合わせて各々のスパッタ源５１に対応して複数設けてもよい。なお、図４（ｂ）の状態は、各シャッター６５が、対応するスパッタ源５１を遮蔽せずにそれぞれ待避位置にある状態を示す。
【００７１】
また、一つの成膜室につき、スパッタ源５１は２つ設けることに限らず３つ以上設けてもよい。例えば図４（ｃ）には、スパッタ源５１を３つ設けた場合を例示する。また、図４（ｃ）には、１つのシャッター６５により、３つのスパッタ源５１のうちのいずれか１つを遮蔽して他の２つのスパッタ源５１を同時駆動可能な構成を示したが、各スパッタ源５１に対応して３つのシャッター６５を設け、３つのスパッタ源５１のうちのいずれか２つを遮蔽して、残りの１つのみを駆動可能な構成としてもよい。もちろん、図４（ｃ）に示すようにシャッター６５を待避位置に移動させて、３つのスパッタ源５１を同時に駆動させてもよい。
【００７２】
また、シャッターとしては、例えば図５に示すシャッター７５のように周方向に伸縮自在な扇の重ね合わせ状もしくは蛇腹状に構成し、その伸縮によって遮蔽面積を可変できるようにしてもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、半導体ウェーハＷは、図２に示すようにトレイ２２及びマスク２３により保持された状態で搬送される。このため、搬送中における半導体ウェーハＷにおよぶ衝撃を緩和でき、また特に薄い半導体ウェーハＷの場合には加熱時等に反りが生じやすくなるが、マスク２３で覆われていることで反りを抑制することができる。さらに、半導体ウェーハＷがマスク２３で覆われていることで、搬送中に半導体ウェーハＷがトレイ２２から飛び跳ねたり脱落するのを防止できる。
【００７４】
なお、トレイ２２及びマスク２３を用いない場合、半導体ウェーハＷは各ロボットのハンド（またはフィンガー）の上に直接載置される。その場合、半導体ウェーハＷはロボットハンドの上に自重で載っているだけで、吸着等の保持はされず、半導体ウェーハＷがハンドと接している面積に自重分で発生する摩擦力だけが保持力となる。特に薄い半導体ウェーハＷの場合には重量が軽いため上記摩擦抵抗を利用した搬送方法では大きな摩擦抵抗が期待できず、搬送速度を速くすることが困難である。これに対して、トレイ２２及びマスク２３は半導体ウェーハＷに比べて十分大きな重量があり、これらトレイ２２及びマスク２３ごとロボットハンド上に半導体ウェーハＷを載せて搬送することで摩擦抵抗を高めて搬送速度を速くし、トータルの処理時間の短縮が図れる。
【００７５】
本実施形態に係るスパッタ成膜装置は、例えば、電力制御用のパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、発光デバイスなどのディスクリート半導体デバイス（個別半導体デバイス）における裏面電極の成膜に好適である。
【００７６】
ディスクリート半導体デバイスは、メモリデバイスやロジックデバイスに比べて１チップのサイズが小さく、ウェーハサイズ（直径）が比較的小さくても１枚あたりのウェーハから多くのチップを得ることができる。したがって、メモリデバイスやロジックデバイスに比べてウェーハサイズは小さく、またメモリデバイスやロジックデバイスに比べて製品スペックも低いため、メモリデバイスやロジックデバイスに適用されるような装置を用いたのではディスクリート半導体デバイスにとっては必要以上に大型且つ高機能であり、装置性能や価格に見合う使用形態とは必ずしもなっていなかった。すなわち、ディスクリート半導体デバイス用のマルチチャンバ成膜装置としては、メモリデバイスやロジックデバイスにも適用可能な汎用性を有するものでなく、ディスクリート半導体デバイスの成膜用に見合った小型で安価なものが望まれていた。そこで、本実施形態では、その要求に応えるべく、前述した構成とすることで小型且つ安価なマルチチャンバ式のスパッタ成膜装置によって、ディスクリート半導体デバイスの裏面電極として機能する複数層の積層膜のスパッタ成膜を行える。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態に係るスパッタ成膜装置の平面レイアウトを示す模式図。
【図２】同スパッタ成膜装置で用いられる基板搬送用のトレイ及びマスクの模式図。
【図３】同スパッタ成膜装置における成膜室内の構成を示す模式図。
【図４】同スパッタ成膜装置における複数のスパッタ源と、シャッターとの平面レイアウトを例示する模式図。
【図５】同スパッタ成膜装置における複数のスパッタ源と、面積可変シャッターとの平面レイアウトを例示する模式図。
【符号の説明】
【００７８】
１１…大気ローダーユニット、１２…大気ローダーエリア、１３…カセット投入部、１５…基板保持具セット部、１６…脱着機構、２２…トレイ、２３…マスク、３１…真空処理ユニット、３２…ロードロック室、３３…真空搬送室、３４…前処理室、３５，３５ａ〜３５ｄ…成膜室、４１…大気ゲート弁、４２〜４７…真空ゲート弁、５０…ターゲット、５１…スパッタ源、５８…プッシャー機構、６２…静電チャックテーブル、６２ａ…静電吸着面、６３…シャッター機構、６５，７５…シャッター
【図１】
2010126789.tif 000003
【図２】
2010126789.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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