(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロードロック室とアンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置であって、
前記複数の独立した成膜処理室の中の少なくとも一つの成膜処理室は、内部にターゲットと基板ホルダーとが対向配置され、前記基板ホルダーに基板ステージを介して支持されている基板にスパッタ現象を利用して薄膜を形成するスパッタ処理室であって、
前記ターゲットは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有し、前記基板ステージは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな直径を有すると共に、前記基板ホルダーの周囲に配備されるリング状防着シールドは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな内径を有しているスパッタ処理室であり、
前記基板搬送用のロボットは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ大きな内径を有する複数の溝を多段状に備えているアームを有し、
前記ロードロック室とアンロードロック室は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな対向距離を有する一対のテーパ状の棚を多段状に備えており、
前記ターゲットの基板ホルダーに対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石が、ターゲット中央部側に配備されるセンターカソードマグネットと、前記センターカソードマグネットとは別にターゲット周縁側に配備される外周カソードマグネットとから構成されており、前記外周カソードマグネットは、前記センターカソードマグネットとは独立してターゲット裏面側との間隔を変化させることができる可動式となっていることを特徴とするマルチチャンバースパッタ処理装置。
【請求項２】
基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロードロック室とアンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置であって、
前記複数の独立した成膜処理室の中の少なくとも一つの成膜処理室は、内部にターゲットと基板ホルダーとが対向配置され、前記基板ホルダーに基板ステージを介して支持されている基板にスパッタ現象を利用して薄膜を形成するスパッタ処理室であって、前記ターゲットは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有し、前記基板ステージは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな直径を有すると共に、前記基板ホルダーの周囲に配備されるリング状防着シールドは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな内径を有しているスパッタ処理室であり、
前記基板搬送用のロボットは、そのアームの上の同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンによって前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板を支持するものであって、突設されている複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ小さく、かつ、同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンの高さは、複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径が小さくなるに連れて低くなっているものであり、
前記ロードロック室とアンロードロック室は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな対向距離を有する一対のテーパ状の棚を多段状に備えており、
前記ターゲットの基板ホルダーに対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石が、ターゲット中央部側に配備されるセンターカソードマグネットと、前記センターカソードマグネットとは別にターゲット周縁側に配備される外周カソードマグネットとから構成されており、前記外周カソードマグネットは、前記センターカソードマグネットとは独立してターゲット裏面側との間隔を変化させることができる可動式となっていることを特徴とするマルチチャンバースパッタ処理装置。
【請求項３】
スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージを介して前記基板ホルダーに支持されている基板と、ターゲットとの間隔を変化させることができる可動式基板ホルダーとされていることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。
【請求項４】
スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージが配置される部分の周囲に外周シールドを備えており、前記外周シールドの表面と、基板ホルダーに基板ステージを介して支持される基板の裏面との間隔が、１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲とされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。
【請求項５】
外周シールドの表面には膜はがれ防止の表面処理が施されていることを特徴とする請求項４項記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。
【請求項６】
外周シールドの表面に施されている膜はがれ防止の表面処理は、ブラスト処理又は金属膜の溶射処理であることを特徴とする請求項５記載のマルチチャンバースパッタ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、薄膜作成装置の一種であるスパッタリング装置に関するものである。特に、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室（ロードロック室とアンロードロック室）とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置に関する。とりわけ半導体製造工程の一部に用いられるスパッタリング装置の性能改善に関するものであり、応用分野としては半導体製造工程での実装配線技術等がある。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングは対象物の表面に薄膜を作成する技術として産業の各分野で応用されている。特にＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイス製造や液晶ディスプレー（ＬＣＤ）等の表示装置の製造において多用されている。近年、半導体装置においてはデバイス工程が完成した後に、外部接続リードピンのスペースを省略して基板チップに直接リード端子を接続させる為のスパッタ工程がある。これは、広義には、実装配線技術と呼ばれる。この部分は成膜の最終工程となるためにさまざまな直径サイズの基板を処理する要求が有る。一方、設備に対してはコストを低減させて稼働率を上げるための要求が有る。
【０００３】
しかしながら、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応する従来のスパッタ処理装置では、特定の基板サイズしか搬送出来なかった。そこで、搬送する基板サイズが異なる場合には、成膜材料が同じでもおのおのの基板サイズにあわせた、別の成膜装置が必要であった。
【０００４】
図６は従来のスパッタ処理装置を説明する図である。図６図示のように、真空室６の内部に、ターゲット１と基板ホルダー２とが対向配置され、基板ホルダー２に基板ステージ３を介して支持されている基板２０にスパッタ現象を利用して薄膜が形成される。図６中、４は防着シールド、５は電源、７は搬送室、８は排気室、９は各室を真空的に隔離するためのゲートバルブ、６０は基板ホルダー２の周囲に配備されるリング状防着シールド、１００は基板搬送用ロボットのアームである。
【０００５】
基板ステージ３は基板２０の直径（ｗ３）より小さい直径（Ｄ１）で製造されており、またリング状防着シールド６０は基板２０の直径（ｗ３）より大きい内径（Ｄ２）で作られている。
【０００６】
上記のようにリング状防着シールド６０や基板ステージ３は特定の基板の直径にあわせて作られていた。
【０００７】
このために異なるサイズの基板を処理したい場合、設備投資が肥大化するかまたは他のサイズ基板の生産を断念するしか無かった。無理をして異なるサイズの基板を処理する場合には、処理室の基板ホルダーを大気開放後に交換し、真空に再度排気することが必要であった。また、搬送ロボットもそのアームを、当該異なるサイズの基板に対応できるアームに交換することが必要であった。このために処理室及び搬送室やロードアンロード室等、基板が通過する部分の部品を対応基板サイズに応じて交換する必要が有った。この改造工事に多大の日数が必要であり、生産効率を低下させていた。改造後も真空に排気して所定の膜質を得るためには所定の性能確認プロセスが必要であり、ダミーウエハ代や人件費等の諸費用がかかっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応する従来のスパッタ処理装置に見られる上述した不具合、非効率を改善することを目的としている。
【０００９】
そして異なるサイズの多種類の基板への成膜を単一成膜装置で行うことができ、かつ、真空を維持したままサイズが異なる多種類の基板を搬送することができるマルチチャンバースパッタ装置を提案することを目的としている。
【００１０】
更に、前記のようなマルチチャンバースパッタ装置であって、なおかつ、ターゲットの利用効率を大幅に改善でき、装置のランニングコスト低減を図ることが可能なマルチチャンバースパッタ装置を提案することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置において、以下の対策を施したマルチチャンバースパッタ装置を提案する。
【００１２】
まず、前記複数の独立した成膜処理室の中の少なくとも一つの成膜処理室は、内部にターゲットと基板ホルダーとが対向配置され、当該基板ホルダーに基板ステージを介して支持されている基板にスパッタ現象を利用して薄膜を形成するスパッタ処理室であって、前記ターゲットは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有し、前記基板ステージは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな直径を有すると共に、前記基板ホルダーの周囲に配備されるリング状防着シールドは前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな内径を有しているスパッタ処理室とされている。
【００１３】
そして、前記基板搬送用のロボットは、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ大きな内径を有する複数の溝を多段状に備えているアームを有している。
【００１４】
更に、前記ロード／アンロードロック室は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板より小さな対向距離を有する、一対のテーパ状の棚を多段状に備えているものである。
【００１５】
スパッタ処理室のターゲットと、基板ステージと、リング状防着シールドとが、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の異なる寸法の基板の大きさに対して前述した特定の大きさを有するものとされていると共に、基板搬送用のロボット、ロード／アンロードロック室がそれぞれ前記のような特徴的な構造とされていることによって、真空を維持したまま、サイズが異なる多種類の基板を搬送し、そして異なるサイズの多種類の基板への成膜を単一成膜装置で行うことができる。
【００１６】
なお、前記の構造の基板搬送用のロボットに代えて、次のような構成の基板搬送用のロボットを採用することとしても同様の作用、効果を発揮させることができる。この基板搬送用ロボットは、そのアームの上の同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンによって前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の支持が行われ、当該突設されている複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径は、前記マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ小さく、かつ、同心円状の複数の円周の位置にそれぞれ複数本突設されているピンの高さは、複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径が小さくなるに連れて低くなっているというものである。
【００１７】
前記本発明のマルチチャンバースパッタ装置において、スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージを介して当該基板ホルダーに支持されている基板と、ターゲットとの間隔を変化させることができる可動式基板ホルダーとされている構成にすることができる。このような構成を採用することによって、ターゲット基板間距離（以下「Ｔ／Ｓ距離」と表す）を調整し、より良好な膜厚均一性を達成し、ターゲットの利用効率改善を図ることができる。
【００１８】
また、前記本発明のマルチチャンバースパッタ装置において、ターゲットの基板ホルダーに対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石が、ターゲット中央部側に配備されるセンターカソードマグネットと、前記センターカソードマグネットとは別にターゲット周縁側に配備される外周カソードマグネットとから構成されており、前記外周カソードマグネットは、前記センターカソードマグネットとは独立してターゲット裏面側との間隔を変化させることができる可動式となっている。
【００１９】
カソード磁石を前記の構成にすることによって、成膜処理すべき基板の大きさに応じて、外周カソードマグネットのターゲット裏面側に対する距離（間隔）を調整し、異なるサイズの多種類の基板に成膜する場合であっても、良好な膜厚均一性の確保、ターゲットの利用効率の改善を図ることができる。
【００２０】
この場合、前述したＴ／Ｓ距離調整可能な機能を併せて採用すれば、良好な膜厚均一性の確保、ターゲットの利用効率の改善をより効果的に達成することができる。
【００２１】
次に、前述した本発明のマルチチャンバースパッタ装置において、スパッタ処理室の基板ホルダーは、基板ステージが配置される部分の周囲に外周シールドを備えており、当該外周シールドの表面と、基板ホルダーに基板ステージを介して支持される基板の裏面との間隔は、１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲となるようにすることができる。
【００２２】
これは、成膜処理中の基板のソリを考慮すると、前記の間隔が１ｍｍ以下では基板裏面が外周シールドの表面に接触してしまう可能性が有り、また３ｍｍ以上にするとスパッタされた粒子が基板の裏面に回り込みやすく、後工程で基板裏面の薄膜除去工程が必要になるといったさまざまな不都合が生じるためである。
【００２３】
なお、前記において、外周シールドの表面には膜はがれ防止の表面処理が施されているようにすることが望ましい。
【００２４】
本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるスパッタ処理室の基板ステージとリング状防着シールドとは前述した特定の大きさを有するものであるため、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中でその直径が小さい方のサイズの基板に成膜処理を行っている場合には、外周シールドはターゲットから見える位置に有り、膜が堆積する。この膜の体積が進むと、薄膜の応力のために、剥離が懸念される。そこで、外周シールドの表面に膜はがれ防止の表面処理を施すものである。
【００２５】
この外周シールドの表面に施す膜はがれ防止の表面処理は、ブラスト処理又は金属膜の溶射処理とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２７】
図１は本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるスパッタ処理室の断面を表すものである。図６を用いて説明した従来のスパッタ処理装置における構成部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図１図示のスパッタ処理装置を動作させるには、あらかじめ真空室を荒びき真空ポンプで排気して、所定の圧力（１０Ｐａ程度）にした後、本排気に切り替える。本排気の段階では通常クライオポンプ、またはターボ分子ポンプが一般的に使用され、１０-5Ｐａ前半から１０-6Ｐａ程度迄排気する。
【００２９】
通常は、ターゲット１表面の酸化膜除去の為に、ダミーと言われる事前スパッタが行われる。その手順は、搬送室７を経由してダミー基板と言われる基板が真空容器６に運び込まれ、プロセスガス（一般的にＡｒガス等の希ガスが用いられる）が真空容器６に所定の圧力（１０-1Ｐａ程度から１０Ｐａ程度迄）になるように導入される。この圧力の制御には圧力が一定となるような圧力制御（流量を調整）または流量制御（圧力を調整）方式が用いられる。
【００３０】
スパッタ処理装置において行われるスパッタ現象を利用した薄膜の形成は、次のようなメカニズムによって行われる。圧力若しくは流量制御されて安定な状態でプロセスガスが真空容器６に導入された状態で、ターゲット１に負の直流電力または高周波電力を加えると、ターゲット１表面に発生している磁場と電界の相互作用にもとづくマグネトロン放電が生じる。この放電によって生じたプラズマ中でイオン化したＡｒイオンがターゲット表面に向かって加速され（３００Ｖから７００Ｖ程度）てターゲット１表面がイオン衝撃を受ける。この運動エネルギーでターゲットを構成する金属若しくは絶縁材料の結合エネルギーを解き放ち、たたき出す（スパッタ）。このスパッタされた材料が基板に付着することで薄膜が基板上に形成されるのである。
【００３１】
基板サイズは通常さまざまなものが有り、４インチ（１００ｍｍ）程度のものから１２インチ（３００ｍｍ）程度の大口径のものまでその用途と集積度に応じて、基板サイズが変化する。最近の半導体デバイスにおけるチップコスト低減の為に、高集積化とチップサイズの大型化にともない基板サイズは２００ｍｍから３００ｍｍへの移行が進行しつつ有る。
【００３２】
マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板が直径ｗ１＝１５０ｍｍ、最大直径の基板が直径ｗ２＝２００ｍｍである場合、これらを共通して搬送できるように、図１図示のスパッタ処理装置には次のような工夫がしてある。
【００３３】
まず、ターゲット１は、図１図示のように、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径（ｗ２＝２００ｍｍ）の基板より大きな直径を有するようにされている。マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径を有する基板に対する成膜処理にも十分対応できるようにしておくためである。
【００３４】
次に、基板ステージ３の直径Ｄ１は、前記最小直径（ｗ１＝１５０ｍｍ）の基板の直径より少し小さくしてある（本実施例では１４４ｍｍとした）。また、基板ホルダー２の周囲に配備されるリング状防着シールド６０の内径Ｄ２は、最大直径（ｗ２＝２００ｍｍ）の基板より少し大きくしてある（本実施例では２０４ｍｍとした）。
【００３５】
このようにリング状防着シールド６０の内径Ｄ２を搬送される基板の最大径よりも大きく、基板ステージ３の直径Ｄ１を搬送される基板の最小直径よりも小さくすることで、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の搬送装着を可能にすることができる。
【００３６】
実用的には、例えば、１５０ｍｍから３００ｍｍ迄の種類の基板を搬送する場合、リング状防着シールド６０の内径は３０６ｍｍ程度に、また基板ステージ３の直径は１４４ｍｍ程度とするのが望ましい。
【００３７】
また、基板ホルダー２は、従来公知の上下動機構を備えていて、図１中、両方向矢印１１０で示すように、ターゲット１との間の距離を調整可能な可動式基板ホルダーとされていることが望ましい。このようにすれば、Ｔ／Ｓ距離を調整し、良好な膜厚均一性を確保し、ターゲットの利用効率改善を図る上で有利である。例えば、処理する基板のサイズが比較的小さい場合にはＴ／Ｓ距離を小さくし、処理する基板のサイズが比較的大きい場合にはＴ／Ｓ距離を大きくする等の対応が可能である。
【００３８】
図２（ａ）は、本発明のマルチチャンバースパッタ装置における搬送室に備えられている基板搬送用ロボットのアームの基板接触部の構造を説明するものである。マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板が直径１５０ｍｍ、最大直径の基板が直径２００ｍｍである場合、これらを共通して搬送できるように、基板搬送用ロボットのアームには次のような工夫がしてある。
【００３９】
すなわち、基板搬送用ロボットのアーム３０ａは、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板のそれぞれの直径よりそれぞれ大きな内径を有する複数の溝を多段状に備えている。図２（ａ）図示の例では、内径Ｄ４が２０１ｍｍの溝と、内径Ｄ３が１５１ｍｍの溝が、多段状に配備されている。
【００４０】
そこで、直径２００ｍｍ基板を搬送する場合には内径Ｄ４が２０１ｍｍの溝に当該基板が入り、１５０ｍｍ基板を搬送するには内径Ｄ３が１５１ｍｍの溝に当該基板が落とし込められる。
【００４１】
更に小さい直径や大きい直径の基板をアーム３０ａに載せる場合には、更に多段の溝を作ることで搬送可能となる。内径寸法Ｄ３、Ｄ４は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板をそれぞれ挿入出来る大きさであれば良い。
ただし、搬送精度や基板設置精度を考慮して、通常、基板直径の１〜２ｍｍ増しで設計するのが適当である。
【００４２】
図２（ｂ）は、基板搬送用ロボットのアームの基板接触部の他の構造を説明するものである。図２（ｂ）図示の例は、基板をアーム上のピンに載せて搬送する場合の例である。
【００４３】
基板搬送用ロボットのアーム３０ｂの上の同心円状の複数の円周の位置に、それぞれ、ピン４０ａ、４０ｂが複数本突設されている。ピン４０ｂが円周状に複数本突設されている位置における複数本のピン４０ｂによって形成される円周の直径は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板２０ｂの直径１５０ｍｍより小さく（例えば、１００ｍｍ程度）なっている。また、ピン４０ａが円周状に複数本突設されている位置における複数本のピン４０ａによって形成される円周の直径は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板２０ａの直径２００ｍｍより小さく（例えば、１５５ｍｍ程度）なっている。
【００４４】
ここで、アーム３０ｂの上の同心円状の複数の円周の位置に、それぞれ、複数本突設されるピンの数は、各円周の位置において３本程度が望ましい。これがあまり多くなると、真空処理室６での基板２０ａ、２０ｂの受け渡しが難しくなる場合があるので注意が必要である。
【００４５】
図２（ｂ）図示の例の場合、直径２００ｍｍの基板２０ａは、ピン４０ａが円周状に複数本（例えば、３本）突設されている位置のピン４０ａに支持されて搬送される。また、直径１５０ｍｍの基板２０ｂは、ピン４０ｂが円周状に複数本（例えば、３本）突設されている位置のピン４０ｂに支持されて搬送される。
【００４６】
そこで、アーム３０ｂの上の同心円状の複数の円周の位置に突設されている複数本のピンの高さは、複数本のピンによって同心円状に形成される各円周の直径が小さくなるに連れて、図２（ｂ）図示のように、低くしておく必要がある。
【００４７】
この場合、隣接する円周の位置に突設されるピン４０ａ、４０ｂの高さの関係は、少なくとも、０．３ｍｍ程度相違していることが望ましい。両者の高さの相違が０．３ｍｍより小さい場合には、同心円状の隣接する各円周の位置に突設されているピンに支持されている基板の成膜時における反りによって、基板が隣接する円周の位置に突設されているピンに接触するおそれがあって好ましくないからである。
【００４８】
同様の理由から、最も小さな直径の基板２０ｂを支持するピン４０ｂの高さは、少なくとも、０．３ｍｍ程度より大きいことが望ましい。０．３ｍｍより小さい場合には、基板２０ｂが成膜時に反った場合、基板２０ｂの裏面がアーム３０ｂの表面に接触してしまうおそれがあるからである。
【００４９】
そこで、例えば、直径２００ｍｍの基板２０ａと、直径１５０ｍｍの基板２０ｂが搬送される図２（ｂ）図示の実施例の場合、ピン４０ａの高さを１ｍｍに設定したときには、ピン４０ｂの高さは、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度とすることが望ましい。
【００５０】
図３は、本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるロード／アンロードロック室の棚の断面形状の一部を示すものである。
【００５１】
本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるロード／アンロードロック室は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板（図３の場合、基板２０ｂ）より小さな対向距離を有する、一対のテーパ状の棚５０ａ、５０ｂを多段状に備えている。
【００５２】
図３では、上下２段のみ図示しているが、ロード／アンロードロック室の棚５０ａと５０ｂは一対で構成され、２５枚から２７枚程度の多段状になっている。
各棚５０ａ、５０ｂの形状は図示のようにテーパが掛けられている。そして、対向距離Ｌ２は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小直径の基板の直径より小さくなっている。
【００５３】
例えば、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最小の直径が基板２０ｂの１５０ｍｍである場合、Ｌ２は、１３０ｍｍ程度となる。
【００５４】
この場合、図示の例では、テーパ角度Ａを１０度としている。
【００５５】
このようにすると、異なるサイズ、例えば、直径２００ｍｍの基板から直径１５０ｍｍの基板まで搭載が可能となる。
【００５６】
テーパ角度Ａを大きくし過ぎると、基板ピッチＬ３（図３）が大きくなり過ぎて、ロード／アンロードロック室のボリュームが大きくなり過ぎるので好ましくない。逆に、テーパ角度を０度（平坦）にすると、基板の裏面と棚の表面との接触面積が大きくなり過ぎて、パーティクル発生の原因となってしまう。
【００５７】
そこで、テーパ角度Ａは、実用的な観点から、５度程度から２０度程度が望ましい。
【００５８】
また棚５０ａ、５０ｂの材質はテフロン（登録商標）やポリミドといった比較的融点の高い樹脂系のものが望ましい。メタル材質の場合、基板と接触したときにパーティクルが発生しやすい事が確認された。
【００５９】
以上、図１〜図３を用いて説明したように、本発明によれば、スパッタ処理室のターゲットと、基板ステージと、リング状防着シールドとが、マルチチャンバシステム内で搬送される複数の寸法が異なる基板の大きさに対して前述した特定の大きさを有するようにされている。なおかつ、基板搬送用のロボット、ロード／アンロードロック室が、マルチチャンバシステム内で搬送される複数の寸法が異なる基板の大きさに対して、それぞれ前述した特徴的な構造にされている。そこで、サイズの異なる多種類の基板の搬送、これらの基板に対する成膜を、真空を破らずに、かつ、単一の成膜装置で行うことができる。
【００６０】
図４は、図１図示のスパッタ処理装置における基板ホルダー２の部分を拡大して表したものである。基板ホルダー２は、図４図示のように、基板ステージ３が配置される部分の周囲に外周シールド１１０を備えており、この外周シールド１１０の表面１２０と、基板ホルダー２に基板ステージ３を介して支持される基板２０の裏面との間隔Ｌ１は、１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲となるようにされている。
また、外周シールド１１０の表面１２０にはブラスト処理が施してある。この実施例では、ブラスト材としてアルミナやＳｉＣの微粉末を外周シールド１１０の表面１２０に照射して表面を故意的に荒らしている。
【００６１】
基板ステージ３の直径Ｄ１、リング状防着シールド６０の内径Ｄ２を図１を用いて上述した大きさに設定し、直径１５０ｍｍの基板２０が基板ステージ３を介して基板ホルダー２に支持された時には、成膜中に外周シールド１１０の外縁部はターゲット１から見える位置に有り、膜が堆積する。この膜の体積が進行すると、薄膜の応力のために、剥離が懸念される。とりわけＴｉＷやＷ／ＷＮやＷＳｉ、ＴａＮ等薄膜の応力の大きなものに関しては母材シールドと堆積される薄膜との界面での剥離が発生する事が良く経験される。
【００６２】
そこで、ブラスト処理で表面１２０を荒らす事で、薄膜と外周シールド１１０との密着性を高めているものである。
【００６３】
この表面処理は例えばブラストでは無くて、金属の溶射（Ａｌ等の微粉末をプラズマ等で溶解させながら外周シールド１１０の表面１２０に吹きつける処理方法）を施した場合、更に大きな効果が有ることが確認されている。
【００６４】
このような表面処理を施すことで、ストレスの高い前記薄膜材料（ＴｉＷ、Ｗ／ＷＮ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＳｉ等）をスパッタさせても外周シールド１１０との密着性が向上して、膜が剥がれる事が激減される為に、パーティクル発生が少なくなる事を確認した。
【００６５】
なお、リング状防着シールド６０や、真空室への薄膜堆積を防止するための側壁防着シールド４に同様の表面処理を施すことによって、膜剥がれの防止、パーティクル発生の防止を図る上で一層効果的であることは言うまでもない。
【００６６】
図５は、本発明のマルチチャンバースパッタ装置における他のスパッタ処理室の断面を表すものである。図１図示のスパッタ処理室とはカソード部分が相違しているのみで、その他は同一であるので、図６、図１を用いて説明したスパッタ処理装置における構成部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６７】
図１図示のスパッタ処理装置の場合と同様に、ターゲット１は、マルチチャンバーシステム内で搬送される複数の基板の中で最大直径の基板より大きな直径を有している。
【００６８】
そして、ターゲット１の基板ホルダー２に対向する前面とは反対側の裏面側に配備される磁石は、ターゲット１の中央部側に配備されるセンターカソードマグネット１０ａと、センターカソードマグネット１０ａとは別にターゲット１の周縁側に配備される外周カソードマグネット１０ｂとから構成されている。
【００６９】
外周カソードマグネット１０ｂはセンターカソードマグネット１０ａとは別の支持金具２００によって保持されている。支持金具２００及び外周カソードマグネット１０ｂは、上下動作機構２２０によって上下動作される。すなわち、外周カソードマグネット１０ｂは、ターゲット１の裏面側との間隔を変化させることができる可動式になっている。
【００７０】
図５図示のスパッタ処理装置でサイズの異なる基板を処理するときには以下のように行われる。例えば、比較的小さなサイズである直径１５０ｍｍの基板を処理する場合、外周カソードマグネット１０ｂを上方向に移動させ、ターゲット１から離れた位置に配置する。
【００７１】
一方、比較的大きなサイズである直径２００ｍｍ、３００ｍｍの基板を処理する場合には、外周カソードマグネット１０ｂを下方向に移動させ、ターゲット１に近付いた位置に配置する。これによって、ターゲット１の外周部からのスパッタ量を増加させ、比較的大きなサイズの基板に成膜する場合における、基板面内の膜厚均一性を確保することができる。
【００７２】
なお、この場合、処理する基板の大きさに応じて、基板ホルダー２を上下動させ、Ｔ／Ｓ距離を調整する処理を併せて行えば、基板直径やターゲット材料に応じて、最適な基板面内の膜厚均一性を確保する上で有利である。
【００７３】
例えば、比較的小さなサイズである直径１５０ｍｍの基板の場合は、外周カソードマグネット１０ｂを上方向に移動させてターゲット１から離すと共に、Ｔ／Ｓ距離を比較的小さくする。一方、比較的大きなサイズである直径２００ｍｍ、３００ｍｍの基板の場合は、外周カソードマグネット１０ｂを下方向に移動させてターゲット１に近接させると共に、Ｔ／Ｓ距離を比較的大きくする。
【００７４】
この方式ではとりわけＡｕバンプのような非常に高価なターゲット材料を使用する場合にはターゲット利用効率改善という観点からも非常に有効となる。
【００７５】
センターカソードマグネット１０ａの最大直径がターゲット１の最大直径寸法より極端に小さい場合、ターゲット１の外周部がエロージョンされず、ターゲット再付着膜からのパーティクル発生の現象が見られる場合が有る。ＡｕやＡｌ材の場合にはエロージョンされなくても、パーティクル発生が無いことが知られている。従って上記材料の場合はこうした可動式の外周カソードマグネット１０ｂとＴ／Ｓ距離の調整による分布補正は効果が大きい。
【００７６】
以上添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、各構成、形状及び配置関係については、本発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎず、また、基板サイズなどの数値及び、薄膜材料・ターゲット材料などについては、例示にすぎない。したがって、本発明は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロード／アンロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するスパッタ処理装置において、異なるサイズの多種類の基板への成膜を単一成膜装置で行うことができる。しかも、真空を維持したままサイズが異なる多種類の基板を搬送することができる。これによって、設備の共有化ができ、その経済的な効果は絶大である。
【００７８】
更に、カソードマグネットを、センターカソードマグネットと、これとは別の可動式外周カソードマグネットとから構成することによって磁場調整可能とし、これにＴ／Ｓ距離調整可能な機構を組み合わせることで、ターゲットの利用効率を大幅に改善し、装置のランニングコスト低減に寄与すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるスパッタ処理室の断面を表す図。
【図２】（ａ）本発明のマルチチャンバースパッタ装置における搬送室に備えられている基板搬送用ロボットのアームの基板接触部の構造を説明する断面図。
（ｂ）本発明のマルチチャンバースパッタ装置における搬送室に備えられている基板搬送用ロボットの他のアームの基板接触部の構造を説明する断面図。
【図３】本発明のマルチチャンバースパッタ装置におけるロード／アンロードロック室の棚を説明する一部断面図。
【図４】図１図示のスパッタ処理装置における基板ホルダーの部分の拡大断面図。
【図５】本発明のマルチチャンバースパッタ装置における他のスパッタ処理室の断面を表す図。
【図６】マルチチャンバースパッタ装置における従来のスパッタ処理室の断面を表す図。
【符号の説明】
１  ターゲット
２  基板ホルダー
３  基板ステージ
４  防着シールド
５  電源
６  真空処理室
７  搬送室
８  排気室
９  各室を真空的に隔離するためのゲートバルブ
１０  カソードマグネット
１１  ターゲット固定金具
１０ａ  センターカソードマグネット
１０ｂ  外周カソードマグネット
３０ａ、３０ｂ  搬送用ロボットアーム
４０ａ、４０ｂ  搬送用ロボットアーム上の基板搭載ピン
５０ａ、５０ｂ  ロード／アンロード室内の棚
６０  リング状防着シールド
７０  マグネット回転軸
８０  カソードハウジング
１００  搬送用ロボットのアーム
１１０  外周防着シールド
１２０  外周防着シールドの表面
２００  外周マグネット固定金具
２２０  上下動作機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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