JP2882765B2 - Gate valve for thin film forming equipment - Google Patents
Gate valve for thin film forming equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超高密度集積回
路の製造に適した薄膜形成装置に関するものであり、さ
らに詳細には、ウエハの枚葉処理を行なうべく、1つの
減圧室(チャンバ)内とその外部との間でウエハの出し
入れを行なう際に用いられるゲートバルブの改良に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus suitable for manufacturing, for example, an ultra-high-density integrated circuit, and more particularly, to a single decompression chamber (chamber) for performing single wafer processing. The present invention relates to an improvement of a gate valve used when a wafer is taken in and out between the inside and outside of the gate valve.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、LSIの集積度は年々増加し、さ
らに今後の超高集積化を実現するためには、極めて薄い
薄膜の積層構造を実現する技術を確立する一方、ウエハ
の枚葉処理の高速化を図る技術が要望されている。2. Description of the Related Art Conventionally, the degree of integration of LSI has been increasing year by year, and in order to realize ultra-high integration in the future, a technique for realizing a laminated structure of extremely thin thin films has been established. There has been a demand for a technology for increasing the speed of the system.
【0003】すなわち、1枚のウエハに1つの処理を行
うのに高速処理を要求される場合、換言すればウエハへ
の移送用のチャンバとスパッタリングのチャンバとの間
の出し入れの時間も含め、例えば1分以内にすべてのプ
ロセスを完結することが要求される場合がある。That is, when high-speed processing is required to perform one processing on one wafer, in other words, for example, the time taken in and out of the chamber for transfer to the wafer and the chamber for sputtering, It may be required to complete the entire process within one minute.
【0004】かかる場合、移送用のチャンバとスパッタ
リングのチャンバとの隔壁に形成される開口部を開閉す
るためのゲートバルブの開閉、ウエハの出し入れ、およ
びスパッタリング処理の設定等に許容し得る時間、すな
わち、成膜に要する最小限の時間を30秒程度とする
と、これに対応し得るようにするためには、0.5秒程
度で開閉のできるゲートバルブが必要である。In such a case, a time allowable for opening and closing a gate valve for opening and closing an opening formed in a partition wall between a transfer chamber and a sputtering chamber, loading and unloading of a wafer, setting of a sputtering process, and the like, that is, Assuming that the minimum time required for film formation is about 30 seconds, a gate valve that can be opened and closed in about 0.5 seconds is required in order to cope with this.
【0005】また、ウエハを装置にセットするためのロ
ード室、ウエハを装置から取り出すためのアンロードと
の間におけるウエハの受け渡し処理を高速で行う場合、
換言すれば、例えば、数10枚のウエハを保管するウエ
ハストッカと、静電吸着搬送機構との間でのウエハの受
け渡しを行う場合、同様に0.5秒程度で開閉のできる
高速ゲートバルブを用いることが要求される。[0005] Further, when a wafer transfer process between a load chamber for setting a wafer in the apparatus and unloading for removing the wafer from the apparatus is performed at a high speed,
In other words, for example, when transferring a wafer between a wafer stocker that stores several tens of wafers and an electrostatic suction and transfer mechanism, a high-speed gate valve that can be opened and closed in about 0.5 seconds is similarly provided. Required to be used.
【0006】ここで、従来のゲートバルブとしては、例
えば図30に示すように、オーリング1411を上面に
装着した所定厚みのゲート板1410’と、該ゲート板
1410’に対向するように配設された連結基板141
0”とをリンク片1420により連結すると共に、両板
1410’、1410”の間に復帰用コイルスプリング
1421を介在させ、前記連結基板1410”を上下の
チャンバ1430,1431を仕切る隔壁1422の開
口部1423を貫く方向とは直行する方向(図30の左
右方向)に移動し得るようにしたものが知られている。
なお、1424は前記ゲート板1410’の移動阻止用
のストッパである。Here, as a conventional gate valve, for example, as shown in FIG. 30, a gate plate 1410 'having a predetermined thickness with an O-ring 1411 mounted on its upper surface, and a gate plate 1410' are provided so as to face the gate plate 1410 '. Connection board 141
0 ″ is connected by a link piece 1420, and a return coil spring 1421 is interposed between the two plates 1410 ′ and 1410 ″ to open the partition 1422 that partitions the connection board 1410 ″ into upper and lower chambers 1430 and 1431. There is known one that can move in a direction perpendicular to the direction penetrating 1423 (the left-right direction in FIG. 30).
Reference numeral 1424 denotes a stopper for preventing the movement of the gate plate 1410 '.
【0007】この場合、前記ゲート板1410’により
開口部1423を閉塞状態にするには、前記コイルスプ
リング1421を圧縮した状態でゲート板1410’を
開口部1423の下方に位置させ、次いで、リンク片1
420を回動すべく、連結基板1410”を前記ストッ
パ1424の側に移動させる。このとき前記連結基板1
410”の移動によりゲート板1410’がストッパ1
424に当接するが、この当接によりゲート板141
0’がコイルスプリング1421の付勢力に抗して開口
部1423に向けて押し上げられ、該ゲート板141
0’は前記開口部1423を閉塞する。In this case, in order to close the opening 1423 by the gate plate 1410 ', the gate plate 1410' is positioned below the opening 1423 with the coil spring 1421 compressed, and then the link piece 1
The connecting board 1410 ″ is moved to the side of the stopper 1424 to rotate the 420. At this time, the connecting board 1
The gate plate 1410 'is moved to the stopper 1 by the movement of 410 ".
424, but the gate plate 141
0 ′ is pushed up toward the opening 1423 against the urging force of the coil spring 1421, and the gate plate 141 is pressed.
0 'closes the opening 1423.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のゲートバルブは、リンク片1420の連結やスト
ッパ1424との当接等のためにゲート板1410’の
厚みを相当に厚くする必要があることや、少なくとも、
連結基板1410”を移動させる工程と、ゲート板14
10’を押し上げる工程が必要であり、開口部1423
を高速度で開閉することが要求される場合には適さない
ものである。However, in such a conventional gate valve, it is necessary to make the thickness of the gate plate 1410 'considerably large in order to connect the link pieces 1420 and abut against the stopper 1424. ,at least,
Moving the connecting substrate 1410 ″;
A step of pushing up 10 ′ is necessary, and the opening 1423
It is not suitable when it is required to open and close at a high speed.
【0009】また、少なくともゲート板1410’およ
び連結基板1410”の二つの部材を必要とするので、
大きな取付スペースを必要としたり、全体の質量が大き
くなり、高速度での搬送に支障がある等の他、十分な閉
塞状態を得難いので、ゲートバルブにより仕切られた減
圧室をさらに高真空状態にする障害となる等の問題があ
る。Further, since at least two members, that is, a gate plate 1410 'and a connecting substrate 1410 "are required,
In addition to requiring a large mounting space, increasing the overall mass, and hindering high-speed transportation, it is difficult to obtain a sufficiently closed state. There is a problem that it becomes an obstacle to perform.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
従来技術における開口部の開閉速度の高速化の限界等の
課題を解決すべくなされたものであり、隣接する2つの
減圧室を仕切る隔壁に形成された開口部を開閉自在とす
るように構成された薄膜形成装置のゲートバルブにおい
て、前記開口部を覆うように形成された薄板と、該薄板
をその板面と略平行な方向に揺動させるための駆動手段
と、前記薄板と前記隔壁との間に直流電圧を印加するた
めの電圧供給手段とを備えたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The invention of claim 1 has been made to solve the above-mentioned problems, such as the limitation of increasing the opening / closing speed of the opening, and the like. In a gate valve of a thin film forming apparatus configured to be capable of opening and closing an opening formed in a partition wall, a thin plate formed so as to cover the opening and a direction substantially parallel to the plate surface. And a voltage supply means for applying a DC voltage between the thin plate and the partition wall.
【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記薄板が、少なくとも前記開口部の外周部と対向
する側の板面が研磨されていることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the thin plate is polished at least on a plate surface facing an outer peripheral portion of the opening.
【0012】[0012]
【作用】請求項1の構成では、開口部を閉塞状態にする
には、駆動手段により開口部と対向するように薄板を揺
動させ、続いて、電圧供給手段を作動させて薄板と隔壁
との間に直流電圧を印加し、該薄板を開口部側に静電的
に吸着させる。この場合、薄板の揺動は減圧雰囲気下で
なされるので薄板の開閉動作は高速で行われる。According to the first aspect of the present invention, in order to close the opening, the thin plate is swung by the driving means so as to face the opening, and subsequently, the voltage supply means is actuated to cause the thin plate and the partition to be closed. During this time, a DC voltage is applied to electrostatically attract the thin plate toward the opening. In this case, since the swing of the thin plate is performed under a reduced pressure atmosphere, the opening and closing operation of the thin plate is performed at a high speed.
【0013】また、請求項2の構成では、薄板の板面が
研磨されているので、前記開口部の外周部とこれに対向
する側の薄板面との摩擦係数が極めて小となり、薄板の
揺動の高速化をさらに助長させる。According to the second aspect of the present invention, since the plate surface of the thin plate is polished, the coefficient of friction between the outer peripheral portion of the opening and the thin plate surface on the side opposite to the opening becomes extremely small, and the vibration of the thin plate is reduced. Further speed up the movement.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0015】図1は、本発明に係るゲートバルブが適用
される薄膜形成装置の全体的構成図である。図1に示す
装置は、4個の減圧室(プロセスチャンバ)、すなわち
金属薄膜形成用のスパッタチャンバ101a、絶縁薄膜
形成用のスパッタチャンバ101b、クリーニングチャ
ンバ101c、および酸化チャンバ101dを有してい
る。102はウエハのローディングチャンバであり、ウ
エハを装置にセットする際に用いられる。また、103
はアンロードチャンバであり、ウエハを装置から取り出
す際に用いられるチャンバである。104はトランスポ
ートチャンバであり、上記の4つのプロセスチャンバの
いずれかにウエハを搬送する際に用いられる。この場
合、ウエハ106cの搬送には後述する静電吸着型のウ
エハチャック114等を用いて行なわれる。すなわち、
前記ウエハチャック114によってウエハを吸着した
後、例えば磁気浮上式の搬送機構を用いて所定のチャン
バのウエハホルダ107a〜107dの上にウエハをセ
ットする。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a thin film forming apparatus to which a gate valve according to the present invention is applied. The apparatus shown in FIG. 1 has four decompression chambers (process chambers), that is, a sputter chamber 101a for forming a metal thin film, a sputter chamber 101b for forming an insulating thin film, a cleaning chamber 101c, and an oxidation chamber 101d. Reference numeral 102 denotes a wafer loading chamber, which is used when setting a wafer in an apparatus. Also, 103
Denotes an unload chamber, which is a chamber used when a wafer is taken out of the apparatus. Reference numeral 104 denotes a transport chamber, which is used when transferring a wafer to any of the above four process chambers. In this case, the transfer of the wafer 106c is performed by using a later-described electrostatic chuck type wafer chuck 114 or the like. That is,
After the wafer is sucked by the wafer chuck 114, the wafer is set on the wafer holders 107a to 107d in a predetermined chamber by using, for example, a magnetic levitation type transfer mechanism.
【0016】ここで、各ウエハホルダ107a〜107
dは、先の静電吸着の手法によりウエハを吸着保持し、
次いで対応するプロセスチャンバのゲートバルブ105
a〜105d(プロセスチャンバ101aのゲートバル
ブ105aは図示省略)を開いた後、ウエハホルダ(1
07a等)全体が上昇してウエハを所定のプロセスチャ
ンバ101a等内に挿入すると共に、該プロセスチャン
バ101a等とトランスポートチャンバ104との間の
気密シールを行なう構造となっている。なお、図1は、
金属薄膜用のスパッタチャンバ101a内にシリコンウ
エハ106aおよびウエハホルダ107aがセットされ
た状態を示している。Here, each of the wafer holders 107a-107
d holds and holds the wafer by the above-described electrostatic suction method,
Then the gate valve 105 of the corresponding process chamber
a to 105d (the gate valve 105a of the process chamber 101a is not shown), and then the wafer holder (1) is opened.
07a), the whole is raised, the wafer is inserted into the predetermined process chamber 101a, etc., and the hermetic seal between the process chamber 101a, etc. and the transport chamber 104 is performed. In addition, FIG.
A state where a silicon wafer 106a and a wafer holder 107a are set in a sputtering chamber 101a for a metal thin film is shown.
【0017】108a〜108dはターゲットチャンバ
であり、それぞれ真空状態を変えることなくターゲット
109a〜109dを交換できるようになっている。各
ターゲット109a〜109dには夫々同調回路110
a〜110dを介してRF電源111a〜111dが夫
々接続され、さらに各ウエハホルダ107a〜107d
にも夫々同調回路112a〜112dを介してRF電源
113a〜113dが夫々接続されている。また、図1
には図示されていないが、各チャンバ(108a〜10
8d,101a〜101d,102,103,104
等)には、真空排気装置が夫々接続されている。Reference numerals 108a to 108d denote target chambers, and the targets 109a to 109d can be replaced without changing the vacuum state. A tuning circuit 110 is provided for each of the targets 109a to 109d.
a to 110d, RF power supplies 111a to 111d are connected to each other.
Also, RF power supplies 113a to 113d are connected via tuning circuits 112a to 112d, respectively. FIG.
Although not shown in FIG.
8d, 101a to 101d, 102, 103, 104
, Etc.) are connected to vacuum evacuation devices, respectively.
【0018】前述した図1においては、ターゲットとウ
エハとの位置関係は、下方にウエハを、上方にターゲッ
トを位置させる場合を示しているが、その上下の位置関
係は逆であってもよい。この位置関係を逆にする利点と
しては、ターゲットを静電吸着機構(静電チャック)で
保持する場合、ターゲットを下方に位置させておけば、
例えば静電チャックの電源電圧に一時的な変動が生じる
等により吸着力が弱化した場合にも重量が比較的大なる
ターゲットが落下するような事態を回避することができ
る点等が挙げられる。In FIG. 1 described above, the positional relationship between the target and the wafer shows a case where the wafer is located below and the target is located above, but the positional relationship between the upper and lower sides may be reversed. As an advantage of reversing this positional relationship, when the target is held by an electrostatic chucking mechanism (electrostatic chuck), if the target is located below,
For example, it is possible to avoid a situation where a target having a relatively large weight falls even when the attraction force is weakened due to a temporary fluctuation in the power supply voltage of the electrostatic chuck.
【0019】他方、例えば図3に示すように、ターゲッ
ト109aとウエハ106aとを左右方向に対向させる
構成としてもよい。かかる構成によれば、ウエハの砕片
やウエハに付着した塵埃がターゲット上に落下するのを
防ぐことができ、ターゲットの汚染、成膜された薄膜の
膜質の劣化等を回避できる。On the other hand, for example, as shown in FIG. 3, a configuration may be adopted in which the target 109a and the wafer 106a face each other in the left-right direction. According to this configuration, it is possible to prevent fragments of the wafer and dust attached to the wafer from falling onto the target, and to avoid contamination of the target, deterioration of the quality of the formed thin film, and the like.
【0020】また、図3に示すように、ターゲット10
9aを、その表面が若干上方を向くように傾けるように
配置してもよい。これにより、重量の大きなターゲット
の保持が容易になると共に、図3の場合と同様に、ウエ
ハ表面への塵埃付着、またウエハからターゲットへの塵
埃の落下等を防止できる。Further, as shown in FIG.
9a may be arranged so that its surface is slightly inclined upward. This makes it easy to hold a heavy target, as well as preventing dust from adhering to the wafer surface and dropping of dust from the wafer to the target, as in the case of FIG.
【0021】次に、本薄膜形成装置を用いることによ
り、例えば図4に示すようなキャパシタ構造を作製する
方法について説明する。Next, a method of manufacturing a capacitor structure as shown in FIG. 4 by using the thin film forming apparatus will be described.
【0022】図4のキャパシタは、シリコン基板301
内に形成されたN+拡散層302上に、絶縁膜303に
設けた開口部を介してAl薄膜304,Al2O3膜30
5,Al薄膜306の三層構造を形成した構造になって
いる。The capacitor shown in FIG.
An Al thin film 304 and an Al 2 O 3 film 30 are formed on an N + diffusion layer 302 formed therein through an opening provided in an insulating film 303.
5, a three-layer structure of the Al thin film 306 is formed.
【0023】作製の工程は、まずシリコン基板301上
に前記N+拡散層302を形成し、その上に絶縁膜30
3およびN+拡散層302上に開口部を形成したウエハ
106eを用意し、これを前記ローディングチャンバ1
02内のウエハホルダ107e上に置く。次いで、ロー
ディングチャンバ102を真空引きした後、ゲートバル
ブ105eを開け、静電チャック114により保持され
たウエハ106cをトランスポートチャンバ104内へ
搬入させ、ゲートバルブ105eを閉じる。次いで、該
ウエハ106cをクリーニングチャンバ101cに移送
しセットする。In the manufacturing process, first, the N + diffusion layer 302 is formed on a silicon substrate 301, and an insulating film 30 is formed thereon.
3 and a wafer 106e having an opening formed on the N + diffusion layer 302 is prepared.
02 on the wafer holder 107e. Next, after evacuating the loading chamber 102, the gate valve 105e is opened, the wafer 106c held by the electrostatic chuck 114 is loaded into the transport chamber 104, and the gate valve 105e is closed. Next, the wafer 106c is transferred to the cleaning chamber 101c and set.
【0024】前記クリーニングチャンバ101c内では
N+拡散層302の表面に形成された極めて薄い自然酸
化層や吸着分子層、特に水分の吸着分子層を低い温度
(150℃以下)で、しかも下地のシリコン基板301
にダメージを与えないで除去する(クリーニング)こと
ができる。すなわち、RF放電により生じたArイオン
をSi結晶にダメージを与えることのないエネルギー
(例えば数eVから30eV程度、好ましくは5eV以
下、より好ましくは2〜3eVの運動エネルギー)で前
記ウエハ上に照射する。In the cleaning chamber 101c, an extremely thin natural oxide layer or an adsorbed molecular layer formed on the surface of the N + diffusion layer 302, particularly a water adsorbed molecular layer, is formed at a low temperature (150 ° C. or lower) and the silicon Substrate 301
Can be removed (cleaning) without damaging the substrate. That is, the wafer is irradiated with Ar ions generated by the RF discharge at an energy that does not damage the Si crystal (for example, a kinetic energy of about several eV to about 30 eV, preferably 5 eV or less, more preferably 2-3 eV). .
【0025】かかる表面のクリーニングを行なうこと
は、Al薄膜304とN+拡散層302との良好な電気
的接触を得ることができる。すなわち、その後何等の熱
処理工程を行わなくても理想的な金属−半導体接触が得
られる。このクリーニングチャンバ101cでの処理が
終了した後、金属薄膜形成用スパッタチャンバ101a
へウエハ106aを移送させる。By performing such surface cleaning, good electrical contact between the Al thin film 304 and the N + diffusion layer 302 can be obtained. That is, an ideal metal-semiconductor contact can be obtained without any heat treatment step thereafter. After the processing in the cleaning chamber 101c is completed, the sputtering chamber 101a for forming a metal thin film is formed.
The wafer 106a is transferred to the
【0026】この際、前記ウエハの搬送は真空排気され
たトランスポートチャンバ104内において行なわれる
ので、前記ウエハは大気に触れることがなく、清浄状態
のウエハ表面上に金属薄膜が形成され得る。前記スパッ
タチャンバ101a内では、Alのターゲット109a
を用いて、スパッタリング法によりAl薄膜304が前
記ウエハ上に形成される。At this time, since the transfer of the wafer is performed in the evacuated transport chamber 104, the metal thin film can be formed on the surface of the wafer in a clean state without contacting the wafer with the atmosphere. In the sputtering chamber 101a, an Al target 109a
Is used to form an Al thin film 304 on the wafer by a sputtering method.
【0027】次いで、前記ウエハは、酸化チャンバ10
1dに運ばれる。ここでは前記ウエハを300〜500
℃の温度に加熱した状態で酸素ガスを供給し、Al薄膜
304の表面に熱酸化により、例えば、約5nm程度の
厚みでAl2O3膜305が形成される。Next, the wafer is placed in the oxidation chamber 10.
It is carried to 1d. Here, the wafer is 300 to 500
An oxygen gas is supplied while being heated to a temperature of ° C., and an Al 2 O 3 film 305 having a thickness of, for example, about 5 nm is formed on the surface of the Al thin film 304 by thermal oxidation.
【0028】この後前記ウエハは、再びチャンバ101
aに運び込まれてAl薄膜306が形成される。このよ
うにしてAl−Al2O3−Alの三層構造の薄膜を形成
した前記ウエハは再びトランスポートチャンバ104内
で搬送され、アンロードチャンバ103内のウエハステ
ージ107f上に戻される。そして、ゲートバルブ10
5fを閉じた後、アンロードチャンバ103内を大気圧
に戻し、前記ウエハを装置外に取り出す。Thereafter, the wafer is again put into the chamber 101.
a and an Al thin film 306 is formed. The wafer on which the thin film having the three-layer structure of Al—Al 2 O 3 —Al is formed is transported again in the transport chamber 104 and returned to the wafer stage 107f in the unload chamber 103. And the gate valve 10
After closing 5f, the inside of the unload chamber 103 is returned to the atmospheric pressure, and the wafer is taken out of the apparatus.
【0029】上記キャパシタ作製のシーケンスの例で
は、ウエハ表面のクリーニングを行う際、あるいは膜相
互の界面を直接大気に触れさせることなく多層薄膜構造
を実現できる。In the above example of the sequence of manufacturing the capacitor, a multilayer thin film structure can be realized without cleaning the wafer surface or exposing the interfaces between the films directly to the atmosphere.
【0030】以上が本薄膜形成装置の構成と多層薄膜構
造形成の概略を述べたものであるが、以下に装置各部の
詳細、多層薄膜構造の形成過程について説明する。The configuration of the thin film forming apparatus and the outline of the formation of the multilayer thin film structure have been described above. The details of each part of the apparatus and the process of forming the multilayer thin film structure will be described below.
【0031】図5、6は、プロセスチャンバの1つであ
る、金属薄膜用スパッタチャンバ101aの構造の詳細
を示す模式図であり、前述したトランスポートチャンバ
104、ターゲットチャンバ108a、ウエハホルダ1
07a、ゲートバルブ105a、ターゲット109a、
ターゲットホルダ電極401等も含めて図示されてい
る。なお、ターゲットホルダ電極401等の詳細は後に
詳述する。FIGS. 5 and 6 are schematic views showing the details of the structure of the metal thin film sputtering chamber 101a, which is one of the process chambers. The transport chamber 104, the target chamber 108a, and the wafer holder 1 described above are shown in FIGS.
07a, gate valve 105a, target 109a,
The drawing includes the target holder electrode 401 and the like. The details of the target holder electrode 401 and the like will be described later.
【0032】また、図10は、前記金属薄膜形成用のス
パッタチャンバ101aを中心に真空排気装置及びガス
供給装置との接続関係の一例を示したものであり、図1
0中、図1、図2、及び図5等と共通の構成部分は同一
の符合を付している。FIG. 10 shows an example of a connection relationship between a vacuum exhaust device and a gas supply device centered on the sputtering chamber 101a for forming a metal thin film.
1, the same components as those in FIGS. 1, 2, and 5 are denoted by the same reference numerals.
【0033】図10に示すように、プロセスチャンバ1
01aには真空排気装置として、例えば磁気浮上式のロ
ータを有するターボ分子ポンプ501およびそのバック
アップとしてのロータリーポンプ502が接続されてい
る。503はオイルトラップであり前記ロータリーポン
プ502からのオイルの逆流を防いでいる。図10に示
した構成以外に、例えばターボ分子ポンプを二段直列に
つなぐことにより、チャンバの到達真空度をさらに高く
する方式を採用してもよい。また、ガスを流してスパッ
タリング成膜を行なう場合は、ガス負荷に強いドライポ
ンプ等に切り変える構造にしてもよい。As shown in FIG. 10, the process chamber 1
For example, a turbo molecular pump 501 having a magnetic levitation type rotor and a rotary pump 502 as a backup thereof are connected to the vacuum pump 01a. An oil trap 503 prevents backflow of oil from the rotary pump 502. In addition to the configuration shown in FIG. 10, for example, a system in which the ultimate vacuum degree of the chamber is further increased by connecting turbo molecular pumps in two stages in series may be adopted. In the case where sputtering is performed by flowing a gas, a structure in which a dry pump or the like that is resistant to a gas load may be used.
【0034】ここで、ドライポンプとは大気圧から高真
空まで引くことのできるように設計されたターボ分子ポ
ンプである。この場合、高速回転するロータを支承し、
かつ、摩擦を軽減させるボールベアリングが用いられ、
またロータの温度上昇を抑制するために、高圧オイルの
吹き付けを行なっている。さらに、この吹き付けられた
オイルが真空系に侵入して汚染を生じさせないようにN
2ガスを用いてシールしている。この場合、例えばN2ガ
スの供給が運転中に停止すると、真空系に多大な被害を
およぼすことになるのでその停止に対する手段を講じて
おく。Here, the dry pump is a turbo molecular pump designed to be able to pull from atmospheric pressure to high vacuum. In this case, the rotor that rotates at high speed is supported,
And ball bearings that reduce friction are used,
Further, in order to suppress a rise in the temperature of the rotor, high-pressure oil is sprayed. Further, it is necessary to prevent the sprayed oil from entering the vacuum system and causing contamination.
Sealed using two gases. In this case, for example, if the supply of the N 2 gas is stopped during operation, a great deal of damage will be given to the vacuum system.
【0035】トランスポートチャンバ104にも、前記
真空排気装置と同様の真空排気系501’〜503’が
接続されている。また、図示は省略されているが、ター
ゲットチャンバ108aも同様の真空排気系を備えてい
る。従って、各チャンバには各々独立に真空排気を行う
手段が構じられている。The transport chamber 104 is also connected to the same vacuum pumping system 501 'to 503' as the vacuum pumping device. Although not shown, the target chamber 108a also has a similar vacuum exhaust system. Therefore, each chamber is provided with a means for independently evacuating.
【0036】504はガス供給装置であり、Ar,H
e,H2等のガスをプロセスチャンバ101aに供給で
きるようになっている。例えばArガスは、常時一定流
量(1〜5l/分)で流され、パージライン505によ
って系外にパージされている。そしてスパッタリングを
行なうときのみバルブ506を開け、そのガスの一部分
がマスフローコントローラ507によって、例えば毎分
1〜10ccの流量でコントロールされてプロセスチャ
ンバ101aへと導入される。Reference numeral 504 denotes a gas supply device, which includes Ar, H
e, so that the gas such as H 2 can be supplied to the process chamber 101a. For example, Ar gas is constantly flowed at a constant flow rate (1 to 5 l / min) and is purged out of the system by a purge line 505. Only when sputtering is performed, the valve 506 is opened, and a part of the gas is introduced into the process chamber 101a while being controlled by the mass flow controller 507 at a flow rate of, for example, 1 to 10 cc per minute.
【0037】かかる方式以外に、スパッタリングを行な
うときにのみガス供給系からArガスをチャンバ101
aに導入し、それ以外のときにはガスの供給を停止した
状態に保持しておく方式もある。かかる方式ではガス配
管内壁に吸着している微量の水の分子が滞留しているA
rガス中に溶け込むので、ガスの水分濃度を高めない手
段を講じておく。例えば、水分濃度が数10ppb以上
存在するArガスを用いてAlの薄膜をスパッタ成膜す
ると、図11(a)(b)に示すように、水分量に応じ
て(数ppm,数100ppb)表面に荒れが生じ、凹
凸の激しい薄膜が形成されてしまう。かかる薄膜では精
度良く微細パターンを形成することができないため、デ
バイスの微細化に対応できないばかりか、大電流を流し
たときのエレクトロマイグレーションに対する特性が弱
く信頼性のよい配線を得ることができない。In addition to this method, Ar gas is supplied from the gas supply system to the chamber 101 only when sputtering is performed.
a, and at other times, the gas supply is kept in a stopped state. In this method, a small amount of water molecules adsorbed on the inner wall of the gas pipe are retained.
Since it dissolves in the r gas, measures should be taken not to increase the moisture concentration of the gas. For example, when an Al thin film is formed by sputtering using an Ar gas having a water concentration of several tens of ppb or more, as shown in FIGS. 11A and 11B, the surface (several ppm, several hundred ppb) depends on the amount of water. This results in the formation of a thin film with severe irregularities. Since such a thin film cannot form a fine pattern with high accuracy, it cannot cope with miniaturization of a device, and furthermore, has a weak characteristic against electromigration when a large current flows, so that a reliable wiring cannot be obtained.
【0038】しかるに、図11(c)(d)に示すよう
に、水分量が100ppb以下になると表面は平坦とな
り、エレクトロマイグレーション特性の大きなAl薄膜
が得られる。However, as shown in FIGS. 11 (c) and 11 (d), when the water content becomes 100 ppb or less, the surface becomes flat, and an Al thin film having large electromigration characteristics can be obtained.
【0039】本薄膜形成装置において、図10に示すよ
うなArガスの供給方法を用いるとチャンバには常に水
分量1〜2ppb以下のArガスを供給することが可能
となり、微細でかつ信頼性の高い金属配線の形成が可能
となる。In the present thin film forming apparatus, when an Ar gas supply method as shown in FIG. 10 is used, an Ar gas having a water content of 1 to 2 ppb or less can always be supplied to the chamber. High metal wiring can be formed.
【0040】ただし、長期間にわたり装置を停止するよ
うな場合には、バルブ506’を閉じてArガスパージ
を止めてもよい。他方、後に装置を稼動するときには、
まずパージライン505を介してArガスをパージし、
充分水分量が低下した後バルブ506を開けてガスをチ
ャンバに導入する。このため、例えば、パージライン5
05の先端部に水分計(露点計)を取付け、露点が−1
10℃以下になることを確認し得るようにする。However, when the apparatus is to be stopped for a long period of time, the valve 506 'may be closed to stop the Ar gas purge. On the other hand, when the device is later activated,
First, Ar gas is purged through a purge line 505,
After the water content is sufficiently reduced, the valve 506 is opened to introduce gas into the chamber. For this reason, for example, the purge line 5
Attach a moisture meter (dew point meter) to the tip of
It is possible to confirm that the temperature becomes 10 ° C. or less.
【0041】スパッタリングにより成膜される薄膜を高
品質化するためには、成膜プロセス中に水分などの不純
物分子の混入を十分に排除することが必要である。その
ためには、上述したようなArガスの導入方式の採用が
考えられるが、それ以外にもチャンバ材料やガス配管材
料表面からの脱ガスを可及的に小さくすることも必要で
ある。図5に示す装置のチャンバの壁材402および図
10に示したガス供給装置504のガス配管は、例えば
SUS304LやSUS316Lより構成されている
が、その表面はH2O分子の吸着を少なくし、かつ離脱
を容易にするための処理を施すようにしておく。このよ
うな処理は例えば次に述べるような手法を採用する。In order to improve the quality of a thin film formed by sputtering, it is necessary to sufficiently eliminate the entry of impurity molecules such as moisture during the film formation process. To this end, the above-described Ar gas introduction method may be adopted, but it is also necessary to minimize the outgassing from the surface of the chamber material or the gas piping material as much as possible. The wall material 402 of the chamber of the apparatus shown in FIG. 5 and the gas pipe of the gas supply device 504 shown in FIG. 10 are made of, for example, SUS304L or SUS316L, and the surface thereof reduces adsorption of H 2 O molecules, In addition, a process for facilitating detachment is performed. Such a process employs, for example, a method described below.
【0042】まず、ステンレス表面の加工変質層を伴な
わない鏡面研磨を行ない、パイプの内面に対しては例え
ば電解研磨を用い、チャンバの内面に対しては電解複合
研磨等の技術を用いて行なう。First, the surface of the stainless steel is mirror-polished without a work-affected layer, and the inner surface of the pipe is subjected to, for example, electrolytic polishing, and the inner surface of the chamber is applied to the inner surface of the chamber using a technique such as electrolytic combined polishing. .
【0043】次いで、水分の含有量1ppb程度以下の
ArやHeを用いてパージを行ない、さらに400℃程
度まで昇温させてパージを行ない、表面に吸着している
H2O分子をほぼ完全に脱離させた後、前記と同様に水
分の含有量が1ppb程度以下の純酸素を流し、400
〜550℃に昇温させて内表面の酸化を行なう。このよ
うにしてステンレス表面を熱酸化することにより得られ
る酸化被膜は、従来の硝酸等を用いて形成した不動態膜
に比べ、HCl,Cl2,BCl3,BF3等の腐食性ガ
スに対し優れた耐腐食性を有するばかりでなく、プロセ
スに有害な水分子の表面吸着が少なく、かつ、離脱特性
が良いなどの利点がある。Next, purging is performed using Ar or He having a water content of about 1 ppb or less, and further purging is performed by raising the temperature to about 400 ° C., so that H 2 O molecules adsorbed on the surface are almost completely removed. After desorption, pure oxygen having a water content of about 1 ppb or less is flowed in the same manner as described above,
The temperature is raised to 5550 ° C. to oxidize the inner surface. The oxide film obtained by thermally oxidizing the stainless steel surface in this manner is more resistant to corrosive gases such as HCl, Cl 2 , BCl 3 and BF 3 than a passive film formed using conventional nitric acid or the like. In addition to having excellent corrosion resistance, there are advantages such as less surface adsorption of water molecules harmful to the process and good desorption characteristics.
【0044】次に、この不動態膜の脱ガス特性について
の実験結果を示す。本実験は例えば全長が2mで直径が
3/8インチのパイプについて行なったものである。実
験装置の構成を図12に示す。すなわち、ガス純化装置
601を通したArガスを毎分1.2lの流量で試料と
なるSUSパイプ602を通し、ガス中に含まれる水分
量をAPIMS(大気圧イオン化マス分析装置)603
により測定する。Next, the results of experiments on the degassing characteristics of the passivation film will be described. This experiment was conducted, for example, on a pipe having a total length of 2 m and a diameter of 3/8 inch. FIG. 12 shows the configuration of the experimental apparatus. That is, the Ar gas passed through the gas purifier 601 is passed through a SUS pipe 602 serving as a sample at a flow rate of 1.2 l / min, and the amount of water contained in the gas is measured by an APIMS (atmospheric pressure ionization mass analyzer) 603.
Measured by
【0045】図13は、常温で前記パイプ内をバージし
た結果をグラフで示したものである。実験に用いたパイ
プの種類はパイプの内面を電界研磨したもの(以下サン
プルAという)、電界研磨後硝酸による不動態化処理を
行なったもの(以下サンプルBという)、及び酸化処理
により不動態膜を形成したもの(以下サンプルCとい
う)の3種類であり、図13では夫々サンプルA,B,
Cの線で示されている。各パイプは、相対湿度50%、
温度20℃のクリーンルーム内に約1週間放置してお
き、その後本実験を行なうようにする。FIG. 13 is a graph showing the result of barge in the pipe at normal temperature. The types of pipes used in the experiments were those obtained by electropolishing the inner surface of the pipe (hereinafter referred to as sample A), those subjected to passivation treatment with nitric acid after electropolishing (hereinafter referred to as sample B), and those passivated by oxidation treatment. (Hereinafter referred to as sample C). In FIG. 13, samples A, B, and
This is indicated by the line C. Each pipe has a relative humidity of 50%,
This is left in a clean room at a temperature of 20 ° C. for about one week, and then the experiment is performed.
【0046】図13から明らかなように、サンプルAの
場合の電界研磨管、硝酸による不動態化処理をしたサン
プルBの場合の電界研磨管のいずれも多量の水分が検出
されているのが理解できる。約1時間通ガスした後もサ
ンプルAの電界研磨管では68ppb、他方のサンプル
Bの電界研磨管で36ppbもの水分が検出されてお
り、2時間後も水分量はサンプルA、Bの場合の両研磨
菅につきそれぞれ41ppb,27ppbであり、水分
量が減少し難いことが理解できる。これに対し、酸化処
理による不動態膜を用いたサンプルCの研磨菅では、通
ガス後5分後には水分量は7ppbに低下し、15分経
過後はバックグラウンドのレベルが3ppb以下になっ
てしまう。このようにサンプルCの菅は極めて優れた吸
着ガスの離脱特性を有していることが理解できる。As is apparent from FIG. 13, it is understood that a large amount of water was detected in both the electropolishing tube in the case of sample A and the electropolishing tube in the case of sample B which was passivated with nitric acid. it can. Even after passing the gas for about 1 hour, 68 ppb of water was detected in the electropolishing tube of sample A and 36 ppb of water was detected in the electropolishing tube of the other sample B. Even after 2 hours, the water content of both samples A and B was low. It is 41 ppb and 27 ppb for the polishing tube, respectively, and it can be understood that the water content is hardly reduced. On the other hand, in the polishing tube of Sample C using the passivation film formed by the oxidation treatment, the water content was reduced to 7 ppb 5 minutes after passing the gas, and the background level was reduced to 3 ppb or less after 15 minutes. I will. Thus, it can be understood that the sample C tube has extremely excellent adsorption gas desorption characteristics.
【0047】次に、テスト用のパイプ602を電源60
4により通電加熱し、図14に示す昇温タイムチャート
に従ってパイプの温度を変化させる。表1は温度を室温
から120℃まで、120℃から200℃、200℃か
ら300℃と変化させたときに離脱する水分量の平均値
を示すものである。この結果からも明らかなように酸化
処理を施したステンレス表面は他のものにくらべて1桁
程度水分の放出が少ないことが理解できる。このことは
水分の吸着量が少なく、また容易に水分を離脱できるこ
とを意味しており、超高純度ガス供給に最適のものであ
ることを示している。Next, the test pipe 602 is connected to the power supply 60.
Heating is carried out by 4 and the temperature of the pipe is changed in accordance with the temperature rise time chart shown in FIG. Table 1 shows the average amount of water released when the temperature was changed from room temperature to 120 ° C, from 120 ° C to 200 ° C, and from 200 ° C to 300 ° C. As is clear from these results, it can be understood that the surface of the stainless steel subjected to the oxidation treatment releases less water by about one digit than that of the other stainless steel. This means that the amount of adsorbed water is small and that water can be easily desorbed, indicating that it is optimal for supplying ultra-high purity gas.
【0048】以上は酸化による不動態化処理を施したS
USパイプについて説明したが、真空チャンバの内面処
理についても同様の優れた特性が得られる。すなわち、
本装置の真空チャンバ(例えば、101a,104,1
08aなど)では、ベーキング後においては10-11〜
10-12Torrの真空度が実現されており超高真空装
置としても非常に優れた特性を持っていることが理解で
きる。The above description is based on the case where S is subjected to passivation treatment by oxidation.
Although the US pipe has been described, similar excellent characteristics can be obtained for the inner surface treatment of the vacuum chamber. That is,
The vacuum chamber of this apparatus (for example, 101a, 104, 1)
08a), after baking, 10 -11 ~
It can be understood that a degree of vacuum of 10 −12 Torr has been realized, and that the device has extremely excellent characteristics as an ultrahigh vacuum device.
【0049】次に、ステンレス表面を酸化して得られる
酸化被膜について説明する。表2は、SUS316L,
SUS304Lを超高純度酸素で酸化した場合、表面に
形成される酸化膜の膜厚及び屈折率を酸化温度と時間の
関係として示したものである。これにより、酸化膜厚は
時間には依存せず、温度だけで決っていることが理解で
きる。これはSUSの酸化がCabreraとMottのモデルで
説明されるプロセスで進行していることを示唆してい
る。すなわち、温度が一定となるように制御すれば所望
の膜厚まで酸化膜が成長するため、膜厚が均一で、か
つ、ピンホールのない緻密な酸化膜を形成することがで
きる。Next, an oxide film obtained by oxidizing the stainless steel surface will be described. Table 2 shows SUS316L,
In the case where SUS304L is oxidized with ultra-high purity oxygen, the thickness and refractive index of an oxide film formed on the surface are shown as a relationship between the oxidation temperature and time. Thus, it can be understood that the oxide film thickness does not depend on time, but is determined only by the temperature. This suggests that SUS oxidation proceeds in a process described by the Cabrera and Mott model. That is, if the temperature is controlled to be constant, the oxide film grows to a desired thickness, so that a dense oxide film having a uniform thickness and no pinholes can be formed.
【0050】[0050]
【表1】 [Table 1]
【0051】[0051]
【表2】 図15は、SUS316Lを500℃で約1時間酸化し
た後、表面の元素分布をESCA(Electron Spectrosc
opy for Chemical Analysis)で調べた結果を示すグラ
フである。表面付近でFeの濃度が高く、深い部分でC
rの濃度の高くなっていることが分る。[Table 2] FIG. 15 shows that after oxidizing SUS316L at 500 ° C. for about 1 hour, the surface element distribution was measured by ESCA (Electron Spectrosc
4 is a graph showing the results of a study performed using an “opy for Chemical Analysis”. The concentration of Fe is high near the surface, and C
It can be seen that the concentration of r is high.
【0052】このことは表面付近ではFeの酸化物が、
酸化膜とSUS基板との界面近くではCrの酸化物がそ
れぞれ形成された二層構造になっていることを示してい
る。また、ESCAスペクトルのエネルギー分析の結
果、表面付近のFeでは酸化物形成によるケミカルシフ
トがみられ、これが深い部分ではなくなり、またCrは
深い部分でのみ酸化物形成によるケミカルシフトがみら
れることからも確認される。かかる緻密な2層膜の形成
は、本装置が耐腐食性および吸着ガスの離脱特性を有す
ることの一因となると考えられる。なお、ここでは膜厚
として10nm程度のものを用いたが5nm以上であっ
ても同様の効果が得られる。ただし、5nm以下の膜厚
ではピンホールが発生し、耐腐食特性が劣化するので膜
厚は5nm以上とすることが好ましい。This means that the oxide of Fe near the surface is
This indicates that a Cr oxide is formed near the interface between the oxide film and the SUS substrate to form a two-layer structure. In addition, as a result of the energy analysis of the ESCA spectrum, a chemical shift due to oxide formation was observed in Fe near the surface, which disappeared in a deep portion, and a chemical shift due to oxide formation was observed only in Cr in a deep portion. It is confirmed. The formation of such a dense two-layer film is considered to contribute to the fact that the present device has corrosion resistance and adsorption gas desorption characteristics. Although a film having a thickness of about 10 nm is used here, the same effect can be obtained even when the film thickness is 5 nm or more. However, if the film thickness is less than 5 nm, pinholes are generated and the corrosion resistance deteriorates, so the film thickness is preferably 5 nm or more.
【0053】また、緻密な酸化膜を形成するには、SU
S表面の加工時に変質した層を除去し、かつ表面を平坦
にすることが重要である。本実施例では表面粗さとして
Rmaxが0.1〜0.7μmのものを用いているが、実
験の結果、半径5μmの円周内での凸部と凹部の高さの
差の最大値が1μm程度までは、十分良好な不動態膜が
形成されることが分っている。To form a dense oxide film, use SU
It is important to remove the deteriorated layer and flatten the surface when processing the S surface. In this embodiment, a surface roughness Rmax of 0.1 to 0.7 μm is used, but as a result of the experiment, the maximum value of the difference between the heights of the convex portions and the concave portions within the circumference of a radius of 5 μm is obtained. It has been found that up to about 1 μm, a sufficiently good passivation film is formed.
【0054】上述したような不動態化処理を行なうこと
により、超高真空チャンバに対応できるだけでなく、腐
蝕性ガスに対しても十分に耐え得る。このことにより、
例えばチャンバ内のクリーニングのために、チャンバの
温度を上げ塩素系のガスを流すことによって壁面に付着
した反応生成物の堆積物を除去することも可能となる。
チャンバ内面が平坦で緻密な不動態膜が設けられている
ため付着物の付着力がきわめて弱いことも、このガスエ
ッチングを容易にしている。このようなクリーニングが
不要の場合は、例えば、軽量で超高真空に適したアルミ
合金製のチャンバを用いることも有効である。なお、タ
ーゲットの材料も、十分不純物を除去して超高純度にし
た後、真空溶解により酸素などのガス成分を除去してい
る。By performing the above-described passivation treatment, it is possible to cope with an ultra-high vacuum chamber and to sufficiently withstand corrosive gases. This allows
For example, for cleaning the inside of the chamber, it is also possible to remove the deposit of the reaction product attached to the wall surface by increasing the temperature of the chamber and flowing a chlorine-based gas.
Since the inner surface of the chamber is flat and a dense passivation film is provided, the adhesive force of the attached matter is extremely weak, which also facilitates the gas etching. When such cleaning is unnecessary, it is effective to use, for example, a chamber made of an aluminum alloy which is lightweight and suitable for ultra-high vacuum. It should be noted that the target material is also sufficiently purified to have ultra-high purity by removing impurities, and then gas components such as oxygen are removed by vacuum melting.
【0055】次に、図5に示すウエハホルダ107aに
ついて説明する。ホルダ107aの全体はベローズ40
3を介してチャンバ外壁に支持され、また、上下の移動
が可能となっている。シリコンウエハ404を静電チャ
ック電極405上に吸着した状態で上下移動しウエハを
プロセスチャンバ101aへ出し入れする。例えば、ウ
エハをプロセスチャンバに装填する場合には、ウエハホ
ルダ107a全体が上昇し、シール部材(オーリング)
406をチャンバのフランジ面407に圧着させること
によりプロセスチャンバ101aとトランスポートチャ
ンバ104の間の気密シールも同時に行なう構造となっ
ている。ここではシール材としてオーリングを用いる場
合を示したが、脱ガスの少ない金属のシールを用いる方
がより有効である。Next, the wafer holder 107a shown in FIG. 5 will be described. The entirety of the holder 107a is a bellows 40.
It is supported on the outer wall of the chamber via 3 and can move up and down. The silicon wafer 404 is moved up and down with the silicon wafer 404 adsorbed on the electrostatic chuck electrode 405, and the wafer is put in and out of the process chamber 101a. For example, when a wafer is loaded into the process chamber, the entire wafer holder 107a rises and a sealing member (O-ring)
The airtight seal between the process chamber 101a and the transport chamber 104 is formed at the same time by pressing the 406 against the flange surface 407 of the chamber. Although the case where the O-ring is used as the sealing material is shown here, it is more effective to use a metal seal with less degassing.
【0056】この場合、金属のシールは何回もの着脱操
作に対し弾性を保持し、かつ優れたシール性を有するも
のを用いることが好ましい。例えば図16(a),
(b)に示すように、弾性を有するゴム製のオーリング
1001を、弾性の範囲内で(すなわち、塑性変形が生
じない範囲内で)伸縮する例えばAl,Ni,SUS3
16L、Niコートのステンレス等の金属製の板バネ状
のリング1002で挟んだものを用いることが有効であ
る。この場合、シール面は金属表面(この表面はRmax
0.2μm以下の鏡面としておけばリークをより一層低
減させることが可能となる)の接触によって保たれ、シ
ールを保持する圧着力は、前記オーリング1001によ
って供給されるため、優れた気密保持が得られるばかり
でなく、繰り返し使用が可能である。In this case, it is preferable to use a metal seal that retains elasticity for many attachment / detachment operations and has excellent sealing properties. For example, FIG.
As shown in (b), for example, Al, Ni, SUS3 which expands and contracts an elastic O-ring 1001 within a range of elasticity (that is, within a range where plastic deformation does not occur).
It is effective to use a 16L, Ni-coated stainless steel or other metal leaf spring-like ring 1002. In this case, the sealing surface is a metal surface (this surface is Rmax
(If the mirror surface is 0.2 μm or less, the leak can be further reduced.) The contact pressure is maintained by the O-ring 1001, and the excellent airtightness is maintained. Not only can it be obtained, but it can be used repeatedly.
【0057】なお、板バネ状のリング1002の開放部
1003は真空度の低い側に設けることが好ましい。さ
らに、前記オーリング1001には、内部1004と開
放部1003とを連通する切欠を設けておけば内部10
04へのガスの滞留を防止することができるのでより好
ましい。この切欠はリング1002を加圧したとき潰れ
てしまうので、内部1004は封止状態となる。この場
合、リング1002に、内部1004と連通する孔を設
けておいてもよい。The open portion 1003 of the leaf spring-shaped ring 1002 is preferably provided on the side where the degree of vacuum is low. Further, if the O-ring 1001 is provided with a notch for communicating the inside 1004 and the open portion 1003, the inside
This is more preferable because it is possible to prevent the gas from staying in the gas reservoir 04. Since the notch is crushed when the ring 1002 is pressed, the inside 1004 is sealed. In this case, a hole communicating with the inside 1004 may be provided in the ring 1002.
【0058】図16(a),(b)の変形例として図1
6(c),(d)に示すようなものを用いてもよい。図
16(c)に示すものは、2枚の板をその端において溶
接して板バネとし、またフランジ面との当接部を平坦と
したものである。この当接面はRmax0.2μm以下の
鏡面状態とすることが好ましい。さらに、図16(d)
は、板の両端をともに溶接し、板バネ状のリング100
2の内部を密封した例である。この構成では、オーリン
グ1001からの外部へのガス放出が阻止できるためよ
り好ましい。As a modification of FIGS. 16A and 16B, FIG.
6 (c) and 6 (d) may be used. In FIG. 16C, two plates are welded at their ends to form a leaf spring, and a contact portion with a flange surface is flattened. This contact surface is preferably in a mirror state of Rmax 0.2 μm or less. Further, FIG.
Is made by welding both ends of the plate together to form a leaf spring-shaped ring 100.
This is an example in which the inside of No. 2 is sealed. This configuration is more preferable because gas emission from the O-ring 1001 to the outside can be prevented.
【0059】ウエハホルダ107aがトランスポートチ
ャンバ内で待機している状態では、ゲートバルブ105
aによって開口部をシールし、プロセスチャンバとトラ
ンスポートチャンバとの間の気密が保たれる。When the wafer holder 107a is waiting in the transport chamber, the gate valve 105
The opening a is sealed by a, and the airtightness between the process chamber and the transport chamber is maintained.
【0060】この場合のシールは、図5に示すようなオ
ーリング408を用いてもよいが、図16に示すような
メタルリング1002によるシールを用いればさらに有
効である。またその他のシール方法を用いても十分な気
密が保たれるならば問題はない。In this case, the O-ring 408 shown in FIG. 5 may be used for the seal, but a seal using a metal ring 1002 shown in FIG. 16 is more effective. There is no problem even if other sealing methods are used, provided that sufficient airtightness is maintained.
【0061】伸縮性の材料から成るシール部材によって
真空シールを行なう場合、例えば図5においてフランジ
面407とフランジ面406’の相対的な位置関係は、
シール部品406とは無関係に決まる。When vacuum sealing is performed by a sealing member made of an elastic material, for example, in FIG. 5, the relative positional relationship between the flange surface 407 and the flange surface 406 ′ is as follows.
It is determined independently of the seal component 406.
【0062】つまり、前記両フランジ面407,40
6’の相対的な位置関係はシール部品(オーリング)4
06を圧潰する力により決まるものではないので、図8
に拡大して示すように、変形しないストッパ4201を
介在させ、これにより、前記相対位置関係が常に一定と
なるようにする。こうすると、オーリング406は常に
一定の力で圧縮されることになり、安定したシール特性
が得られる。もちろんオーリング406の代わりに図1
6のようなメタルリングを用いる場合も同様である。こ
こで述べたストッパ4201はフランジ面(407ある
いは、406’)の加工の際に直接形成してもよく、あ
るいはリング状のものを後に取り付けてもよい。また高
真空側にデッドゾーンができるのを防ぐために、このス
トッパ4201は、真空度の低い側に臨まされるように
取付ける。That is, the two flange surfaces 407, 40
The relative position of 6 'is a seal part (O-ring) 4
Since it is not determined by the force of crushing 06, FIG.
As shown in an enlarged view, a stopper 4201 that does not deform is interposed, so that the relative positional relationship is always constant. In this case, the O-ring 406 is always compressed with a constant force, and stable sealing characteristics can be obtained. Of course, instead of O-ring 406, FIG.
The same applies when a metal ring such as 6 is used. The stopper 4201 described here may be formed directly at the time of processing the flange surface (407 or 406 '), or a ring-shaped member may be attached later. In order to prevent a dead zone from being formed on the high vacuum side, the stopper 4201 is mounted so as to face the side with a low degree of vacuum.
【0063】さらに、上下動するフランジ面406’に
は、上下方向のガイドを設け、オーリング406を圧縮
する際の横方向のずれを防止する。Further, a vertical guide is provided on the vertically moving flange surface 406 ′ to prevent a lateral displacement when the O-ring 406 is compressed.
【0064】405はウエハ保持用の静電チャック電極
であり、例えば、ステンレス、MoやTiなどの金属か
ら成り、その表面には絶縁性の被膜409が形成されて
いる。この絶縁性被膜409は、例えばAl2O3,Al
Nの膜をプラズマ溶射で電極表面に形成し、さらにその
表面を研摩により平坦化したものである。その被膜の厚
さは例えば10〜100μm程度に形成される。Reference numeral 405 denotes an electrostatic chuck electrode for holding a wafer, which is made of, for example, a metal such as stainless steel, Mo or Ti, and has an insulating film 409 formed on its surface. The insulating film 409 is made of, for example, Al 2 O 3 , Al
An N film is formed on the electrode surface by plasma spraying, and the surface is flattened by polishing. The thickness of the coating is, for example, about 10 to 100 μm.
【0065】このように構成された電極405とウエハ
404との間に例えば数100Vの電位差を与えること
によりウエハは1kg/cm2以上の力でウエハホルダ
上に吸着させることができる。通常、真空中で単にウエ
ハをステージに置いた場合、ウエハとステージとの接触
はいわゆる三点接触となり、十分な面接触がなされない
ので正確なウエハ温度の設定等を行ない難いが、かかる
静電的な吸着手段を用いれば十分な面接触状態でかつ強
力な力でウエハがステージに吸着されるためウエハの温
度コントロール等が極めて精度良く行なえる。ウエハに
は金属電極410を介し電位が与えられるが、ウエハは
金属電極410及び電極405のいずれからも絶縁さ
れ、系外の電源に接続されている。By applying a potential difference of, for example, several hundred volts between the electrode 405 and the wafer 404 configured as described above, the wafer can be attracted to the wafer holder with a force of 1 kg / cm 2 or more. Normally, when a wafer is simply placed on a stage in a vacuum, the contact between the wafer and the stage becomes a so-called three-point contact, and sufficient surface contact is not made. If a suitable suction means is used, the wafer is suctioned to the stage in a sufficient surface contact state and with a strong force, so that the temperature control of the wafer can be performed extremely accurately. Although a potential is applied to the wafer via the metal electrode 410, the wafer is insulated from both the metal electrode 410 and the electrode 405 and connected to a power supply outside the system.
【0066】図5では、ウエハの電位はウエハ中心部よ
り電極410を介して印加される構成となっているが、
ウエハの周辺部から印加する構成にしてもよい。周辺部
から印加する場合の方が、ウエハの温度コントロールに
際し、図5のようにウエハホルダの真中に穴の開いてい
る場合に比べて面内の均一性が実現し易いというメリッ
トがある。また電極405全体は、絶縁碍子411を介
しチャンバからは電気的に絶縁されている。さらに電極
405には導入電極412を介して外部から周波数fW
の高周波電力が供給されている。In FIG. 5, the potential of the wafer is applied from the center of the wafer via the electrode 410.
The configuration may be such that the voltage is applied from the peripheral portion of the wafer. In the case where the voltage is applied from the peripheral portion, there is an advantage that in-plane uniformity is more easily achieved in controlling the temperature of the wafer than in the case where a hole is opened in the center of the wafer holder as shown in FIG. The entire electrode 405 is electrically insulated from the chamber via the insulator 411. Frequency f W from the outside via the introduction electrode 412 further electrode 405
Of high frequency power is supplied.
【0067】図6は電極405、ウエハ404と外部電
源との接続関係の一例を示している。なお、図6におい
て図5と同一の構成部分については同一の符合を付して
いる。4101は静電チャック用の直流電源であり、高
周波を遮断し直流電位のみを供給する高周波フィルタ4
102を介して静電チャック電極405とウエハ404
の間に直流の電位差VCを与えている。また4103は
周波数fWが例えば100MHzのRF電源であり、整
合回路4101、ブロッキングコンデンサ4105を介
して導入電極412によりウエハに高周波電力が供給さ
れている。この高周波電源4103の出力を例えば数W
〜数10Wの範囲で変化させることによりウエハ404
の直流電位を所定の値に設定できるようになっている。
あるいは整合回路4104の整合条件を変化させること
によってもウエハの直流電位を変化させることができ
る。FIG. 6 shows an example of the connection relationship between the electrode 405, the wafer 404, and an external power supply. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. Reference numeral 4101 denotes a DC power supply for the electrostatic chuck, which is a high-frequency filter 4 that cuts off high frequency and supplies only DC potential.
The electrostatic chuck electrode 405 and the wafer 404 via the
, A DC potential difference V C is applied. The 4103 is a RF power of the frequency f W, for example 100 MHz, a high frequency wafer power is supplied by the input electrode 412 via a matching circuit 4101, a blocking capacitor 4105. The output of the high-frequency power supply 4103 is, for example, several W
The wafer 404 is changed in the range of
Can be set to a predetermined value.
Alternatively, the DC potential of the wafer can be changed by changing the matching condition of matching circuit 4104.
【0068】ウエハの表面が例えばSiO2のような絶
縁膜で覆われている場合、その表面の直流電位はウエハ
の電位とほぼ同じとなる。これは、SiO2膜により形
成されるコンデンサ容量は、ブロッキングコンデンサ4
105に比べて極めて大きいことから、高周波による自
己バイアスは、ほとんどこのコンデンサ両端に現われる
ためである。When the surface of the wafer is covered with an insulating film such as SiO 2 , the DC potential on the surface is substantially the same as the potential of the wafer. This is because the capacitance of the capacitor formed by the SiO 2 film is
This is because the self-bias due to the high frequency almost appears at both ends of the capacitor because it is much larger than that of the capacitor 105.
【0069】従って、ウエハの電位を高周波フィルタを
介して電圧計でモニタし、これをRF電源のコントロー
ラ、あるいは整合回路のコントローラにフィードバック
することによりウエハ表面の直流電位を一定の値に正確
にコントロールすることができる。このように設定した
ウエハの電位により、プラズマからウエハ表面に入射す
るイオンのエネルギーを所望の値に正確にコントロール
することができるのである。一方、ターゲットには異な
る周波数fT(例えば13.56MHz)の高周波が与
えられているためターゲットホルダ電極401とウエハ
ホルダ電極405との容量結合により、ウエハが周波数
fTによって振られることになる。Therefore, the potential of the wafer is monitored by a voltmeter through a high-frequency filter, and this is fed back to the controller of the RF power supply or the controller of the matching circuit, so that the DC potential on the wafer surface can be accurately controlled to a constant value. can do. The energy of ions entering the wafer surface from the plasma can be accurately controlled to a desired value by the thus set wafer potential. On the other hand, since a high frequency of a different frequency f T (for example, 13.56 MHz) is given to the target, the wafer is swung at the frequency f T by capacitive coupling between the target holder electrode 401 and the wafer holder electrode 405.
【0070】回路4106は周波数fWに対しては充分
高いインピーダンスを保ち、周波数fTの高周波を短絡
する回路であり、これによってウエハの直流電位は、ウ
エハホルダに加えられる周波数fWの高周波のみによっ
てコントロールされるようになる。この回路は、例えば
LとCの並列共振回路を用い、 2πfW=1/(LC)1/2 としておくとfWの高周波に対してのみ開放となるが、
それ以外の周波数に対してはCを充分大きくとっておく
と短絡となり所望の機能を有することができる。ウエハ
ホルダ405にはある程度の直流電位が生じなければな
らないので、上記LC並列回路には充分大きな容量を有
するコンデンサを直列に接続する。The circuit 4106 is a circuit that maintains a sufficiently high impedance with respect to the frequency f W and short-circuits the high frequency of the frequency f T , whereby the DC potential of the wafer is controlled only by the high frequency of the frequency f W applied to the wafer holder. Be controlled. This circuit uses, for example, a parallel resonance circuit of L and C, and if 2πf W = 1 / (LC) 1/2 , it is open only to the high frequency of f W ,
If C is set sufficiently large for other frequencies, a short circuit occurs and a desired function can be obtained. Since a certain DC potential must be generated in the wafer holder 405, a capacitor having a sufficiently large capacity is connected in series to the LC parallel circuit.
【0071】ウエハ表面に導電性薄膜が形成され、かつ
その薄膜がウエハと電気的につながっている場合には、
ウエハの電位を直接直流電源でコントロールしてもよ
い。このような場合には、例えばスイッチ4107を入
れ直流電源4108によってウエハの電位、すなわち、
ウエハ表面の電位をコントロールすることができる。When a conductive thin film is formed on the wafer surface and the thin film is electrically connected to the wafer,
The potential of the wafer may be directly controlled by a DC power supply. In such a case, for example, the switch 4107 is turned on, and the potential of the wafer is
The potential on the wafer surface can be controlled.
【0072】図5において413はヒータであり、電流
を流すことにより、ウエハホルダの電極405を所定の
温度に加熱するために用いられる。この場合、ウエハ4
04は電極405に静電チャックにより強力な力で吸着
しているため、電極と同じ温度に、均一に加熱すること
ができウエハ温度を正確にコントロールすることができ
る。また、414はファイバ温度計であり、黒体輻射の
発光を光ファイバで引き出して温度を計測するものであ
り、RF等のノイズに全く左右されないで正確に温度測
定を行なうことができる。この測定結果をヒータのコン
トローラにフィードバックすることにより正確な温度制
御が行なえる。In FIG. 5, reference numeral 413 denotes a heater, which is used to heat the electrode 405 of the wafer holder to a predetermined temperature by flowing a current. In this case, the wafer 4
Since the electrode 04 is attracted to the electrode 405 with a strong force by an electrostatic chuck, it can be uniformly heated to the same temperature as the electrode, and the wafer temperature can be accurately controlled. Reference numeral 414 denotes a fiber thermometer that measures the temperature by extracting light emitted from blackbody radiation through an optical fiber, and can accurately measure the temperature without being affected by noise such as RF. By feeding back the measurement result to the heater controller, accurate temperature control can be performed.
【0073】ここではヒータを用いる加熱方式について
のみ説明したが、例えば多数のプラズマトーチにより放
電加熱を行ない、各々の放電電流をコントロールするこ
とによりさらに精密な温度分布の制御を行なってもよ
い。Although only a heating method using a heater has been described here, discharge heating may be performed by, for example, a large number of plasma torches, and more precise control of the temperature distribution may be performed by controlling each discharge current.
【0074】本装置の場合、プロセスチャンバ102a
等内には、ウエハの搬送機構をはじめ、ウエハの加熱機
構等、汚染源と考えられるものの侵入を阻止し得るよう
にしている。これにより、プロセスチャンバ101a等
の内部を高清浄に保ち、高品質な薄膜形成を可能にして
いる。さらに、加熱機構は、真空系から切り離されてお
り、かつ、大気中あるいは常圧状態におかれているの
で、汚染発生の心配がないばかりか被加熱物の均一な加
熱を容易にしてしる。In the case of this apparatus, the process chamber 102a
It is possible to prevent intrusion of what is considered to be a contamination source, such as a wafer transfer mechanism, a wafer heating mechanism, and the like, into the inside. Accordingly, the inside of the process chamber 101a and the like is kept highly clean, and a high-quality thin film can be formed. Furthermore, since the heating mechanism is separated from the vacuum system and is kept in the atmosphere or at normal pressure, there is no need to worry about the occurrence of contamination, and it also facilitates uniform heating of the object to be heated. .
【0075】次に、図5に基づきターゲットホルダ電極
401について説明する。415はホルダ電極であり、
ステンレス、TiあるいはMo等の金属から成りその表
面は例えばAl2O3,AlNやSiO2等の絶縁薄膜で
覆われている。金属ターゲット109aは、電極416
を介して裏面から電位が与えられ、ホルダ電極415と
の間に生じた電位差による静電吸着により、保持されて
いる。420は絶縁物から成るベローズでありホルダ電
極415をチャンバ101aから電気的に絶縁してい
る。Next, the target holder electrode 401 will be described with reference to FIG. 415 is a holder electrode,
It is made of a metal such as stainless steel, Ti or Mo, and its surface is covered with an insulating thin film such as Al 2 O 3 , AlN or SiO 2 . The metal target 109a is
A potential is applied from the back surface via the, and is held by electrostatic attraction due to a potential difference generated between the holder electrode 415 and the holder electrode 415. A bellows 420 made of an insulating material electrically insulates the holder electrode 415 from the chamber 101a.
【0076】その他ターゲットホルダ電極401の機構
は、上述したウエハホルダ107aの場合と同様であり
重複した説明を省略する。417はマグネトロン放電の
ための磁石であり、418はターゲット冷却のための冷
媒を流すパイプである。また、419はターゲットホル
ダ電極401がスパッタされるのを防ぐためのグラウン
ド・シールドである。なお、このグラウンド・シールド
はターゲット109aの径がホルダ電極415の径より
も大きいときには省略できる。このグラウンド・シール
ド419はウエハホルダ107aの説明の際には触れな
かったが、ウエハホルダ107aについても同様に適用
し得るものである。また、このターゲットホルダ電極4
01もウエハホルダ107aと同様に前記ベローズ42
0により上下に移動させることができる。The other mechanism of the target holder electrode 401 is the same as that of the above-described wafer holder 107a, and a duplicate description will be omitted. 417 is a magnet for magnetron discharge, and 418 is a pipe for flowing a coolant for cooling the target. Reference numeral 419 denotes a ground shield for preventing the target holder electrode 401 from being sputtered. The ground shield can be omitted when the diameter of the target 109a is larger than the diameter of the holder electrode 415. Although this ground shield 419 was not mentioned in the description of the wafer holder 107a, it can be similarly applied to the wafer holder 107a. Also, this target holder electrode 4
01 is the same as the wafer holder 107a.
0 can be moved up and down.
【0077】ターゲット交換の際には、ターゲットホル
ダ電極401全体がベローズ420を収縮させながら上
昇し、ウエハホルダ107aの場合と同様にゲートバル
ブ(図示せず)が開口部を閉じるようになっている。そ
して、ターゲット109aは例えば図17に示すような
機構によって交換される。When the target is replaced, the entire target holder electrode 401 rises while contracting the bellows 420, and a gate valve (not shown) closes the opening as in the case of the wafer holder 107a. Then, the target 109a is exchanged by a mechanism as shown in FIG. 17, for example.
【0078】図17(a)は、例えば3つのターゲット
1101,1102,1103を保持する円板状のター
ゲットストッカ1105を示すものであり、一部に切り
欠き部1104を有している。FIG. 17A shows a disk-shaped target stocker 1105 for holding, for example, three targets 1101, 1102, and 1103. The target stocker 1105 has a cutout 1104 in a part thereof.
【0079】図17(b)は図17(a)のX−X’線
に沿う断面を示しており、ターゲットホルダ電極401
に、ターゲットストッカ1105上の例えばターゲット
1102を装着する場合には、ターゲットストッカ11
05を回転軸1106のまわりに回転させ、ホルダ電極
415の直下にターゲット1102を移動させる。次い
で、ホルダ電極415を下降させ、ターゲットホルダ電
極401にターゲット1102を静電吸着させる。この
場合、ホルダ電極415は上下方向にのみ動かし得るの
で、ホルダ電極415の下面とターゲット1102の上
面を正確に一致させるためには、例えば板バネ1107
をターゲットストッカ1105上に形成された凹溝に配
置し、ターゲットホルダ電極401のターゲット110
2への押圧力によってターゲット1102の上面110
2’がターゲットホルダ電極401の下面と均一に面接
触させる。FIG. 17B shows a cross section taken along line XX ′ of FIG.
For example, when the target 1102 on the target stocker 1105 is mounted, the target stocker 11
05 is rotated around a rotation axis 1106 to move the target 1102 directly below the holder electrode 415. Next, the holder electrode 415 is lowered, and the target 1102 is electrostatically attracted to the target holder electrode 401. In this case, since the holder electrode 415 can be moved only in the vertical direction, in order to accurately match the lower surface of the holder electrode 415 with the upper surface of the target 1102, for example, a leaf spring 1107
Is arranged in a concave groove formed on the target stocker 1105, and the target 110 of the target holder electrode 401 is
2, the upper surface 110 of the target 1102
2 ′ makes uniform surface contact with the lower surface of the target holder electrode 401.
【0080】板バネ1107とターゲット1102面と
が接触し、その摺接に基づくパーティクルの発生や、タ
ーゲット1102の面の汚染が問題となる場合には図1
7(d)に示すような対策を施す。すなわち、ターゲッ
トストッカ1105の凹溝内に上下方向に伸縮するコイ
ルスプリング1190を介して、例えば、非金属材料か
ら成る受け台1191を設け、該受け台1191上にタ
ーゲット1102を載置する。In the case where the leaf spring 1107 comes into contact with the surface of the target 1102 and particles are generated due to the sliding contact and contamination of the surface of the target 1102 becomes a problem, FIG.
Take measures as shown in FIG. 7 (d). That is, a pedestal 1191 made of, for example, a non-metallic material is provided in the concave groove of the target stocker 1105 via a coil spring 1190 that expands and contracts in the vertical direction, and the target 1102 is placed on the pedestal 1191.
【0081】ターゲット1102を吸着したホルダ電極
415は再び上昇させ、次いで切り欠き部1104がホ
ルダ電極415の直下に位置するように、ターゲットス
トッカ1105を回転させる。これによりホルダ電極4
15は前記切り欠き部1104を介して下方に移動可能
となり、プロセスチャンバ101a内にターゲット10
9aが臨まされ、図5のような配置となる。The holder electrode 415 that has absorbed the target 1102 is raised again, and then the target stocker 1105 is rotated so that the cutout 1104 is located immediately below the holder electrode 415. Thereby, the holder electrode 4
15 is movable downward through the notch 1104, and the target 10 is placed in the process chamber 101a.
9a is faced and the arrangement is as shown in FIG.
【0082】かかるターゲットのロードロック交換機構
は、図5に示した金属薄膜用スパッタチャンバ以外にも
同様に用いられることは言うまでもない。Needless to say, such a target load lock exchange mechanism can be used in a manner other than the metal thin film sputtering chamber shown in FIG.
【0083】なお、ターゲット1103が、例えば絶縁
物である場合は、図17(c)に示すように、その裏面
に金属などの導電性材料1108を貼付すればよい。こ
の導電性材料としては、金属板あるいはスパッタリング
にて形成された金属薄膜でもよい。When the target 1103 is, for example, an insulator, a conductive material 1108 such as a metal may be attached to the back surface as shown in FIG. The conductive material may be a metal plate or a metal thin film formed by sputtering.
【0084】また、ターゲットストッカは、円板状であ
る必要はなく、長板状のものでもよく、この長板状にし
た場合、板面上に板の長手方向にターゲットを配置し、
左右、前後等にスライドさせ得る構成でもよい。またタ
ーゲットストッカは、図1の各プロセスチャンバ(10
1a〜101d)の各々に対し別個に設けてもよいし、
あるいはターゲットチャンバ108a〜108dをすべ
て1つの共通のチャンバとし、共通のストッカを設けて
もよい。また、ターゲットストッカにおけるターゲット
の保持は、図17に示すように単に自重で載置させて保
持する手法を採用する以外に、静電チャックや機械的な
保持手段を採用してもよい。後者の保持手法を採用する
場合は特に、例えば、図3(a)のようなターゲット1
09aとウエハ106aの上下位置関係にすることが適
している。The target stocker does not need to be in the shape of a disk, but may be in the shape of a long plate. In the case of this long plate, the target is arranged on the plate surface in the longitudinal direction of the plate, and
A configuration that can be slid left and right, back and forth, and the like may be used. The target stocker is provided in each of the process chambers (10
1a to 101d) may be separately provided,
Alternatively, the target chambers 108a to 108d may all be one common chamber, and a common stocker may be provided. In addition to holding the target in the target stocker by simply placing it by its own weight as shown in FIG. 17, an electrostatic chuck or mechanical holding means may be used. In particular, when the latter holding method is adopted, for example, the target 1 shown in FIG.
It is appropriate to set the vertical position of the wafer 09a and the wafer 106a.
【0085】ターゲット1012は、スパッタ中の温度
が急激に上昇するため、図5に示すように冷却パイプ4
18によりターゲットホルダ電極401の裏側から強制
冷却している。Since the temperature during the sputtering rises sharply, the target 1012 has a cooling pipe 4 as shown in FIG.
18 forcibly cools from the back side of the target holder electrode 401.
【0086】図6において、静電チャックの電極415
とターゲット109aの電位差は、高周波フィルタ41
02を介して接続された直流電源4109により与えら
れている。ターゲット109aの電位は電極4110で
直接供給されており、図6では中心部においてコンタク
トをとっているが、これは例えばターゲット109aの
周辺部からとってもよい。電源4109は、停電等の際
にターゲット109aの落下を防止するためにバッテリ
ーをバックアップに用いる等の方法を採用するのがよ
い。ターゲット109aの直流電位はRF電源4113
によって発生する自己バイアスを用いてもよいが、ター
ゲット109aが金属材料の場合は、例えばスイッチ4
111を閉じて直流電源4112を接続し、これにより
電位を制御することも有効である。4116は回路41
06と同様の機能をもつ回路であり、RF電源4113
の周波数fTに対してのみ開放となり、その他の周波数
に対してはほとんど接地となる回路であるが、直流的に
は開放されたものである。In FIG. 6, an electrode 415 of the electrostatic chuck is shown.
The potential difference between the high frequency filter 41
The power supply is provided by a DC power supply 4109 connected through the power supply circuit 02. Although the potential of the target 109a is directly supplied by the electrode 4110 and a contact is made at the center in FIG. 6, it may be taken from the periphery of the target 109a, for example. The power supply 4109 preferably employs a method such as using a battery as a backup in order to prevent the target 109a from dropping in the event of a power failure or the like. The DC potential of the target 109a is
However, when the target 109a is made of a metal material, for example, the switch 4 may be used.
It is also effective to close the 111 and connect the DC power supply 4112, thereby controlling the potential. 4116 is a circuit 41
06 is a circuit having the same function as that of the RF power supply 4113.
The circuit is open only for the frequency f T of this example , and is almost grounded for other frequencies, but is open for DC.
【0087】ウエハの電位を制御するための高周波電源
(出力周波数fW)の電力は通常は小さく、回路411
6は必ずしも設けなくてもよい。通常、電源4113は
例えば出力周波数13.56MHzを発生する高周波電
源であるがウエハに接続されるRF電源4103の出力
周波数に比べ周波数の低いものを用いるのがよい。これ
は、ウエハに比ベターゲット109aに大きな自己バイ
アスを生じさせ、大きなスパッタ速度を得るためであ
る。ただし直流電源4112によりターゲット電位を制
御する場合は周波数の大小関係を逆にする場合がある。The power of the high-frequency power supply (output frequency f W ) for controlling the potential of the wafer is usually small, and the circuit 411
6 need not always be provided. Usually, the power supply 4113 is, for example, a high-frequency power supply generating an output frequency of 13.56 MHz, but it is preferable to use a power supply having a lower frequency than the output frequency of the RF power supply 4103 connected to the wafer. This is to generate a large self-bias on the target 109a compared to the wafer and to obtain a large sputtering rate. However, when the target potential is controlled by the DC power supply 4112, the magnitude relationship between the frequencies may be reversed.
【0088】図18は、14MHz,40MHz,10
0MHzの3つの異なる周波数に対するターゲットの電
流電圧特性を示したもので、図6でスイッチ4111を
閉とし電圧VTの関数として直流電源4112に流れる
電流値をプロットした実験データである。図18で電流
値が0となる点(横軸との交点)が自己バイアス値、つ
まりスイッチ4111を開放したときに現われるターゲ
ットの電位に相当している。また、図18から明らかな
ように周波数を大きくすることにより自己バイアス値は
小さくなっているのが分る。FIG. 18 shows 14 MHz, 40 MHz, and 10 MHz.
Shows the current-voltage characteristics of the target for three different frequencies of 0 MHz, the experimental data the switch 4111 by plotting the value of the current flowing through the DC power supply 4112 as a function of the closed voltage V T in FIG. In FIG. 18, the point where the current value becomes 0 (intersection with the horizontal axis) corresponds to the self-bias value, that is, the potential of the target that appears when the switch 4111 is opened. Also, as is clear from FIG. 18, the self-bias value is reduced by increasing the frequency.
【0089】従って、本実施例の装置ではターゲット側
に低い周波数(fT)のRF電源を用いてスパッタ速度
を大きくし、ウエハ側には高い周波数(fW)のRFを
用いてウエハのバイアスを小さくし、ウエハ基板へのダ
メージを小さくするとともに成膜する薄膜の膜質をコン
トロールできるようにしている。実際の薄膜の膜質のコ
ントロールについては後で述べる。本実施例ではfT=
13.56MHz,fW=100MHzとしたが、これ
は一例であるので、他の周波数の組合せを用いてもかま
わない。Therefore, in the apparatus of this embodiment, the sputtering speed is increased by using a low-frequency (f T ) RF power source on the target side, and the wafer bias is increased by using the high-frequency (f W ) RF on the wafer side. To reduce the damage to the wafer substrate and to control the quality of the thin film to be formed. The control of the film quality of the actual thin film will be described later. In this embodiment, f T =
13.56 MHz, but the f W = 100 MHz, which is because it is an example, may be a combination of other frequencies.
【0090】また、静電チャック式のターゲットホルダ
として図7に示すものを用いてもよい。すなわち、図7
の構成では、RF電力は、薄い絶縁膜409を挟んで容
量結合でターゲットホルダ電極415に入力される一
方、直流電源4109は高周波フィルタ4102を介し
て単独でターゲットホルダ電極415に入力される。こ
のような吸着手段を用いれば回路4116に用いるコン
デンサに大きな直流電圧がかかることを防止することが
でき信頼性が向上する。なお、前述のウエハホルダにつ
いても同様の構成にすることができる。Further, an electrostatic chuck type target holder shown in FIG. 7 may be used. That is, FIG.
In the configuration of, the RF power is input to the target holder electrode 415 by capacitive coupling with the thin insulating film 409 interposed therebetween, while the DC power supply 4109 is input alone to the target holder electrode 415 via the high frequency filter 4102. If such a suction means is used, it is possible to prevent a large DC voltage from being applied to the capacitor used for the circuit 4116, and the reliability is improved. The same configuration can be applied to the above-described wafer holder.
【0091】以上の説明では、直流電源によりターゲッ
トあるいはウエハの電位を制御する場合について述べた
が、直流電源によらずに制御を行う場合を図9(a)に
基づいて説明する。In the above description, the case where the potential of the target or the wafer is controlled by the DC power supply has been described. However, the case where the control is performed without using the DC power supply will be described with reference to FIG.
【0092】図9(a)に示す場合は、 2πfW=1/(L1C1)1/2 2πfT=1/(L2C2)1/2 の条件を満たすようにLC回路を設けておき、ウエハ側
からみた周波数fWに対するインピーダンスを0、すな
わち周波数fWに対しては短絡とする一方、ターゲット
側からみた周波数fTに対するインピーダンスを0、す
なわち周波数fTに対しては短絡とする。従って、例え
ば、周波数fTを13.56MHzに選ぶと、周波数1
3.56MHzがウエハに重畳することを防止すること
ができ、ウエハをたたくイオンのエネルギーを正確に制
御することができるようになる。なお、LC回路は図9
(b)に示すように対称的に設けることが好ましい。In the case shown in FIG. 9A, the LC circuit is set so as to satisfy the condition of 2πf W = 1 / (L 1 C 1 ) 1/2 2πf T = 1 / (L 2 C 2 ) 1/2 The impedance for the frequency f W viewed from the wafer side is 0, that is, short-circuited for the frequency f W , while the impedance for the frequency f T viewed from the target side is 0, ie, short-circuited for the frequency f T. And Therefore, for example, if the frequency f T is selected to be 13.56 MHz, the frequency 1
It is possible to prevent 3.56 MHz from being superimposed on the wafer, and to accurately control the energy of ions hitting the wafer. The LC circuit is shown in FIG.
It is preferable to provide them symmetrically as shown in FIG.
【0093】次に、ターゲットの保持の他の手段として
磁気力により吸着を行う手法について図19を参照しな
がら説明する。Next, as another means for holding the target, a method for performing suction by magnetic force will be described with reference to FIG.
【0094】図19(a)に示すように、1301はタ
ーゲットであり、その裏面には、例えば鉄、ニッケル、
クロム等から成る薄板1302が貼り付けてある。13
03は磁石であり、この磁気力により薄板1302を吸
引し、これによりターゲット1301をターゲットホル
ダ1304に吸着させる。ターゲット1301と薄板1
302は例えば薄板の裏面からネジ止めしてもよい。こ
うすればターゲット表面からネジ材が突出することがな
いのでチャンバ101a内の汚染の問題を回避できる。
さらに、磁石1303はマグネトロン放電のための磁石
417(図5参照)を兼ねてもよい。該磁石は永久磁石
でもよいが、ターゲット1301の着脱を容易にするた
め電磁石とし、励磁電流をオン・オフすることによりタ
ーゲットの着脱を遠隔操作的に行なってもよい。As shown in FIG. 19A, reference numeral 1301 denotes a target, on its back surface, for example, iron, nickel,
A thin plate 1302 made of chrome or the like is attached. 13
Reference numeral 03 denotes a magnet, which attracts the thin plate 1302 by this magnetic force, and thereby causes the target 1301 to be attracted to the target holder 1304. Target 1301 and thin plate 1
302 may be screwed from the back of the thin plate, for example. In this case, since the screw material does not protrude from the target surface, the problem of contamination in the chamber 101a can be avoided.
Further, the magnet 1303 may also serve as the magnet 417 (see FIG. 5) for magnetron discharge. The magnet may be a permanent magnet, but may be an electromagnet for facilitating attachment / detachment of the target 1301, and the target may be attached / detached remotely by turning on / off the excitation current.
【0095】他方、図19(b)に示したように、ター
ゲット1301の裏面に薄板1302を取付けるかわり
に、例えば永久磁石1305を直接取付け、これとホル
ダ1304の裏面におかれた磁石1303との間の磁気
力により吸着してもよい。上記スパッタチャンバ内にお
いて、例えばターゲットのシャッタ等の機構も設けるこ
とも考えられるが、かかる機構は本装置では必須のもの
ではない。すなわち、装置全体が超高真空状態に対応で
きるようになっており、かつ、超高純度ガスを用いてい
るため頻繁にターゲット表面のクリーニングを施す必要
がない。On the other hand, as shown in FIG. 19B, instead of attaching the thin plate 1302 to the back surface of the target 1301, for example, a permanent magnet 1305 is directly attached, and the permanent magnet 1305 is attached to the permanent magnet 1305 on the back surface of the holder 1304. Adsorption may be performed by magnetic force between them. A mechanism such as a shutter for the target may be provided in the sputtering chamber, but such a mechanism is not essential in the present apparatus. That is, since the entire apparatus can cope with an ultra-high vacuum state, and since an ultra-high purity gas is used, it is not necessary to frequently clean the target surface.
【0096】上記機構を必要とする場合は、ゲートバル
ブ105aを閉じた状態で行なえばよい。また表面の汚
染層は、極めて微量の水分吸着層であるから、RF電源
4113の出力を充分小さくし、ターゲット109aの
スパッタリングの閾値以下のバイアス値で表面のスパッ
タをすればよく、こうすればターゲットの材料が不必要
にチャンバ内表面に堆積することがない。When the above-described mechanism is required, the operation may be performed with the gate valve 105a closed. Further, since the surface contaminant layer is an extremely small amount of moisture adsorption layer, the output of the RF power supply 4113 may be sufficiently reduced and the surface may be sputtered with a bias value equal to or lower than the sputtering threshold of the target 109a. Material is not unnecessarily deposited on the inner surface of the chamber.
【0097】次に、クリーニングチャンバ101cの構
成について詳しく説明する。基本的な構造は、金属薄膜
形成用チャンバ101aと同じであるので図5、図6を
用いて説明する。Next, the configuration of the cleaning chamber 101c will be described in detail. Since the basic structure is the same as that of the metal thin film forming chamber 101a, it will be described with reference to FIGS.
【0098】この場合、例えば、ターゲット109aの
材料は、Al2O3,SiO2,Si3N4,AlNなどス
パッタリングの生じる閾値が比較的大きなものを用い
る。また、ターゲット109aに加えるRF電源411
3の周波数は金属薄膜用に用いる13.56MHzより
も大きな値、例えば100MHzを用いてもよい。この
場合、自己バイアス値を10〜20V程度とし、また高
密度なプラズマを発生させるためにはさらに高い周波
数、例えば200MHzあるいはそれ以上の周波数を用
いる。ウエハの電位を精密に制御するためには、ターゲ
ット側に入る高周波で、ウエハサセプタ電位が影響を受
けないように手段を講じておく。すなわち、周波数fT
とfWとは整数倍の関係とならないようにする。In this case, for example, as the material of the target 109a, a material such as Al 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , AlN, which has a relatively large threshold value at which sputtering occurs, is used. Further, an RF power supply 411 applied to the target 109a
The frequency of 3 may be larger than 13.56 MHz used for the metal thin film, for example, 100 MHz. In this case, the self-bias value is set to about 10 to 20 V, and a higher frequency, for example, 200 MHz or higher is used to generate high-density plasma. In order to precisely control the potential of the wafer, a measure is taken so that the potential of the wafer susceptor is not affected by the high frequency entering the target side. That is, the frequency f T
And f W are set so as not to be an integral multiple.
【0099】従って、fT=100MHzなら例えばfW
=210MHzとする。こうすればターゲット109a
を一切スパッタリングすることなく高密度のArイオン
を生成することができる。こうして得られたArイオン
はウエハホルダ405上に置かれたウエハ404表面に
照射される。このArイオンの照射エネルギーは、RF
電源4103によりウエハに発生した自己バイアスで決
まる。クリーニングはシリコンやその他の材料表面に形
成された、極めて薄い自然酸化膜層や吸着分子層、特に
水分の吸着分子層が主であるので数eVから高々30e
V程度の運動エネルギーのAr粒子を照射する。Therefore, if f T = 100 MHz, for example, f W
= 210 MHz. In this case, the target 109a
High density Ar ions without sputtering. The Ar ions thus obtained are irradiated on the surface of the wafer 404 placed on the wafer holder 405. The irradiation energy of this Ar ion is RF
It is determined by the self-bias generated on the wafer by the power supply 4103. Cleaning is mainly performed on an extremely thin natural oxide film layer or an adsorbed molecular layer, particularly a water adsorbed molecular layer formed on the surface of silicon or other materials, and is several eV to 30 e at most.
An Ar particle having a kinetic energy of about V is irradiated.
【0100】従って、ウエハに発生する自己バイアス値
を数Vから30V程度にするようにRF電源4103や
整合回路4104を調節する必要がある。このような比
較的小さな自己バイアス値を制御性よく発生させるに
は、RF電源4103の周波数は大きな値、例えば10
0MHzを用いればよい。もちろん200MHzやそれ
以上のものを用いてもよいが、ターゲットの周波数fT
とは異なる値を用い、ターゲットとウエハ間に干渉が生
じないようにする。つまりターゲットとウエハの直流電
位がそれぞれ独立に最適の値にコントロールできるよう
にする。Therefore, it is necessary to adjust the RF power supply 4103 and the matching circuit 4104 so that the self-bias value generated on the wafer is about several volts to about 30 volts. In order to generate such a relatively small self-bias value with good controllability, the frequency of the RF power supply 4103 is set to a large value, for example, 10
0 MHz may be used. Of course, a frequency of 200 MHz or higher may be used, but the target frequency f T
A different value is used to prevent interference between the target and the wafer. That is, the DC potentials of the target and the wafer can be independently controlled to optimal values.
【0101】ターゲット109aの材料としては、絶縁
物である場合についてのみ述べたが、例えばSi等の導
電性を持った材料であってもセルフバイアスの値がスパ
ッタリングの生じない充分低い値に設定することができ
るものであればよい。ターゲット109aと頻繁に交換
する必要がない場合にはターゲットのロードロック交換
機構は必ずしも装備しなくてもよい。Although the description has been given only of the case where the material of the target 109a is an insulator, the self-bias value is set to a sufficiently low value that does not cause sputtering even if the material has conductivity such as Si. Anything that can do it is acceptable. When it is not necessary to frequently exchange the target with the target 109a, the target load lock exchange mechanism may not be necessarily provided.
【0102】使用するガスはArでもよいが、H2,H
e等のガスを用いてもよい。特にArガスをベースとし
てH2を添加したガスを用いてクリーニングを行なう
と、Arイオンの照射によって水分の吸着分子層を除去
するとともに、Si表面に吸着している炭素原子もHイ
オンにて有効に除去することができる。ガス中にわずか
でもH2OやO2等の不純物分子が混入していると、逆に
表面を汚染させる結果となるので超高純度ガス供給系5
04(図10参照)を用いる。なお、例えば用いるガス
系が充分配慮されたものではなく、微量のH2OやO2等
の不純物分子を含んでいる場合には、Arガスに例えば
1〜30%のH2を添加することが有効である。プラズ
マ雰囲気中で生成した酸素のラジカルは試料表面と反応
する前にHと結合するからである。The gas used may be Ar, but H 2 , H
A gas such as e may be used. In particular, when cleaning is performed using a gas to which H 2 is added based on Ar gas, the molecular layer of water adsorbed is removed by irradiating Ar ions, and the carbon atoms adsorbed on the Si surface are also effective with H ions. Can be removed. Even if a slight amount of impurity molecules such as H 2 O and O 2 are mixed in the gas, the surface will be contaminated.
04 (see FIG. 10). For example, when the gas system to be used is not sufficiently considered and contains a small amount of impurity molecules such as H 2 O and O 2 , for example, 1 to 30% of H 2 is added to Ar gas. Is valid. This is because oxygen radicals generated in the plasma atmosphere combine with H before reacting with the sample surface.
【0103】このようにH2ガスを添加することは、ク
リーニングチャンバ101cに限らず101a,101
b等の薄膜形成用のチャンバにおいても同様の効果があ
ることはいうまでもない。The addition of the H 2 gas as described above is not limited to the cleaning chamber 101c, but may be applied to the cleaning chambers 101a and 101a.
Needless to say, the same effect is obtained in a chamber for forming a thin film such as b.
【0104】前記クリーニングチャンバ101cは試料
表面に数eVから30eV程度の小さな運動エネルギー
を持ったイオンを照射できる機能を有しており、多層薄
膜構造を作成するに際し、良好な界面を得るために設け
られている。照射するイオンは低エネルギーであるか
ら、下地の基板にダメージを与えることはない。特にこ
のクリーニングは基板の温度を上げる必要がなく、常温
で行なえ、従ってヒータ413は装備しなくてもかまわ
ない。The cleaning chamber 101c has a function of irradiating the sample surface with ions having a small kinetic energy of about several eV to about 30 eV, and is provided for obtaining a good interface when forming a multilayer thin film structure. Have been. Irradiation ions have low energy and do not damage the underlying substrate. In particular, this cleaning does not need to raise the temperature of the substrate, and can be performed at normal temperature. Therefore, the heater 413 may not be provided.
【0105】以上、ウエハサセプタにRF電源4103
を印加する場合を例として説明したが、Arイオンのエ
ネルギーをより正確に制御するためには、図9(a)に
示す回路とすることが好ましい。すなわち、2πfT=
1/(LC)1/2(fTはターゲットに印加するRF電源
の周波数)となるようにL,Cの値を選んでおく。この
ようにするとLC回路は並列共振状態となり、ウエハホ
ルダ4201からアース4203をみた場合、そのイン
ピーダンスは無限大となり、ウエハの電位は限りなくプ
ラズマの電位に近づく。すなわち、ウエハを照射するA
rイオンのエネルギーは0に近づく。従って、L,Cの
値を上記条件を満たす値よりも若干ずらせるとArイオ
ンのエネルギーを0〜5eVの範囲でも正確に制御する
ことができるようになる。The RF power supply 4103 is connected to the wafer susceptor.
Has been described as an example, but in order to more accurately control the energy of Ar ions, the circuit shown in FIG. 9A is preferably used. That is, 2πf T =
The values of L and C are selected so that 1 / (LC) 1/2 (f T is the frequency of the RF power supply applied to the target). In this way, the LC circuit is in a parallel resonance state, and when the earth 4203 is viewed from the wafer holder 4201, the impedance becomes infinite, and the potential of the wafer approaches the potential of the plasma without limit. That is, A for irradiating the wafer
The energy of the r ion approaches zero. Therefore, if the values of L and C are slightly shifted from the values satisfying the above conditions, the energy of Ar ions can be accurately controlled even in the range of 0 to 5 eV.
【0106】前記クリーニングチャンバ101cを用い
た効果については後で実験データを示しながら説明す
る。The effect of using the cleaning chamber 101c will be described later with reference to experimental data.
【0107】次に、酸化チャンバ101dについて説明
する。該酸化チャンバ101dの基本的な構成は、金属
薄膜用チャンバ101aと同様であるので、前述した図
5、図6及び図10を用いて説明する。このチャンバ1
01dには、ガス供給系504より超高純度のアルゴン
および酸素ガスが導入できるようになっている。例えば
Alの酸化を行なう場合には、ヒータ413を用いてウ
エハを加熱し、ウエハの温度を例えば100℃〜450
℃の範囲の任意の値に設定することができる。Next, the oxidation chamber 101d will be described. The basic configuration of the oxidation chamber 101d is the same as that of the metal thin film chamber 101a, and will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 10 described above. This chamber 1
An ultrapure argon and oxygen gas can be introduced into 01d from the gas supply system 504. For example, when oxidizing Al, the wafer is heated using the heater 413 and the temperature of the wafer is set to, for example, 100 ° C. to 450 ° C.
It can be set to any value in the range of ° C.
【0108】表面にAl膜を成膜したシリコンウエハ4
04を、高純度酸素ガス雰囲気で、例えば400℃に約
1時間加熱することにより、表面に約3nmのAl2O3
薄膜をAlの直接熱酸化により形成することができる。
この膜厚は、酸化時間を長くしても増加せずほぼ一定の
値を示す。Alの直接酸化は、まずチャンバ101d内
に酸素ガスを導入し大気圧の状態でウエハの温度を上昇
させてもよく、あるいは真空中でまず昇温し、その後酸
素ガスを導入してもよい。また、酸素の圧力は大気圧よ
り低い減圧雰囲気で行ってもよく、逆に大気圧より高圧
で行ってもかまわない。減圧雰囲気下の酸化はO2ガス
を流しながら、図10の真空排気装置501により排気
を行い、酸素の圧力を調整してもよく、さらに、例えば
Arガスで希釈してもよい。さらに酸素で酸化する前に
真空雰囲気あるいはAr雰囲気中で約30分間、400
℃でアニールを行うのがよい。これは、スパッタ成膜し
たAl薄膜中には数ppm程度のArガスが含まれてい
るので、これを膜中より放出させるべく、この脱ガスを
行ってからAlの熱酸化を行った方が良質の酸化膜が得
られるからである。A silicon wafer 4 having an Al film formed on its surface
04 is heated to, for example, 400 ° C. for about 1 hour in a high-purity oxygen gas atmosphere, so that about 3 nm of Al 2 O 3
The thin film can be formed by direct thermal oxidation of Al.
This film thickness does not increase even if the oxidation time is lengthened and shows a substantially constant value. In the direct oxidation of Al, an oxygen gas may be first introduced into the chamber 101d and the temperature of the wafer may be increased at atmospheric pressure, or the temperature may be first increased in a vacuum and then an oxygen gas may be introduced. The pressure of oxygen may be lower than the atmospheric pressure, or may be higher than the atmospheric pressure. Oxidation under a reduced pressure atmosphere may be performed by evacuating by using the vacuum exhaust device 501 in FIG. 10 while flowing O 2 gas to adjust the pressure of oxygen, or may be diluted with Ar gas, for example. Further, before being oxidized with oxygen, it is applied in a vacuum atmosphere or an Ar atmosphere for about 30 minutes,
Annealing is preferably performed at a temperature of about. This is because Al gas of about several ppm is contained in the Al thin film formed by sputtering, and it is better to perform thermal deoxidization of Al after performing this degassing in order to release this from the film. This is because a high-quality oxide film can be obtained.
【0109】この酸化チャンバ101dに設けられてい
るターゲット109a(図5)、ターゲットホルダ電極
401に接続されている高周波電源4113、およびウ
エハホルダに接続されている高周波電源等(4103,
4104)は必須のものではない。例えば、Al2O3層
の膜厚をもっと大きな値、例えば5nm以上必要な場合
にはターゲット109aとしてAl2O3のターゲットを
用い、4113として13.56MHz、4103とし
ては100〜200MHzの高周波電源を用いる。この
ようにして熱酸化により形成したAl2O3の上にさらに
スパッタリングによりAl2O3を形成することにより厚
い膜が得られる。また、成膜に際しウエハホルダ(図
5、107a)にも、例えば100〜200MHzの高
周波電源4103を用いてバイアスを加えることによ
り、緻密な特性の良好なAl2O3膜を形成することがで
きる。この場合、Al2O3とAl薄の界面は、熱酸化に
より形成された界面となっているので、従来のAl2O3
をスパッタ成膜した場合だけの界面に比べ、特性の安定
した界面となっている。A target 109a (FIG. 5) provided in the oxidation chamber 101d, a high-frequency power supply 4113 connected to the target holder electrode 401, a high-frequency power supply connected to the wafer holder (4103, etc.)
4104) is not essential. For example, when the thickness of the Al 2 O 3 layer is required to be larger, for example, 5 nm or more, a target of Al 2 O 3 is used as the target 109a, 13.56 MHz is used as 4113, and a high frequency power supply of 100 to 200 MHz is used as 4103. Is used. A thick film can be obtained by forming Al 2 O 3 by sputtering on Al 2 O 3 thus formed by thermal oxidation. In addition, by applying a bias to the wafer holder (107a in FIG. 5) using, for example, a high-frequency power supply 4103 of 100 to 200 MHz, an Al 2 O 3 film having good dense characteristics can be formed. In this case, since the interface between Al 2 O 3 and the thin Al is an interface formed by thermal oxidation, the conventional Al 2 O 3
Is an interface having more stable characteristics than an interface formed only by sputtering.
【0110】次に、絶縁薄膜用スパッタチャンバ101
bについて説明する。このチャンバも基本的な構成は1
01aの金属薄膜用スパッタチャンバと同じなので、前
述と同様に図5、図6および図10を用いて説明する。
前記チャンバ101bと金属薄膜用スパッタチャンバ1
01aとはターゲット109bの材料が絶縁物である点
で異なる。従って、静電チャック式のホルダを用いる場
合、ターゲットの裏面には図17(c)のようなAl,
Mo,Wといった導電性材料を取付ける。この場合、直
流電源4108,4112によってはバイアスをコント
ロールすることができないので、両直流電源4108,
4112は不要となる。ただし、図17に示すようなタ
ーゲット交換機構を装備し、絶縁物ターゲットと金属タ
ーゲットとの交換ができるようにしておけば、金属のス
パッタ成膜も可能である。この場合には直流電源410
8,4112を用いてのバイアス制御が可能となる。す
なわち、用途に応じたスイッチ4107,4111の開
閉を行なう。Next, the sputtering chamber 101 for the insulating thin film is used.
b will be described. The basic configuration of this chamber is also 1
Since it is the same as the metal thin film sputtering chamber 01a, description will be made with reference to FIGS.
The chamber 101b and the sputtering chamber 1 for a metal thin film
The difference from 01a is that the material of the target 109b is an insulator. Therefore, when an electrostatic chuck type holder is used, Al, Al as shown in FIG.
A conductive material such as Mo or W is attached. In this case, since the bias cannot be controlled by the DC power supplies 4108 and 4112,
4112 becomes unnecessary. However, if a target exchange mechanism as shown in FIG. 17 is provided so that the insulator target and the metal target can be exchanged, metal sputter deposition can be performed. In this case, the DC power supply 410
8, 4112 can be used for bias control. That is, the switches 4107 and 4111 are opened and closed according to the application.
【0111】次に、上記4つのチャンバの間で減圧状態
に変化を与えることなくウエハを出し入れできる手法に
つき説明する。この場合、ウエハ搬送には、例えば図1
0に示したような搬送機構を用いる。508はウエハホ
ルダであり静電チャック509によりウエハ表面を周辺
部において吸着して搬送する。アーム510は必要な位
置で静電チャックを上下させる動きをするとともに、搬
送車511に固定されており、搬送車とともにトランス
ポートチャンバ104の中を自由に往復する。また、搬
送車511はウエハを装置から出し入れする際にはロー
ド用のチャンバ102およびアンロード用のチャンバ、
103内にも移動する。この搬送車は、例えば軌道51
2上を磁気浮上しながら高速で移動するリニアモータカ
ーを用いるのが望ましい。つまり移動に際し、機械的に
摺動する部分のない構造をとることが好ましい。もちろ
ん十分な発塵対策を施してあれば、レール上を車輪で運
行するタイプの搬送車を用いてもよい。Next, a method for loading and unloading a wafer between the four chambers without changing the reduced pressure state will be described. In this case, for example, FIG.
A transport mechanism as shown in FIG. Reference numeral 508 denotes a wafer holder which transports the wafer surface by suctioning the wafer surface at a peripheral portion by an electrostatic chuck 509. The arm 510 moves up and down the electrostatic chuck at a required position, and is fixed to the transport vehicle 511, and freely reciprocates in the transport chamber 104 together with the transport vehicle. Further, the transfer vehicle 511 has a loading chamber 102 and an unloading chamber when a wafer is taken in and out of the apparatus.
It moves also in 103. This carrier has a track 51, for example.
It is desirable to use a linear motor car that moves at a high speed while magnetically levitating on the upper surface 2. That is, it is preferable to adopt a structure having no mechanically sliding portion when moving. Of course, as long as sufficient measures against dust generation are taken, a transport vehicle of a type that operates on wheels on wheels may be used.
【0112】なお、トランスポートチャンバ104を真
空ポンプで引くと同時にArを数10sccm〜数10
0sccmをトランスポートチャンバ104に流して1
0-2〜10-8Torr(好ましくは10-3〜10-4To
rr)程度の減圧状態にトランスポートチャンバ104
をして搬送を行ってもよい。かかる構成により、搬送車
に生ずる摩擦力がArにより緩和される。It is to be noted that, while the transport chamber 104 is pulled by the vacuum pump, Ar is changed from several tens sccm to several tens sccm.
Flow 0 sccm into the transport chamber 104 and
0 -2 to 10 -8 Torr (preferably 10 -3 to 10 -4 Torr)
The pressure in the transport chamber 104 is reduced to about rr).
May be carried out. With this configuration, the frictional force generated in the transport vehicle is reduced by Ar.
【0113】上述のようなウエハの枚葉処理を行なう装
置では、1枚のウエハに1つの処理を行うのに許される
時間が例えば1分以内という高速処理を求められる。こ
のため、プロセスチャンバ101aへのウエハの出し入
れ時間等の短縮はもとより、ゲートバルブ105aの開
閉の高速化が必要である。また、図1では、ロード室1
02、アンロード室103の詳細な構造は描かれていな
いが、この室には、数十枚のウエハを保管するウエハカ
セットがあり、静電チャック搬送機構114への受け渡
し機構等が装備されている。このような受け渡しに際し
てもゲートバルブ105e,105f等の開閉の高速化
が同様に求められる。In the above-described apparatus for performing single-wafer processing of wafers, high-speed processing is required in which the time allowed to perform one processing on one wafer is, for example, one minute or less. For this reason, it is necessary to shorten the opening and closing time of the wafer into and out of the process chamber 101a, as well as to speed up the opening and closing of the gate valve 105a. Also, in FIG.
02, the detailed structure of the unloading chamber 103 is not shown, but this chamber has a wafer cassette for storing several tens of wafers, and is equipped with a transfer mechanism to the electrostatic chuck transfer mechanism 114 and the like. I have. In such a delivery as well, high speed opening and closing of the gate valves 105e, 105f and the like is similarly required.
【0114】次に、本発明に係るゲートバルブにつき、
図20及び図21(a)に基づいて説明する。Next, a gate valve according to the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. 20 and 21A.
【0115】図20(a)は、例えばプロセスチャンバ
101aとトランスポートチャンバ104の間のゲート
を閉じた状態に対応している。1401は例えばTiか
ら成り、0.2〜0.5mm程度厚みで質量が極めて小
さい。該薄板1401に開閉動作を与えるための駆動手
段としては、例えば図20(b)のような機構を用い
る。図20(b)は、図20(a)のゲートバルブを下
方からみた図であり、薄板1401は一対のアーム14
02,1402’によって2点1403,1403’で
支えられている。1404,1404’はアームをチャ
ンバに枢着するためのピンであり、このピン1404,
1404’を支点としてアーム1402が回動する。即
ち、アーム1402を動かすことにより、前記薄板14
01が移動する。FIG. 20A corresponds to, for example, a state in which the gate between the process chamber 101a and the transport chamber 104 is closed. 1401 is made of, for example, Ti, has a thickness of about 0.2 to 0.5 mm and a very small mass. For example, a mechanism as shown in FIG. 20B is used as a driving unit for giving the thin plate 1401 an opening / closing operation. FIG. 20B is a view of the gate valve of FIG.
02, 1402 'and are supported at two points 1403, 1403'. 1404 and 1404 'are pins for pivotally connecting the arm to the chamber.
The arm 1402 rotates about 1404 'as a fulcrum. That is, by moving the arm 1402, the thin plate 14
01 moves.
【0116】この場合、薄板1401は、質量が極めて
小さいものに選定されているので、上記のような簡単な
機構によって高速で移動させることができる。薄板14
01の質量をさらに小さくするために、Tiの厚さを
0.1mm以下に薄くし、プラスチック板に貼り付けて
補強する等の手法を採用してもよい。あるいは、強化プ
ラスチックの表面にTi,Mo,W等の金属材料をコー
トしたものを用いると、軽量でかつ耐久性に優れたもの
が得られる。かかる薄板1401はこれにより仕切られ
る両チャンバ内が高々数Torrの真空度であるため強
度的な問題は生じない。In this case, since the thin plate 1401 is selected to have an extremely small mass, the thin plate 1401 can be moved at a high speed by the above simple mechanism. Sheet 14
In order to further reduce the mass of 01, a method of reducing the thickness of Ti to 0.1 mm or less and affixing it to a plastic plate to reinforce may be adopted. Alternatively, by using a reinforced plastic whose surface is coated with a metal material such as Ti, Mo, W, etc., a lightweight and excellent in durability can be obtained. Such a thin plate 1401 does not cause a problem in strength because the inside of both chambers partitioned by the thin plate 1401 has a vacuum degree of at most several Torr.
【0117】なお、薄板1401の材料としてはTiに
限ることなくジュラルミンその他の材料を用いてもよ
い。また薄板1401あるいはシール用フランジの部分
1405の表面はたとえばRmax0.1μm以下の粗さ
としておくことが好ましい。The material of the thin plate 1401 is not limited to Ti, but may be duralumin or another material. It is preferable that the surface of the thin plate 1401 or the portion 1405 of the sealing flange has a roughness of, for example, Rmax of 0.1 μm or less.
【0118】図21(a)において1406、1409
は夫々絶縁板であり、一方の絶縁板1406はチャンバ
壁1407に固定され、両絶縁板1406、1409の
間には金属電極1408が挟持され、この金属電極14
08には図示しない直流電源の一方の電極に接続され、
この直流電源のもう一方の電極は薄板1401に接続さ
れている。この場合、電極1408と薄板1401との
間に数100V程度の電圧を印加することにより、静電
力によって薄板1401を吸引し、この力によってオー
リング1411と共に真空シールを行うようにしてい
る。電極1409としては弾性を有する材料を用いるの
が好ましい。In FIG. 21A, 1406 and 1409
Are insulating plates, one insulating plate 1406 is fixed to the chamber wall 1407, and a metal electrode 1408 is sandwiched between the two insulating plates 1406 and 1409.
08 is connected to one electrode of a DC power supply (not shown),
The other electrode of this DC power supply is connected to thin plate 1401. In this case, by applying a voltage of about several hundred volts between the electrode 1408 and the thin plate 1401, the thin plate 1401 is sucked by electrostatic force, and the vacuum sealing is performed together with the O-ring 1411 by this force. It is preferable to use an elastic material for the electrode 1409.
【0119】なお、本実施例のゲートバルブは、薄板1
401を挟む両側のチャンバが常に数Torr以下に減
圧されていることを前提としており、例えば一方のチャ
ンバが大気圧になっているような場合には、強度的に無
理があるので、前記薄板1401に代えて、例えば図2
1(b)に示すように、機械的に強固なゲートバルブ、
すなわち所定の厚みを有するゲート板1410を用い
る。図1に示すゲートバルブ106a〜106dは、通
常、両側のチャンバともに高真空の状態でしか用いな
い。図21(b)に示すようなゲートバルブはメインテ
ナンス等のためにチャンバ内を大気圧に戻すときのみ必
要である。It should be noted that the gate valve of this embodiment is a thin plate 1
It is assumed that the chambers on both sides sandwiching 401 are always depressurized to several Torr or less. For example, when one chamber is at atmospheric pressure, it is impossible to increase the strength. Instead of, for example, FIG.
1 (b), a mechanically strong gate valve,
That is, a gate plate 1410 having a predetermined thickness is used. Normally, the gate valves 106a to 106d shown in FIG. 1 are used only in a high vacuum state in both chambers. The gate valve as shown in FIG. 21B is necessary only when the inside of the chamber is returned to the atmospheric pressure for maintenance or the like.
【0120】また、ロード室、アンロード室(102,
103)と、トランスポートチャンバ104との間のウ
エハの出し入れに関しては図20に示すようなゲートバ
ルブを用いればよい。ただし、ウエハを装置に出し入れ
する際には、両室102,103のいずれも大気圧に戻
す必要があるので、かかる場合は開閉の速度を犠牲にし
た図21(b)に示すようなゲートバルブを用いればよ
い。The loading chamber and the unloading chamber (102,
103) and the transfer of the wafer between the transport chamber 104 and the transport chamber 104, a gate valve as shown in FIG. 20 may be used. However, when the wafer is taken in and out of the apparatus, both the chambers 102 and 103 need to be returned to the atmospheric pressure. In such a case, a gate valve as shown in FIG. May be used.
【0121】次に、上述した本装置の使用例について実
験結果を示しながら説明する。Next, an example of use of the above-described apparatus will be described with reference to experimental results.
【0122】先ず、金属薄膜用スパッタチャンバ101
aにおいてターゲット109aとして純Alのものを用
いてSiウエハ上に薄膜を形成する場合について述べ
る。First, the metal thin film sputtering chamber 101
In a, a case where a thin film is formed on a Si wafer by using a pure Al target 109a will be described.
【0123】図22(a)は、このようにして形成した
Al薄膜の表面をノマルスキー微分干渉顕微鏡で観察し
た写真である。薄膜形成に際してはN型(111)Si
ウエハを用いている。このウエハをまずクリーニングチ
ャンバ101cで処理する。すなわち、周波数fWを1
00〜200MHz、チャンバ101c内の圧力10-2
〜10-3Torrとし、照射Arイオンのエネルギーを
2〜5eVとしてウエハ表面をクリーニングする。FIG. 22A is a photograph obtained by observing the surface of the Al thin film thus formed with a Nomarski differential interference microscope. When forming a thin film, N-type (111) Si
A wafer is used. This wafer is first processed in the cleaning chamber 101c. That is, if the frequency f W is 1
00 to 200 MHz, pressure within chamber 101c 10 -2
The surface of the wafer is cleaned by setting the irradiation Ar ion energy to 2 to 5 eV at -10 -3 Torr.
【0124】その後、ターゲット101aにて、ウエハ
に−20〜−40Vのウエハバイアスを印加し、成膜に
寄与するAl原子1個当り5〜6個以上のAr原子をウ
エハ表面に照射しながら約1μmの厚さまで成長させ
た。図22(a)はこのようにして形成した薄膜につい
てのものである。Then, a wafer bias of -20 to -40 V is applied to the wafer by the target 101a, and about 5 to 6 or more Ar atoms per Al atom contributing to film formation are irradiated on the wafer surface. It was grown to a thickness of 1 μm. FIG. 22A shows the thin film thus formed.
【0125】一方、図22(c)は、DCマグネトロン
スパッタ装置により形成されたAl薄膜の表面であり、
本装置で形成したものに比べ表面に多くの細かい凹凸の
現れているのが理解できる。図22(b),(d)は、
図22(a),(c)のサンプルをそれぞれ400℃の
フォーミングガス雰囲気で30分間熱処理した後の表面
写真である。従来の装置で形成した薄膜の表面(図22
(d))には多くのヒロックが発生し非常に凹凸の激し
い表面となっているが、本装置で形成したAl薄膜表面
(図22(b))には全くヒロックの発生がない。ヒロ
ックの発生は、多層Al配線構造では層間絶縁膜の耐圧
を著るしく劣化させたり、配線の微細加工が困難になる
等様々な問題を生じている。本装置によりはじめてヒロ
ックフリーのAl薄膜の形成が可能になった。On the other hand, FIG. 22C shows the surface of an Al thin film formed by a DC magnetron sputtering apparatus.
It can be understood that many fine irregularities appear on the surface as compared with those formed by this apparatus. FIGS. 22B and 22D show
23A and 23B are surface photographs after heat-treating the samples of FIGS. 22A and 22C respectively in a forming gas atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes. The surface of a thin film formed by a conventional apparatus (FIG. 22)
Although many hillocks are generated in (d)) and the surface is very rough, no hillocks are generated on the surface of the Al thin film formed by this apparatus (FIG. 22B). The occurrence of hillocks causes various problems in the multilayer Al wiring structure, such as remarkable deterioration of the withstand voltage of the interlayer insulating film and difficulty in fine processing of the wiring. This device enabled the formation of a hillock-free Al thin film for the first time.
【0126】さらに図22(a)のサンプルの反射電子
線回析パターンを図23に示す。図23から明らかなよ
うにストリークを伴ったブラックスポットが見られ、単
結晶のAl薄膜が形成されていることが理解できる。ま
た、X線回析等によると(111)配向の薄膜が形成さ
れていることが分っている。なお、従来の装置では、
(111)以外にも多くの面方位をもった多結晶薄膜が
形成されることが、反射電子線回析やX線回析より知ら
れている。FIG. 23 shows a reflected electron beam diffraction pattern of the sample shown in FIG. As is clear from FIG. 23, a black spot with a streak is observed, and it can be understood that a single-crystal Al thin film is formed. Also, according to X-ray diffraction and the like, it has been found that a (111) oriented thin film is formed. In the conventional device,
It is known from reflection electron beam diffraction and X-ray diffraction that a polycrystalline thin film having many plane orientations other than (111) is formed.
【0127】このように本装置を用いることにより(1
11)Si上に(111)面を有するAlの単結晶薄膜
の成長が可能となるのは、第1にクリーニングチャンバ
101cによりSiウエハ表面の汚染層がダメージフリ
ーで完全に取り除かれること、第2に金属薄膜用スパッ
タチャンバ101aにて、40eVという結晶中の原子
の結合エネルギーと同程度の比較的低い運動エネルギー
のArイオンの照射を行いつつAl薄膜を成長させるた
めである。すなわち、表面の不純物を除去すると、Al
原子がSi結晶の周期性に基づきその表面に(111)
の方位で配列され、さらにArイオン照射の効果で単結
晶のAl薄膜が成長する。このようにして形成した単結
晶AlとSiの界面は熱的に非常に安定である。すなわ
ち400〜500℃に熱してもAlおよびSiが互に混
合して合金化することはない。By using the present apparatus as described above, (1
11) The growth of a single-crystal thin film of Al having a (111) plane on Si is made possible firstly because the cleaning chamber 101c completely removes the contamination layer on the Si wafer surface without damage, and This is because the Al thin film is grown while irradiating Ar ions having a relatively low kinetic energy of about 40 eV, which is about the same as the bonding energy of atoms in the crystal, in the metal thin film sputtering chamber 101a. That is, when impurities on the surface are removed, Al
Atoms are (111) on the surface based on the periodicity of the Si crystal.
And a single crystal Al thin film grows by the effect of Ar ion irradiation. The interface between the single crystal Al and Si thus formed is very stable thermally. That is, even if heated to 400 to 500 ° C., Al and Si are not mixed with each other and alloyed.
【0128】この場合、コンタクトホール部でこの合金
化のためにAlがSi基板中に溶け込み、浅いPN接合
をショートさせてしまう、いわゆるスパイクの問題が生
じるので、これを解決するためにAl−Siの合金配線
が用いられている。合金配線は抵抗が高いばかりでな
く、合金中のSiがコンタクト部に折出して寸法の小さ
なコンタクトの不良を生じる原因となっていたが、本装
置により、純Alを配線に用いることができるようにな
り、配線抵抗を2.8μΩ・cmと合金配線の抵抗値
3.5μΩ・cmより低くすることできる。In this case, the alloying at the contact hole portion causes Al to dissolve into the Si substrate and short-circuit the shallow PN junction, which is a so-called spike problem. Alloy wiring is used. The alloy wiring not only has a high resistance, but also causes Si in the alloy to bend out to the contact portion and cause a defective contact having a small dimension. With this apparatus, pure Al can be used for the wiring. And the wiring resistance is 2.8 μΩ · cm, which is lower than the resistance value of the alloy wiring, 3.5 μΩ · cm.
【0129】この比抵抗の値は、77°Kにおいて、純
Alでは0.35μΩ・cm、合金配線では0.67μ
Ω・cmとさらに大きな差となる。さらに、微細コンタ
クトにおけるSi折出によるコンタクト不良の問題もな
く超高集積化LSIの配線形成が多層配線も含めて実現
できるようになる。At 77 ° K, the specific resistance value is 0.35 μΩ · cm for pure Al and 0.67 μΩ for alloy wiring.
The difference is much larger than Ω · cm. Further, it is possible to realize the wiring formation of the ultra-highly integrated LSI including the multilayer wiring without the problem of the contact failure due to the Si protrusion in the fine contact.
【0130】次に、本薄膜形成装置を用いて形成される
Cu薄膜の性質について述べる。まず、(100)Si
ウエハをクリーニングチャンバ101cで処理した後、
101aのチャンバで109aとして純度6NのCuタ
ーゲットを用い、約1μmの厚さにCu薄膜を形成す
る。この場合、ウエハ106aに与える直流バイアスは
+10Vから−160Vまで変化させる。Next, the properties of the Cu thin film formed using the present thin film forming apparatus will be described. First, (100) Si
After processing the wafer in the cleaning chamber 101c,
In the chamber 101a, a Cu thin film having a thickness of about 1 μm is formed using a Cu target having a purity of 6N as 109a. In this case, the DC bias applied to the wafer 106a is changed from + 10V to -160V.
【0131】上述のようにして形成された薄膜のX線回
折パターンからは、(111)と(200)のピークの
みが観察される。図24は、(111)および(20
0)の回折ピークの高さをウエハバイアスの関数として
あらわしたものである。ウエハバイアスが0Vでは(2
00)のピークのみが現れCu薄膜は(100)配向し
た膜であることが分る。すなわち、下地Siの結晶性を
反映した結晶構造となっている。この膜の反射電子線回
折パターンを調べると、ストリークを伴ったブラックス
ポットが見られ、Si上に単結晶のCuがエピタキシャ
ル成長する。From the X-ray diffraction pattern of the thin film formed as described above, only peaks (111) and (200) are observed. FIG. 24 shows (111) and (20)
0) represents the height of the diffraction peak as a function of the wafer bias. When the wafer bias is 0 V, (2
Only the peak of (00) appears, indicating that the Cu thin film is a (100) oriented film. That is, the crystal structure reflects the crystallinity of the underlying Si. When the reflection electron beam diffraction pattern of this film is examined, a black spot with a streak is observed, and single crystal Cu grows epitaxially on Si.
【0132】図24から明らかなように、ウエハのバイ
アス値を大きくすると、(200)のピークは小さくな
り逆に(111)のピークが大きくなる。バイアス値の
大きさ50V以上では(111)配向のCu薄膜が得ら
れている。バイアス値−50Vでの薄膜の反射電子線回
折パターンはストリークを伴ったブラッグスポットとし
て観察され、Si上に(111)Cuがエピタキシャル
成長していることが理解できる。形成された薄膜の結晶
性は、下地Siの結晶構造で決定されるのではなく、照
射されるArイオンのエネルギーによって支配される。As is clear from FIG. 24, when the bias value of the wafer is increased, the peak of (200) decreases and the peak of (111) increases. At a bias value of 50 V or more, a (111) -oriented Cu thin film is obtained. The reflected electron beam diffraction pattern of the thin film at a bias value of −50 V is observed as a Bragg spot with streaks, and it can be understood that (111) Cu is epitaxially grown on Si. The crystallinity of the formed thin film is not determined by the crystal structure of the underlying Si, but is governed by the energy of the irradiated Ar ions.
【0133】従来、Si上に単結晶のCu薄膜を形成す
るという技術に関しては知られていないが、本装置によ
れば、かかる薄膜形成が可能となる。その理由は、Al
の単結晶成長と同様、本装置のクリーニングプロセスお
よび低運動エネルギーでのイオン照射を用いていること
によると考えられる。Conventionally, a technique of forming a single-crystal Cu thin film on Si has not been known, but according to the present apparatus, such a thin film can be formed. The reason is Al
As in the case of single crystal growth, it is considered that the cleaning process of the present apparatus and the ion irradiation with low kinetic energy are used.
【0134】Siウエハ上における場合と同様のプロセ
スにより、SiO2上に形成したCu薄膜について、S
iO2との密着性について調べると次のようになる。C
uとSiO2は密着性が悪いことは知られているが、こ
のことはCuをLSIの配線として用いるのを阻害する
原因となる。しかるに、本装置を用いて形成したCu薄
膜は、スコッチテープ(登録商標)をはじめ、各種類の
粘着テープを用いた密着性テストに際してもすべてのウ
エハバイアス条件のサンプルについていずれも剥離する
ことはない。このことは、クリーニングチャンバにおけ
る表面クリーニングプロセスにより、水分の吸着分子層
が完全にとり除かれたためである。このようにして形成
されたCu薄膜の比抵抗は約1.8μΩ・cmであり純
Al配線よりもさらに低い値を持っており高速LSI配
線形成上非常に有利である。The Cu thin film formed on SiO 2 was processed by the same process as that on the Si wafer.
Examination of the adhesion to iO 2 yields the following. C
Although it is known that u and SiO 2 have poor adhesion, this may hinder the use of Cu as wiring for LSI. However, the Cu thin film formed using this apparatus does not peel off any sample under all wafer bias conditions even in the adhesion test using various types of adhesive tapes such as Scotch Tape (registered trademark). . This is because the adsorbed molecular layer of water was completely removed by the surface cleaning process in the cleaning chamber. The specific resistance of the Cu thin film thus formed is about 1.8 μΩ · cm, which is much lower than that of pure Al wiring, which is very advantageous in forming a high-speed LSI wiring.
【0135】次に、図25に示す構造に基づき、Cuと
N型(100)Siとの間のショットキー接合の特性に
ついて説明する。即ち、まずN型(100)のSi層1
801上にSiO2層1802を形成し、コンタクトホ
ール1803の穴開けを行なう。その後、上述したプロ
セスに従って全面にCu層1804を形成し、その後フ
ォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成を行なう。
これらのプロセスはすべて130℃以下で行なう。こう
して得られたショットキー接合の電流電圧特性を図26
に示す。図26(a)は常温での結果であり図26
(b)は−50℃でのデータである。順方向の特性の直
線部から求めた係数η値はウエハのバイアス条件によら
ず1.03〜1.05と略1に近い値を示し、理想的な
ダイオード特性の得られていることが分る。Next, the characteristics of the Schottky junction between Cu and N-type (100) Si will be described based on the structure shown in FIG. That is, first, the N-type (100) Si layer 1
An SiO 2 layer 1802 is formed on 801, and a contact hole 1803 is formed. Thereafter, a Cu layer 1804 is formed on the entire surface in accordance with the above-described process, and thereafter, a pattern is formed by using a photolithography technique.
All of these processes are performed at 130 ° C. or lower. FIG. 26 shows the current-voltage characteristics of the Schottky junction thus obtained.
Shown in FIG. 26A shows the result at room temperature, and FIG.
(B) is data at −50 ° C. The coefficient η value obtained from the linear portion of the forward characteristic shows a value close to 1 at 1.03 to 1.05 regardless of the bias condition of the wafer, indicating that ideal diode characteristics are obtained. You.
【0136】図27は、これらの特性より求めたショッ
トキーバリヤの高さの値を基板バイアスの関数としてプ
ロットしたものである。バイアス値によらず従来報告さ
れている値0.58Vとほぼ同じ値が得られている。こ
のサンプルの作成に際し、Cuの形成は常温で行った。
Cu薄膜形成後の熱工程で最も高い温度は、パターニン
グの際のレジストのポストベークの130℃である。こ
のように、本クリーニングプロセスは常温に近い低温プ
ロセスでも理想的なショットキー特性が得られ、理想的
な金属−半導体接触が、一切の熱処理工程を必要とせず
に実現できる。FIG. 27 is a plot of Schottky barrier height values obtained from these characteristics as a function of substrate bias. Regardless of the bias value, a value substantially equal to the conventionally reported value of 0.58 V is obtained. In forming this sample, Cu was formed at room temperature.
The highest temperature in the thermal process after the formation of the Cu thin film is 130 ° C. in post-baking of the resist during patterning. As described above, in the present cleaning process, ideal Schottky characteristics can be obtained even in a low-temperature process close to room temperature, and ideal metal-semiconductor contact can be realized without any heat treatment step.
【0137】図28は、(100)Siウエハに形成し
たSi薄膜の反射電子線回折像である。この場合、材料
作成は、まず(100)Siを酸により前洗浄をして装
置内に搬入し、チャンバ101cでクリーニングを行っ
た後、チャンバ101aにおいて、ターゲット109a
としてPの不純物濃度3×1018cm-3のN型シリコン
を用いSi薄膜を約0.5μm形成する。このときのウ
エハの温度は330〜350℃である。FIG. 28 is a reflection electron beam diffraction image of a Si thin film formed on a (100) Si wafer. In this case, the material is prepared by first pre-cleaning (100) Si with an acid, transporting it into the apparatus, performing cleaning in the chamber 101c, and then cleaning the target 109a in the chamber 101a.
A silicon thin film of about 0.5 μm is formed using N-type silicon having a P impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 . The temperature of the wafer at this time is 330 to 350 ° C.
【0138】図28(a),(b)は、2つの異なるク
リーニング条件を用いたサンプルの回折像である。図2
8(a)は、クリーニングプロセスにおいてウエハ表面
を照射するためのArイオンのエネルギーを約20Vと
した場合のものであり、図28(b)は40Vとした場
合のものである。図28(a)では菊池ラインの入った
回折パターンが観察でき、優れた結晶性のエピタキシャ
ルSi層の形成されていることが分る。しかし図28
(b)には多結晶シリコンの形成を示すリングがみら
れ、この結果から明らかなように、クリーニングの際の
Arの照射エネルギーが大きすぎると逆に基板にダメー
ジを与え、結晶性を劣化させる原因となる。FIGS. 28A and 28B are diffraction images of a sample using two different cleaning conditions. FIG.
8A shows the case where the energy of Ar ions for irradiating the wafer surface in the cleaning process is set to about 20 V, and FIG. 28B shows the case where the energy is set to 40 V. In FIG. 28A, a diffraction pattern including a Kikuchi line can be observed, and it can be seen that an epitaxial Si layer having excellent crystallinity is formed. However, FIG.
(B) shows a ring indicating the formation of polycrystalline silicon. As is evident from the result, if the irradiation energy of Ar at the time of cleaning is too large, it damages the substrate and deteriorates the crystallinity. Cause.
【0139】ウエハバイアスを変えたクリーニング条件
の検討により、ウエハに照射されるArイオンのエネル
ギーを30eV以下にすれば、基板にダメージを与える
ことなく、有効にクリーニングできることが分る。ま
た、形成されたエピタキシャルSi層中に含まれる活性
化されたPの濃度を測定すると、ターゲットの不純物濃
度の約10%程度の値が得られる。このように350℃
以下の低温でシリコンのエピ成長ができるばかりか、濃
度が略々1018cm-3に近い不純物原子の活性化も可能
なことが理解できる。Examination of the cleaning conditions by changing the wafer bias shows that the cleaning can be effectively performed without damaging the substrate if the energy of the Ar ions applied to the wafer is set to 30 eV or less. When the concentration of activated P contained in the formed epitaxial Si layer is measured, a value of about 10% of the impurity concentration of the target is obtained. 350 ° C
It can be understood that not only can silicon be epitaxially grown at the following low temperature, but also the activation of impurity atoms having a concentration of approximately 10 18 cm −3 is possible.
【0140】次に、本薄膜形成装置を用いて形成したA
l−Al2O3−Alの三層構造のキャパシタの一例につ
き図4に基づき説明する。第1層のAl(304)はP
型Si基板301上に形成されたN+層302に接続し
て形成されており、その上に熱酸化により形成されたA
l2O3膜305、さらにAl薄膜306が形成され、こ
れをエッチング加工することによりキャパシタ構造が実
現されている。Next, A was formed using the thin film forming apparatus of the present invention.
l-Al 2 O 3 an example of a capacitor of a three-layer structure of -Al per reference to FIG. 4 will be described. Al (304) of the first layer is P
A is formed by connecting to an N + layer 302 formed on a mold Si substrate 301, and A is formed thereon by thermal oxidation.
An l 2 O 3 film 305 and an Al thin film 306 are formed, and this is etched to realize a capacitor structure.
【0141】この構造で重要なことは、Al2O3は約3
nmと膜厚が薄く、かつ、比誘電率が9というようにS
iO2の誘電率の約2倍の値となっているため、小面積
で大きな容量が実現できることである。また酸化のメカ
ニズムはCabreraとMottのモデルに従い、酸化膜中を電
界によってトンネリングして行く酸化剤により酸化が進
むと考えられるため、例えば3nmと一定の膜厚が形成
されると時間を増加してもそれ以上酸化が進行しない。
従って十分長い時間酸化雰囲気にさらすことによりAl
薄膜表面全面に渡って均一な酸化膜を形成することがで
きる。さらに、スパッタチャンバ101aでイオン照射
を行いながら形成したAl薄膜は図22に示したように
昇温時ヒロック等の表面の凹凸を全く生じないため、極
めて平坦な、Al表面に酸化膜が形成されることにな
り、この結果凸部で生じる局所的も電界集中が広くな
り、絶縁膜の破壊耐圧が向上する。What is important in this structure is that Al 2 O 3 is about 3
S such that the film thickness is as thin as nm and the relative dielectric constant is 9.
Since the value is about twice the dielectric constant of iO 2 , a large capacitance can be realized with a small area. The mechanism of oxidation follows the model of Cabrera and Mott, and it is considered that oxidation proceeds with an oxidizing agent that tunnels through the oxide film by an electric field. For example, when a constant film thickness of 3 nm is formed, the time is increased. No further oxidation proceeds.
Therefore, exposure to an oxidizing atmosphere for a sufficiently long time
A uniform oxide film can be formed over the entire surface of the thin film. Furthermore, since the Al thin film formed while performing ion irradiation in the sputtering chamber 101a does not have any surface irregularities such as hillocks when the temperature is raised as shown in FIG. 22, an extremely flat oxide film is formed on the Al surface. As a result, the concentration of the electric field locally at the convex portion is also widened, and the breakdown voltage of the insulating film is improved.
【0142】さらに製造プロセスの説明から明らかなよ
うに、これらの積層構造は界面を大気に触れさせること
なく形成されているため大気成分吸着による汚染物の混
入がなく、初期耐圧が良好であるばかりでなく、長期使
用に対する絶縁耐圧の劣化、いわゆるTime dependentbr
eak downに対する特性も従来のSi−SiO2−Si構
造のキャパシタよりも優れた特性を持つようになる。Further, as is clear from the description of the manufacturing process, since these laminated structures are formed without exposing the interface to the atmosphere, there is no contamination due to adsorption of atmospheric components, and the initial withstand voltage is good. Rather, degradation of the withstand voltage for long-term use, so-called Time dependentbr
Characteristics for eak down also to have better characteristics than the capacitors of the conventional Si-SiO 2 -Si structure.
【0143】図4の構造では、第1層のAl薄膜はコン
タクトホール307に於いてN+層302表面と接触し
ているが、製造プロセスはコンタクトホールを開口した
後、ウエハを図1の装置に導入し、Al(304),A
l2O3(305),Al(306)の三層膜を形成する
ことになる。従ってAl(304)とN+層(302)
の界面は大気にさらされることになり、この場合、N+
層表面に形成される自然酸化膜等の影響によりコンタク
ト特性は不良の生じることが多く、LSIの歩留まりや
信頼性を低下させる要因の一つとなっている。しかる
に、本装置ではクリーニングチャンバ101cで表面の
クリーニングをした後、第1層のAl(304)を形成
しているためこのような問題は解消される。In the structure shown in FIG. 4, the Al thin film of the first layer is in contact with the surface of the N + layer 302 at the contact hole 307. And Al (304), A
A three-layer film of l 2 O 3 (305) and Al (306) is formed. Therefore, Al (304) and N + layer (302)
Will be exposed to the atmosphere, in this case N +
Due to the influence of a natural oxide film or the like formed on the surface of the layer, the contact characteristics often fail, which is one of the factors that reduce the yield and reliability of LSI. However, in this apparatus, since the first layer of Al (304) is formed after the surface is cleaned in the cleaning chamber 101c, such a problem is solved.
【0144】以上の例は、LSI配線の中核となる構成
部材であるAlを用いた場合につき説明したが、本装置
は、あらゆる金属に対して適用できるものであり、LS
I配線に使用され始めているW,Mo,Ti,Ta,C
u,Nbにも適用できる。成膜された金属表面が極めて
平坦であって、しかも熱処理を行ってもヒロックを一切
生じない金属成膜が行えるところに本装置の一つの特徴
がある。Ta成膜を行った後、400℃〜600℃で酸
化すれば3〜5nmのTa2O5が緻密な膜で得られる。
Ta2O5の誘電率は22となりさらに小面積で容量の大
きなキャパシタを実現することができる。In the above example, the case where Al which is the core component of the LSI wiring is used has been described. However, this device can be applied to any metal, and
W, Mo, Ti, Ta, C starting to be used for I wiring
Also applicable to u, Nb. One of the features of the present apparatus is that the metal surface on which the film is formed is extremely flat and the metal film can be formed without generating any hillock even when heat treatment is performed. After the Ta film is formed, if it is oxidized at 400 ° C. to 600 ° C., 3 to 5 nm of Ta 2 O 5 can be obtained as a dense film.
The dielectric constant of Ta 2 O 5 is 22, and a capacitor having a smaller area and a larger capacity can be realized.
【0145】図29は、同様のプロセスで形成した配線
構造を示している。2201は第1層のAl薄膜であり
信号を伝える配線を形成している。2203はAl2O3
膜2202を介して部分的に設けられたAl電極であ
り、電源電位あるいは、接地電位が与えられている。こ
れは配線の一部にキャパシタが接続された構造であり、
例えばシフトレジスタ等のダイナミック回路のブートス
トラップキャパシタとして用いることができる。FIG. 29 shows a wiring structure formed by a similar process. Reference numeral 2201 denotes a first layer of an Al thin film, which forms a wiring for transmitting a signal. 2203 is Al 2 O 3
An Al electrode partially provided through the film 2202, to which a power supply potential or a ground potential is applied. This is a structure in which a capacitor is connected to part of the wiring,
For example, it can be used as a bootstrap capacitor of a dynamic circuit such as a shift register.
【0146】ブートストラップキャパシタは、ゲート容
量と同程度の値が必要とされるが、ダミーのMOSトラ
ンジスタを形成し、そのゲートをキャパシタとして用い
ると、チップ上の多大な面積を占有することとなり、ダ
イナミック回路の集積度向上を妨げる一つの大きな原因
となる。しかし本装置を用いると図29に示すように、
配線の一部がそのまま容量として使えるため余分の面積
を必要とせず、高集積化し極めて有利であることが分
る。図29の構造は、配線2201を形成した後、Al
2O3膜2202、Al電極2203を形成してもよい
が、逆に、電極2203を所定の位置に形成した後、A
l2O3膜、Al配線を形成してもよい。この場合、Al
薄膜を形成した当初は、パターニングする工程が入るた
め表面が大気に晒されるが、Al2O3膜を形成する前に
クリーニングチャンバ101cで表面のクリーニングを
行えば、良好なAl−Al2O3界面を形成することがで
きる。The bootstrap capacitor is required to have the same value as the gate capacitance. However, if a dummy MOS transistor is formed and its gate is used as a capacitor, it will occupy a large area on the chip. This is one of the major factors that hinder the improvement of the integration degree of the dynamic circuit. However, using this device, as shown in FIG.
Since a part of the wiring can be used as a capacitance as it is, no extra area is required, and high integration is extremely advantageous. The structure of FIG. 29 is similar to that of FIG.
The 2 O 3 film 2202 and the Al electrode 2203 may be formed. Conversely, after forming the electrode 2203 at a predetermined position, the A
An l 2 O 3 film and an Al wiring may be formed. In this case, Al
At the beginning of the formation of the thin film, the surface is exposed to the atmosphere due to the patterning step. However, if the surface is cleaned in the cleaning chamber 101c before the formation of the Al 2 O 3 film, good Al—Al 2 O 3 An interface can be formed.
【0147】また、かかる構成のキャパシタはリニアL
SIで多用されるキャパシタとして用いることができ
る。これによりリニアLSIの集積度の向上が図れる。
さらに、スイッチキャパシタの容量として用いることに
より、小面積で抵抗をつくりだすこともできるなど様々
な応用が可能である。In addition, the capacitor having such a configuration has a linear L
It can be used as a capacitor frequently used in SI. As a result, the degree of integration of the linear LSI can be improved.
Further, by using the capacitance of the switch capacitor, it is possible to create a resistance in a small area, and various applications are possible.
【0148】本装置を用いて下記の様なデバイスを作製
することもできる。つまり、クリーニングチャンバ10
1cでSi表面のクリーニングを行った後、配線チャン
バ101dにてSi表面にSiO2を例えば約3nmの
厚みで形成し、その後絶縁薄膜用スパッタチャンバ10
1bにおいて強誘電体薄膜を形成する。そして、その強
誘電体薄膜の上にSiO2膜を形成した後チャンバ10
1aにおいてSiを形成することにより、ポリSi−S
iO2−強誘電体薄膜−SiO2−Siの五層構造が実現
できる。これをゲートのパターンに形成し、ソース・ド
レインをイオン注入等により形成すると高速の不揮発性
メモリが実現できる。すなわち、ゲート電極にかけた電
圧により強誘電体の自発分極の向きを制御しこれにより
MOS型デバイスのON−OFF状態をコントロールす
る。これにより、ホットエレクトロン注入型のEPRO
M素子に比べ高速のデータ書き換えが可能となる。ま
た、この装置を用いて、酸化物超電導体薄膜(例えばY
−Ba−Cu−Oなど)の形成も行える。すなわち、チ
ャンバ101bで所定の組成の薄膜を形成した後、酸化
チャンバ101dにて酸素濃度をコントロールする。Using the present apparatus, the following device can also be manufactured. That is, the cleaning chamber 10
After cleaning the Si surface in 1c, SiO 2 is formed on the Si surface in a thickness of, for example, about 3 nm in the wiring chamber 101d.
At 1b, a ferroelectric thin film is formed. After forming an SiO 2 film on the ferroelectric thin film, the chamber 10
1a, the poly-Si—S
iO 2 - ferroelectric thin film -SiO 2 -Si a five-layer structure can be realized. If this is formed in a gate pattern and the source and drain are formed by ion implantation or the like, a high-speed nonvolatile memory can be realized. That is, the direction of the spontaneous polarization of the ferroelectric is controlled by the voltage applied to the gate electrode, thereby controlling the ON-OFF state of the MOS device. Thereby, the hot electron injection type EPRO
Data can be rewritten at a higher speed than the M element. Also, using this apparatus, an oxide superconductor thin film (for example, Y
-Ba-Cu-O) can also be formed. That is, after a thin film having a predetermined composition is formed in the chamber 101b, the oxygen concentration is controlled in the oxidation chamber 101d.
【0149】以上述べたように本装置によって、超LS
Iに必要とされる各種の多層薄膜構造を優れた膜質およ
び界面特性で、しかも低温下で形成することができるよ
うになる。特に、コレクタ形成後の配線形成は、多層配
線構造を含めてすべて常温で行なえる。As described above, the super LS is realized by this apparatus.
Various multilayer thin film structures required for I can be formed with excellent film quality and interface characteristics at a low temperature. In particular, wiring formation after formation of the collector can be performed at room temperature, including the multilayer wiring structure.
【0150】このことはASIC(Application Specif
ic IC)などの応用には大きな自由度が得られ非常に重
要である。またこのように低温プロセスが可能であるこ
とは、チャンバ材料をはじめ、真空部品その他の材料の
選択にあたっても、自由度が大きく、装置の設計並びに
製作が容易になるなどの有利性もある。以上の説明では
SiLSIを主体としてきたが、その他化合物半導体、
石英基板などのいかなる材料に対しても同様に応用でき
ることはいうまでもない。This is because ASIC (Application Specif.
It is very important for applications such as ic IC) because it gives a great degree of freedom. The fact that such a low-temperature process is possible also has the advantage that the degree of freedom is large in the selection of chamber parts, vacuum components and other materials, and that the design and manufacture of the apparatus become easy. In the above description, SiLSI was mainly used, but other compound semiconductors,
It goes without saying that the present invention can be similarly applied to any material such as a quartz substrate.
【0151】なお、4つのチャンバを組合わせた場合を
代表例として述べたが、必要に応じて組合せを変更した
り、数を増減してもかまわない。Although the case where four chambers are combined has been described as a typical example, the combination may be changed or the number may be increased or decreased as needed.
【0152】上記実施例では各種減圧室へのウエハの出
し入れをウエハサセプタを移動(図1の場合は上下方向
への移動)させることにより行う場合を示したが、以下
に、ウエハサセプタを固定式とした場合の実施例につい
て説明する。In the above embodiment, the case where the wafer is taken in and out of the various decompression chambers by moving the wafer susceptor (in the case of FIG. 1 up and down) is shown. An embodiment will be described.
【0153】本例では、各減圧室101a〜101cの
ゲートバルブ105a〜105cに対向する位置に、ト
ランスポートチャンバ104を横切って減圧室101a
〜101c方向に前後移動可能であり、先端にウエハを
握持するための握持手段を有する可動アームを設けてあ
る。この可動アームはその先端の握持手段でウエハから
受け渡しを行なうことができる。In this example, the decompression chambers 101a to 101c are located at positions facing the gate valves 105a to 105c across the transport chamber 104.
A movable arm is provided at the front end, which can move back and forth in the direction of 101c to 101c and has gripping means for gripping the wafer. The movable arm can be transferred from the wafer by the gripping means at the tip thereof.
【0154】次に本例におけるウエハの搬送手順例を図
2に基づき説明する。Next, an example of a wafer transfer procedure in this embodiment will be described with reference to FIG.
【0155】まず、処理すべきウエハ106eをロード
室102のウエハホルダ107e上に載置しておく。こ
の載置されたウエハ106eを可動アーム130e先端
の握持手段により保持し、可動アームをトランスポート
チャンバ104内へ前進させる。ゲートバルブ105e
を開け、可動アーム130eを前進させ、トランスポー
トチャンバ104に待機する搬送車511にウエハ10
6eを受け渡す。受け渡し後、可動アーム130eは後
退し、後退後ゲートバルブ105eは閉じられる。First, the wafer 106e to be processed is placed on the wafer holder 107e in the load chamber 102. The loaded wafer 106e is held by the gripping means at the tip of the movable arm 130e, and the movable arm is advanced into the transport chamber 104. Gate valve 105e
Is opened, the movable arm 130e is advanced, and the wafer 10 is
6e. After the delivery, the movable arm 130e retreats, and after retreating, the gate valve 105e is closed.
【0156】一方、ウエハ106eを受け取った搬送車
511は、軌道512上を、クリーニングチャンバ10
1cの前まで移動する。クリーニングチャンバ101b
の前で停止後、ゲートバルブ105cを開け、可動アー
ム130cを前進させ、搬送車上のウエハを握持する。
ウエハを握持した状態で可動アーム130eをさらに前
進させ、クリーニングチャンバ101cのウエハホルダ
107cにウエハを受け渡す。受け渡し後可動アームを
後退させ、ゲートバルブ105cを閉じる。また、各減
圧室相互間のウエハの搬送も同様に行えばよい。以上の
ようにして真空状態を変えることなくウエハの搬送を行
うことができる。On the other hand, the transfer vehicle 511 that has received the wafer 106e moves along the track 512 to the cleaning chamber 10.
Move to before 1c. Cleaning chamber 101b
After the stop, the gate valve 105c is opened, the movable arm 130c is advanced, and the wafer on the carrier is gripped.
While holding the wafer, the movable arm 130e is further advanced to transfer the wafer to the wafer holder 107c of the cleaning chamber 101c. After the delivery, the movable arm is retracted, and the gate valve 105c is closed. The transfer of the wafer between the decompression chambers may be performed in the same manner. As described above, the wafer can be transferred without changing the vacuum state.
【0157】なお、図示はされていないが、トランスポ
ートチャンバ104、各減圧室101a〜101c、ロ
ードチャンバ102、アンロードチャンバ103には排
気装置が接続されていることは上記実施例と同様であ
る。Although not shown, an exhaust device is connected to the transport chamber 104, each of the decompression chambers 101a to 101c, the load chamber 102, and the unload chamber 103, as in the above embodiment. .
【0158】[0158]
【発明の効果】請求項1の発明によれば、隣接する2つ
の減圧室を仕切る隔壁に形成された開口部を開閉自在と
するように構成された薄膜形成装置のゲートバルブにお
いて、前記開口部を覆うように形成された薄板と、該薄
板をその板面と略平行な方向に揺動させるための駆動手
段と、前記薄板と前記隔壁との間に直流電圧を印加する
ための電圧供給手段とを備える構成としたので、二つの
減圧室を連通させる開口部の開閉が速やかに行なえ、し
かも、静電吸着により強力な開口部の真空シール状態が
実現されるので、超高密度集積回路等に用いられる種々
な薄膜形式におけるウエハの枚葉処理を敏速かつ円滑に
行なえ、発塵等による減圧室の汚染の恐れもなく、超高
集積化、高信頼化が要求され集積回路等の高速作製に貢
献できる。According to the first aspect of the present invention, there is provided a gate valve of a thin film forming apparatus configured to be capable of opening and closing an opening formed in a partition partitioning two adjacent decompression chambers. , A driving means for swinging the thin plate in a direction substantially parallel to the plate surface, and a voltage supply means for applying a DC voltage between the thin plate and the partition The opening that connects the two decompression chambers can be quickly opened and closed, and a strong vacuum sealing state of the opening is realized by electrostatic attraction. It can process wafers quickly and smoothly in various thin film types used for manufacturing, without the risk of contamination of the decompression chamber due to dust generation, etc. Can contribute to
【0159】請求項2の発明によれば、前記薄板は、少
なくとも前記開口部の外周部と対向する側の板面が、前
記外周部との摩擦係数を小とする粗さの面に形成されて
いるので、請求項1の発明の効果に加え、薄板と開口部
の外周部との摩擦が低減され、作業の円滑化がさらに促
進される。According to the invention of claim 2, in the thin plate, at least a plate surface on a side facing the outer peripheral portion of the opening is formed with a surface having a roughness that reduces a coefficient of friction with the outer peripheral portion. Therefore, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, the friction between the thin plate and the outer peripheral portion of the opening is reduced, and the work is further facilitated.
【図1】本発明のゲートバルブが適用される薄膜形成装
置の一例を示すシステム図である。FIG. 1 is a system diagram showing an example of a thin film forming apparatus to which a gate valve of the present invention is applied.
【図2】薄膜形成装置の他の例の要部を示すの断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing a main part of another example of the thin film forming apparatus.
【図3】ウエハとターゲットとの位置関係を示す側面図
である。FIG. 3 is a side view showing a positional relationship between a wafer and a target.
【図4】薄膜構造を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a thin film structure.
【図5】スパッタチャンバの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a sputtering chamber.
【図6】スパッタチャンバの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a sputtering chamber.
【図7】スパッタチャンバの模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a sputtering chamber.
【図8】スパッタチャンバの模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a sputtering chamber.
【図9】スパッタチャンバの模式図である。FIG. 9 is a schematic view of a sputtering chamber.
【図10】スパッタチャンバと真空排気装置およびガス
供給装置との接続関係の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a connection relationship between a sputtering chamber, a vacuum exhaust device, and a gas supply device.
【図11】ガス中の水分濃度が表面粗さに与える影響を
示す顕微鏡写真である。FIG. 11 is a photomicrograph showing the effect of moisture concentration in gas on surface roughness.
【図12】脱ガス特性の実験装置を示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing an experimental apparatus for degassing characteristics.
【図13】図12の実験の結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the results of the experiment of FIG.
【図14】配管の昇温タイムチャートである。FIG. 14 is a heating time chart of a pipe.
【図15】成膜の深さに対する元素分布を示すグラフで
ある。FIG. 15 is a graph showing an element distribution with respect to a film formation depth.
【図16】シール材の一例を示す正面図および断面図で
ある。16A and 16B are a front view and a cross-sectional view illustrating an example of a sealing material.
【図17】ターゲットの交換を示す機構を説明する図で
ある。FIG. 17 is a view for explaining a mechanism indicating replacement of a target.
【図18】周波数に対するターゲットの電流電圧特性を
示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing current-voltage characteristics of a target with respect to frequency.
【図19】ターゲット保持の一例を示す概念図である。FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating an example of target holding.
【図20】本発明に係る高速ゲートバルブの例を説明す
る図である。FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a high-speed gate valve according to the present invention.
【図21】(a)は本発明に係る高速ゲートバルブの例
を説明する図であり、(b)はゲートバルブの他の例を
示す側面図である。21A is a diagram illustrating an example of a high-speed gate valve according to the present invention, and FIG. 21B is a side view illustrating another example of the gate valve.
【図22】Siウエハ上に形成されたAl薄膜の顕微鏡
写真である。FIG. 22 is a micrograph of an Al thin film formed on a Si wafer.
【図23】電子線回析写真である。FIG. 23 is an electron beam diffraction photograph.
【図24】Cu薄膜におけるウエハバイアスとX線強度
との関係を示すグラフである。FIG. 24 is a graph showing the relationship between wafer bias and X-ray intensity in a Cu thin film.
【図25】薄膜構造の断面概念図である。FIG. 25 is a conceptual sectional view of a thin film structure.
【図26】図25に示す構造におけるショットキー接合
の電流、電圧特性を示すグラフである。26 is a graph showing current and voltage characteristics of a Schottky junction in the structure shown in FIG.
【図27】図25に示す構造におけるウエハバイアスと
ショットキーバリヤの高さとの関係を示すグラフであ
る。FIG. 27 is a graph showing a relationship between a wafer bias and a height of a Schottky barrier in the structure shown in FIG. 25;
【図28】(100)Si、ウエハに形成したSi薄膜
の反射電子線回析像を示す写真である。FIG. 28 is a photograph showing a reflected electron beam diffraction image of a (100) Si, Si thin film formed on a wafer.
【図29】配線構造を示す断面概念図である。FIG. 29 is a conceptual sectional view showing a wiring structure.
【図30】従来のゲートバルブを説明するための側面図
である。FIG. 30 is a side view for explaining a conventional gate valve.
101a 金属薄膜形成用のスパッタチャンバ(プロセ
スチャンバ)、 101b 絶縁薄膜形成用のスパッタチャンバ(プロセ
スチャンバ)、 101c クリーニングチャンバ(プロセスチャン
バ)、 101d 酸化チャンバ(プロセスチャンバ)、 102 ローディングチャンバ、 103 アンロードチャンバ、 104 トランスポートチャンバ、 105a,105b,105c,105d,105e,
105f ゲートバルブ、 106a,106c,106e ウエハ、 107a,107b,107c,107d、107e
ウエハホルダ、 107f ウエハステージ、 108a,108b,108c,108d ターゲット
チャンバ、 109a,109b,109c,109d ターゲッ
ト、 110a,110b,110c,110d,112a,
112b,112c,112d 同調回路、 111a,111b,111c,111d,113a,
113b,113c,113d RF電源、 114 ウエハチャック、 130e 可動アーム、 301 シリコン基板、 302 N+層、 303 絶縁膜、 304、306 Al薄膜、 305 Al2O3膜、 401 ターゲットホルダ電極、 402 壁材、 403、420 ベローズ、 404 ウエハ、 405 静電チャック電極、 406 シール部品(オーリング)、 406’、407 フランジ面、 408 オーリング、 409 被膜、 410 金属電極、 411、421 絶縁碍子、 412 導入電極、 413 ヒータ、 414 ファイバ温度計、 415 ホルダ電極、 416 電極、 417 磁石、 418 パイプ、 419 グラウンド・シールド、 4101、4108、4109、4112 直流電源、 4102 高周波フィルタ、 4103 RF電源、 4104 整合回路、 4105 ブロックキングコンデンサ、 4106、4116 回路、 4107、4111 スイッチ、 4110 電極、 4113 RF電源、 4201 ストッパ、 4203 アース、 501 磁気浮上式のロータを有するターボ分子ポンプ
(真空排気装置)、 502 ロータリーポンプ、 503 オイルトラップ、 501’、502’、503’ 真空排気系、 504 ガス供給装置、 505 パージライン、 506 バルブ、 507 マスフローコントローラ、 508 ウエハホルダ、 509 静電チャック、 510 アーム、 511 搬送車、 512 軌道、 601 ガス純化装置、 602 SUSパイプ、 603 APIMS(大気圧イオン化マス分析装置)、 604 電源、 1001 オーリング、 1002 板バネ状のリング(メタルリング)、 1003 開放部、 1004 内部、 1012、1101、1102、1103 ターゲッ
ト、 1102' ターゲット1102の上面、 1104 切り欠き部、 1105 ターゲットストッカ、 1105' 凹溝、 1106 回転軸、 1107 板バネ、 1108 導電性材料、 1190 コイルスプリング、 1191 受け台、 1301 ターゲット、 1302 薄板、 1303 磁石、 1304 ターゲットホルダ、 1305 永久磁石、 1401 薄板、 1402、1402’ 1対のアーム(駆動手段)、 1404、1404’ ピン、 1405 シール用フランジ、 1406、1409 絶縁板、 1407 チャンバ壁、 1408 金属電極、 1410、1410’ ゲート板、 1410” 連結基板、 1411 オーリング、 1420 リンク片、 1421 コイルスプリング、 1422 隔壁、 1423 開口部、 1424 ストッパ、 1441 回動軸、 1430、1431 チャンバ、 1801 N型(100)のSi層、 1802 SiO2層、 1803 コンタクトホール、 1804 Cu層、 2201 配線(Al薄膜)、 2202 Al2O3膜、 2203 Al電極。101a Sputter chamber (process chamber) for forming a metal thin film, 101b Sputter chamber (process chamber) for forming an insulating thin film, 101c Cleaning chamber (process chamber), 101d Oxidation chamber (process chamber), 102 loading chamber, 103 unload chamber , 104 transport chamber, 105a, 105b, 105c, 105d, 105e,
105f Gate valve, 106a, 106c, 106e Wafer, 107a, 107b, 107c, 107d, 107e
Wafer holder, 107f wafer stage, 108a, 108b, 108c, 108d target chamber, 109a, 109b, 109c, 109d target, 110a, 110b, 110c, 110d, 112a,
112b, 112c, 112d tuning circuit, 111a, 111b, 111c, 111d, 113a,
113b, 113c, 113d RF power supply, 114 wafer chuck, 130e movable arm, 301 silicon substrate, 302 N + layer, 303 insulating film, 304, 306 Al thin film, 305 Al 2 O 3 film, 401 target holder electrode, 402 wall material , 403, 420 bellows, 404 wafer, 405 electrostatic chuck electrode, 406 sealing parts (O-ring), 406 ', 407 flange surface, 408 O-ring, 409 coating, 410 metal electrode, 411, 421 insulator, 412 introduction electrode , 413 heater, 414 fiber thermometer, 415 holder electrode, 416 electrode, 417 magnet, 418 pipe, 419 ground shield, 4101, 4108, 4109, 4112 DC power supply, 4102 high frequency filter, 4103 RF power supply, 4104 Matching circuit, 4105 Blocking capacitor, 4106, 4116 circuit, 4107, 4111 switch, 4110 electrode, 4113 RF power supply, 4201 stopper, 4203 ground, 501 Turbo molecular pump (vacuum exhaust device) having magnetically suspended rotor, 502 Rotary pump, 503 oil trap, 501 ′, 502 ′, 503 ′ vacuum pumping system, 504 gas supply device, 505 purge line, 506 valve, 507 mass flow controller, 508 wafer holder, 509 electrostatic chuck, 510 arm, 511 carrier, 512 track, 601 gas purifier, 602 SUS pipe, 603 APIMS (atmospheric pressure ionization mass analyzer), 604 power supply, 1001 O-ring, 1002 leaf spring ring 1003 opening, 1004 inside, 1012, 1101, 1102, 1103 target, 1102 'top of target 1102, 1104 cutout, 1105 target stocker, 1105' concave groove, 1106 rotation axis, 1107 leaf spring, 1108 conductive Material, 1190 coil spring, 1191 cradle, 1301 target, 1302 thin plate, 1303 magnet, 1304 target holder, 1305 permanent magnet, 1401 thin plate, 1402, 1402 '1 pair of arms (driving means), 1404, 1404' pin, 1405 Sealing flange, 1406, 1409 Insulating plate, 1407 Chamber wall, 1408 Metal electrode, 1410, 1410 'Gate plate, 1410 "Connecting board, 1411 O-ring, 1420 Li Click pieces, 1421 coil spring, 1422 bulkhead, 1423 opening, 1424 stoppers, 1441 pivot axis, 1430 and 1431 chamber, Si layers 1801 N-type (100), 1802 SiO 2 layer, 1803 a contact hole, 1804 Cu layer, 2201 wiring (Al thin film), 2202 Al 2 O 3 film, 2203 Al electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/31 B01J 19/08 C23C 14/56 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/285 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/31 B01J 19/08 C23C 14/56 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/285
Claims (2)
成された開口部を開閉自在とするように構成された薄膜
形成装置のゲートバルブにおいて、前記開口部を覆うよ
うに形成された薄板と、該薄板をその板面と略平行な方
向に揺動させるための駆動手段と、前記薄板と前記隔壁
との間に直流電圧を印加するための電圧供給手段とを備
えたことを特徴とする薄膜形成装置のゲートバルブ。A thin plate formed so as to cover said opening in a gate valve of a thin film forming apparatus configured to be capable of opening and closing an opening formed in a partition partitioning two adjacent decompression chambers. A drive unit for swinging the thin plate in a direction substantially parallel to the plate surface, and a voltage supply unit for applying a DC voltage between the thin plate and the partition. Gate valve for thin film forming equipment.
周部と対向する側の板面がRmax0.1μm以下である
請求項1記載の薄膜形成装置のゲートバルブ。2. The gate valve according to claim 1, wherein the thin plate has a surface of at least Rmax 0.1 μm or less on a side facing an outer peripheral portion of the opening.
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JP63-3522 | 1988-11-01 | ||
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-
1995
- 1995-11-30 JP JP33794595A patent/JP2882765B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH08330291A (en) | 1996-12-13 |
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