説明

スパッタリング装置

【課題】コリメーター交換に伴うメンテナンス時間減少や生産効率の向上が可能な機能を備えたスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】スパッタリング装置において、スパッタチャンバーと搬送チャンバーにおのおのコリメーターを設置する場所を備えてチャンバー間でコリメーターを移動可能とする。コリメーターの移動には試料搬送に用いる搬送機器を利用する。コリメーション方式と通常スパッタリング方式の成膜が単一チャンバーでも共用可能なスパッタリング装置とすることでメンテナンスの減少や生産性向上が可能となる。またシャッター板の設置も可能である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スパッタリング装置に関する。特に、成膜ターゲット材と成膜対象試料との間に、スパッタチャンバーと隣接搬送チャンバーの間で移動可能なコリメーターを備えたスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、薄膜形成技術であるスパッタリング法の一つとして、ターゲットと試料間にコリメーターを設けて成膜するコリメーションスパッタリング方式があり、例えば半導体素子の製造装置における半導体素子の配線形成工程で多く採用されている。この方式の利点は、半導体製造工程におけるプロセスルールの微細化に伴い、通常のスパッタリング方式では成膜困難な半導体基板に形成された高アスペクト比を有する孔径の寸法ルールが設定されても孔の底部にまでスパッタ粒子が届き、孔の底部であっても平坦でかつ均一な薄膜を形成することができることである。
【0003】
しかしながら、コリメーションスパッタリング方式には以下の二つの問題点が一般に含まれる。一つは、コリメーター交換に伴うスパッタリング装置のメンテナンスの負荷と装置停止時間が大きくなることである。コリメーターを備えたスパッタリング装置は通常コリメーターが固定されており、コリメーターの使用が不要であるダミースパッタ時でも常にコリメーターに成膜されるため、コリメーターの開孔部からの発塵の懸念や孔の目詰まりによりコリメーター交換の頻度が多くなってしまう。その結果、コリメーター交換のために装置の停止時間が増加して装置稼働率が低下するという問題がある。もう一つの問題は、常時コリメーターがスパッタチャンバー内に固定されているので、通常スパッタの仕様としては使用できないためコリメーション専用チャンバーを別途設けなければならず、イニシャルコストやランニングコストがかかり、かつフットプリントや生産性・スループットの面からも効率が悪いという問題がある。
【0004】
そこで、このような問題を解決する方法として、コリメーターを可動式にしてコリメーターを収納するための退避スペースをスパッタチャンバー内に設けることでコリメーターの収納と移動が可能になり、コリメーション方式と通常スパッタ方式が共用できるコリメーターの寿命が延長可能な方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
また、スパッタリング装置に集束装置を設け、集束装置の集束板に蒸着される金属膜を取り除き金属薄膜層がウェーハに蒸着する速度が低下することを防止することができ、集束装置の寿命を延長させる装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【0006】
さらに、別の方法として、スパッタチャンバーの隣接にコリメーターのクリーニングを行うための専用クリーニングチャンバーを新たに設けることで、コリメーターの交換に伴う装置の停止時間の低減が可能なスパッタリング装置を提供する方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平8−316147号公報
【特許文献2】特開平7−211640号公報
【特許文献3】特開平6−280007号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、コリメーターを可動式にすることでコリメーション方式と通常スパッタ方式を共用できるものの、通常スパッタリングの成膜時において、スパッタチャンバー室内にコリメーターを収納するための退避スペースを設ける必要があり、チャンバー室の容量が大きくなってしまいフットプリントが大きくなる問題点がある。また、定期的に行うチャンバークリーニングにおいて、退避スペース部位のクリーニング不備による汚染懸念やコリメーター交換にあたりスパッタチャンバーを大気解放する必要があり、コリメーター以外のパーツ交換も要するなどメンテナンス面の負荷がかかる。また可動式コリメーターを取り付けて使用する際、熱や成膜によってコリメーターが劣化するため、コリメーターを可動させる駆動部位や搬送アームの歪みが生じることにより、コリメーターが試料やターゲットに対して平行位置にならずにコリメーターを設置したときに位置ずれが発生する不具合が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
そこで、本発明においては、試料投入チャンバーとスパッタチャンバーの間に設けられた試料移動のための搬送チャンバー内部に設けたコリメーター収納場所にコリメーターを設置し、必要に応じてスパッタチャンバー内にコリメーターを移動させて試料やターゲットに対して平行な正位置に配置することとする。搬送チャンバーとスパッタチャンバー間のコリメーター移動は、試料搬送に使用する搬送機器と同じ機器を採用する。
【0010】
また、スパッタチャンバー内で常にコリメーターを正位置に設置するために、スパッタチャンバー内のコリメーター正位置には脱着可能な構造のコリメーター支持具を設ける。この支持具は、試料成膜の際、ターゲットからのスパッタ粒子が遮蔽されないようスパッタチャンバー最外部の側壁に設けることとコリメーター外周部にシャドー領域を設けることで試料への成膜影響もなく、スパッタチャンバー開放時には支持具が取り外し・取り付け可能な構造である。
【0011】
また、スパッタチャンバー内に設けられたコリメーターの支持具には、可動式コリメーターと同様に可動式のシャッター板も設置可能である。シャッター板は成膜を遮蔽するために用いる部材であり、可動式コリメーターと同様、搬送チャンバー内部にシャッター板の収納場所を設けることにより、ダミースパッタなどシャッターを要する場合にのみ搬送機器を用いてシャッター板をスパッタチャンバー内に移動・設置する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、チャンバー間で移動可能なコリメーターを設けることでコリメーション方式と通常スパッタリング方式の成膜が単一チャンバーで共用可能なスパッタリング装置の提供が可能になり、コリメーターと同様にシャッター板も設置可能なため、コリメーターやシャッター板の交換に伴うスパッタリング装置のメンテナンス停止時間減少による装置稼動率の改善ができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明におけるスパッタリング装置のスパッタチャンバー断面図である。
【図2】本発明におけるスパッタリング装置のスパッタチャンバー平面図である。
【図3】本発明におけるスパッタリング装置に設けられた可動式コリメーターと可動式シャッター板の図である。
【図4】本発明におけるスパッタリング装置の全体平面図である。
【図5】本発明におけるスパッタリング装置の搬送チャンバー断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【0015】
以下、本発明のスパッタリング装置に関する実施形態を図1から図5を用いて説明する。
【0016】
図1は、本発明のスパッタリング装置に用いられるスパッタチャンバーの構造を示す断面図である。図1に示すスパッタチャンバー1の内部は高真空状態が可能な構成になっており、試料をセットするための試料ホルダー6と成膜材料であるターゲット4が平行かつ対向設置され、スパッタチャンバー1の内外で試料等の出し入れするための搬入・搬出口7を備えており、成膜時には試料5が搬入・搬出口7から試料ホルダー6に設置されてスパッタリングされる構造になっている。試料5の成膜条件として高アスペクト比の孔へのスパッタリングを要する場合、コリメーター2を搬送チャンバー内に設けたコリメーター収納位置から搬送機器14を用いてスパッタチャンバー1内に移動させ、ターゲット4と試料5間に設けたコリメーター支持具3の上にコリメーター2を配置して、スパッタ粒子をコリメーター2に通すことで垂直な方向性の高いターゲット原子を試料5に成膜する構成となっている。
【0017】
なお、コリメーター支持具3は、ターゲット4と試料5に対してコリメーター2が平行かつ対向するような位置に設けられ、スパッタチャンバー1の内壁にコリメーター支持具3を差し込むための取り付け口を設けることで、例えばネジ式やはめ込み式のような容易に取り付け・取り外し可能な構造になっている。ちなみにコリメーター2は試料5と同じ搬入搬出経路にするため、搬入・搬出口7の口径は、試料5のサイズ+コリメーター2のサイズ+搬送機器14のサイズ+搬送動作に要するスペースに対してマージンのある大きさを有するものとする。また、コリメーター支持具3は試料5の成膜の妨げにならないようなスパッタチャンバー1内の最外部に配置されている。
【0018】
次いで、図2は本発明のスパッタリング装置において、コリメーター2を設置したときのスパッタチャンバー1の内部の平面図である。コリメーター2使用時には、搬送機器14によって搬送チャンバー11から搬入搬出口7を経由してコリメーター支持具3上に設置され、不要時には搬送機器14を用いて搬送チャンバー11に払い出される構造になっている。コリメーター2を用いて連続的に成膜する場合、コリメーター2とコリメーター支持具3が接する隙間にもスパッタ膜が堆積してコリメーター2と支持具3がくっつき、搬送機器14による取り外しや移動が不可能になってしまうため、本発明ではこれを解消する手段としてコリメーター2の外周部には成膜を遮蔽するための開孔していないシャドー部2aを有することで、コリメーター2とコリメーター支持具3の接触部分の隙間に成膜しないようにした。
【0019】
図3には本発明のスパッタリング装置に設けられたコリメーター2とシャッター板15を示してある。本発明のコリメーター2において、コリメーターシャドー部2aは、図1や図2で示したコリメーター支持具3との接触面を遮蔽できるだけの面積を有しており、かつ試料5の成膜の妨げにならない領域でコリメーター開口部2bの周囲に形成されるものとする。また、コリメーター支持具3上には、コリメーター2のみでなくシャッター板15も設置可能である。コリメーター2と同様に、シャッター板15も搬送機器14によって搬送チャンバー11から搬入搬出口7を経由してコリメーター支持具3上に設置・撤去が可能な構成となっている。
【0020】
図4は本発明におけるスパッタリング装置の全チャンバー構成を示した装置の平面図である。通常のスパッタリング装置では複数のスパッタチャンバー1を設けることが可能であり、試料投入チャンバー12と各スパッタチャンバー1の間には、試料5を移動・搬送するための搬送チャンバー11が備わっている。搬送チャンバー11の下側面部の任意の場所にコリメーター2やシャッター板15の保管場所13を設けて、使用しない場合にはこの収納位置13にコリメーター2やシャッター板15を配置しておき、使用時には搬送機器14によってスパッタチャンバー1内に移設される構成である。搬送機器14は搬送回転機構14aと搬送支持アーム14b等を備えている。これらについては後で説明する。なお、コリメーター2やシャッター板15にメンテナンスが必要な場合は、搬送チャンバー11から搬入搬出口7を介して試料投入チャンバー12に取り出し、スパッタリング装置の外でメンテナンスすることが可能である。
【0021】
また、図5は本発明のスパッタリング装置における、コリメーター2とシャッター板の保管場所を備えた搬送チャンバー11の断面図である。搬送チャンバー11内のコリメーター2やシャッター板15の収納位置は、スパッタチャンバー1の搬入搬出口7より下側面に配置され、スパッタチャンバー1の構造と同様、コリメーター2とシャッター板15を保管しておくための支持具13aと13bを設けて、コリメーター2とシャッター板15は搬送機器14によって支持具13a、13bの上に設置される構成である。なお、搬送チャンバーは、上述のコリメーター2、シャッター板15、およびそれらの支持具13a、13bを必要に応じて複数収納・設置できる構造となっている。
【0022】
また、搬送機器14は、回転機構14aを有しているので360°回転移動可能であり、上下方向に伸縮動作が可能な搬送シャフト14dとシャフト14dと同じく水平方向に伸縮動作可能な搬送支持アーム14bを有し、アーム先端には試料5やコリメーター2、シャッター板15を載せるための搬送ホルダー機構14cを有している。前記機構を備えることにより、例えばコリメーター2やシャッター板15使用時には、搬送シャフト14dの上下動作でコリメーター2やシャッター板15の収納位置まで移動し、支持アーム14bを伸縮させて搬送ホルダー14c上にコリメーター2やシャッター板15を載せ、搬送シャフト14dと回転機構14aでスパッタチャンバー1の搬入搬出口7の位置まで移動し、支持アーム14bの伸縮動作でスパッタチャンバー1内の支持具3上に設置する動作を行う。ちなみに、試料5も同様に、試料投入チャンバー12からスパッタチャンバー1への移動経路についても搬送機器14を用いて移動可能である。また、搬送ホルダー14cとコリメーターの接触面からの発塵の懸念がある場合は、搬送ホルダー14c形状は試料両端をはさみこむ形状にしてもよい。
【0023】
以上説明したように、本発明では複数のスパッタチャンバー1においてコリメーターの共用を可能とすることで、単一チャンバーでコリメーションと通常スパッタリング方式の使い分けが可能であるスパッタリング装置を提供する。コリメーター2やシャッター板15交換時にスパッタチャンバー1の大気開放が不要であることから、スパッタリング装置のメンテナンス時間軽減が図られることになる。
【符号の説明】
【0024】
1 スパッタチャンバー
1a スパッタチャンバー内壁
2 コリメーター
2a コリメーターのシャドー部位
2b コリメーター開孔部
3 コリメーター支持具
4 ターゲット
5 試料
6 試料ホルダー
7 搬入・搬出口
11 搬送チャンバー
12 試料投入チャンバー
13 コリメーター、シャッター板収納位置
13a コリメーター収納位置のコリメーター支持具
13b シャッター板収納位置のシャッター支持具
14 搬送機器
14a 搬送回転機構
14b 搬送支持アーム
14c 搬送ホルダー機構
14d 搬送シャフト
15 シャッター板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料投入チャンバーと、前記試料投入チャンバーとの間に第1の搬入搬出口を有して隣接する搬送チャンバーと、前記搬送チャンバーとの間に第2の搬入搬出口を有して隣接するコリメーションスパッタリング可能なスパッタチャンバーとからなるスパッタリング装置であって、前記スパッタチャンバーは試料を載置するための試料ホルダーと、前記試料ホルダーと対向するターゲットと、前記試料ホルダーと前記ターゲットの間に配置された着脱可能なコリメーターと、前記コリメーターの外周部を支持する第1のコリメーター支持具とを有し、前記搬送チャンバーは搬入機器と、前記コリメーターを収納する第2のコリメーター支持具を有し、前記第1のコリメーター支持具と前記第2のコリメーター支持具の間を前記コリメーターが前記搬送機器によって移動できることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項2】
前記搬送チャンバーには、さらに、シャッター支持具およびシャッター板も備えていることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
【請求項3】
前記第1のコリメーター支持具と接触する前記コリメーターの外周部は開孔のないシャドー部であることを特徴とする請求項1または請求項3記載のスパッタリング装置。
【請求項4】
前記搬送機器は、上下方向に伸縮動作可能な搬送シャフトと、360度回転可能な搬送回転機構と、水平方向に伸縮動作可能な搬送支持アームと、前記搬送支持アームの先端に固定され、前記試料または前記コリメーターまたは前記シャッター板を載せるための搬送ホルダー機構を有することを特徴とする請求項2または請求項3記載のスパッタリング装置。
【請求項5】
前記搬送機器は、前記コリメーターまたは前記シャッター板を前記第1の搬入搬出口を介して移動することが可能であることを特徴とする請求項4記載のスパッタリング装置。

【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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【公開番号】特開2011−204926(P2011−204926A)
【公開日】平成23年10月13日(2011.10.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−71081(P2010−71081)
【出願日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【出願人】(000002325)セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Fターム(参考)】