JP2000223440A - スパッタリング装置及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマの拡散を防止し、前工程エッチング
のような処理を行うのに実用的な構成を備えた装置を提
供する。 【解決手段】 処理チャンバー２Ｄ内のプラズマ形成空
間を覆うようにして設けられたシールド８１は、一端が
閉じていて他端が開口である。基板ホルダー５は、シー
ルド８１の開口を閉じる閉位置と開く開位置との間で移
動機構５８により移動する。ガス導入手段６が導入した
ガスに、基板ホルダー５と一体に移動する整合器７２を
介して高周波電源７１から高周波エネルギーが与えられ
てプラズマＰが形成され、閉位置にある基板ホルダー５
に保持された基板９の表面が前工程エッチング処理され
る。シールド８１及び基板ホルダー５によりプラズマＰ
の拡散が防止され、処理が均一になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、基板の表面に
所定の薄膜を作成するスパッタリング装置及び高周波を
利用して基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種メモリやロジック等の半導体デバイ
スでは、各種配線膜の作成や異種層の相互拡散を防止す
るバリア膜の作成等の際にスパッタリングプロセスを用
いており、スパッタリング装置が多用されている。この
ようなスパッタリング装置に要求される特性は色々ある
が、基板に形成されたホールの内面にカバレッジ性よく
被覆できることが、最近強く求められている。

【０００３】具体的に説明すると、例えばＤＲＡＭ等で
多用されているＦＥＴ（電界効果トランジスタ）では、
拡散層の上に設けたコンタクトホールの内面にバリア膜
を設けてコンタクト配線層と拡散層とのクロスコンタミ
ネーションを防止する構造が採用される。また、各モメ
リセルの配線を行う多層配線構造では、下層配線と上層
配線とをつなぐため、層間絶縁膜にスルーホールを設け
このスルーホール内を層間配線で埋め込むことが行われ
るが、この際にも、スルーホール内にバリア膜を作成し
て、クロスコンタミネーションを防止した構造が採られ
る。

【０００４】このようなホールは、集積度の増加を背景
として、そのアスペクト比（ホールの開口の直径又は幅
に対するホールの深さの比）が年々高くなってきてい
る。例えば、６４メガビットＤＲＡＭでは、アスペクト
比は４程度であるが、２５６メガビットでは、アスペク
ト比は５〜６程度になる。バリア膜の場合、ホールの周
囲の面への堆積量に対して１０から１５％の量の薄膜を
ホールの底面に堆積させる必要があるが、高アスペクト
比のホールについては、ボトムカバレッジ率（ホールの
周囲の面への成膜速度に対するホール底面への堆積速度
の比）を高くして成膜を行うことが困難である。ボトム
カバレッジ率が低下すると、ホールの底面でのバリア膜
が薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に
致命的な欠陥を与える恐れがある。

【０００５】一方、スパッタリングプロセスにおいて
は、下地である基板の表面に対する薄膜の密着性や電気
特性等を向上させるため、成膜に先だって基板の表面を
エッチングによってクリーニングすることが行われてい
る。例えば基板の表面には自然酸化膜や表面保護膜が形
成されている場合があり、このような膜の上に薄膜を作
成すると、薄膜の密着性が低下したり、比抵抗等の電気
特性が悪くなったりする場合がある。そこで、このよう
な自然酸化膜等をエッチングによって除去するクリーニ
ングが予め行われる。

【０００６】従来のスパッタリング装置では、上記成膜
前のエッチングによるクリーニング（以下、前工程エッ
チング）をプラズマの作用によって行っている。図４
は、従来のスパッタリング装置における前工程エッチン
グを行うための構成について説明した正面断面概略図で
ある。図４に示すように、従来のスパッタリング装置
は、スパッタリングを行うスパッタチャンバーとは別の
処理チャンバー２００と、この処理チャンバー２００内
に設けられた基板ホルダー２０１と、この処理チャンバ
ー２００内に所定のガスを導入するガス導入手段２０２
と、ガス導入手段２０２により導入されたガスにエネル
ギーを与えて基板ホルダー２０１を臨む処理チャンバー
２００内のプラズマ形成空間にプラズマＰを形成するプ
ラズマ形成手段２０３とを備えている。

【０００７】プラズマ形成手段２０３は、基板ホルダー
２０１を介してプラズマ形成空間に高周波電界を設定す
るようになっており、ガス導入手段２０２により導入さ
れたガスに高周波放電を生じさせてプラズマＰを形成す
るようになっている。プラズマＰが形成されると、プラ
ズマＰと高周波との相互作用により、負の直流分の電圧
である自己バイアス電圧が基板ホルダー２０１の表面に
与えられ、この自己バイアス電圧により正イオンが基板
９の表面に入射する。この結果、基板９の表面の自然酸
化膜等がスパッタエッチングされ、クリーニングされ
る。

【０００８】上記クリーニングの際、基板９の表面から
削り取られたもの（以下、削除物と総称して呼ぶ）が、
処理チャンバー２００内の構造物の表面（処理チャンバ
ー２００自体の内面も含む）に付着すると、経時的に薄
膜へと成長する。そして、この薄膜がある程度の厚さに
達すると、自重や内部応力等によって剥離落下すること
がある。剥離落下する薄膜は、ある程度の大きさの微粒
子となり、処理チャンバー２００内を漂う。そして、時
として基板９の表面に到達してしまう。この結果、基板
９の表面が汚損されてしまうことになる。特に、微粒子
が絶縁物である場合には、基板９の表面に既に形成され
ている回路を断線させてしまったりする重大な問題を招
く場合がある。

【０００９】このような問題を未然に防止するため、削
除物が処理チャンバー２００内の構造物の表面に到達す
るのを防止するシールド２０４が従来から設けられてい
る。シールド２０４は、基板９から放出される削除物が
処理チャンバー２００の内面等に付着するのを防止する
ためのものであるから、基板９の表面を覆う構成のもの
である。但し、上述したプラズマＰが形成される空間が
得られるよう、シールド２０４は大きな内部空間を有し
ている。即ち、図４に示すように、シールド２０４は、
全体としては一端が閉じているほぼ円筒状の部材であ
り、他端の開口を塞ぐように基板ホルダー２０１が設け
られている。

【００１０】また、シールド２０４は、プラズマＰが不
必要に拡散したり放電が不必要な場所で生じないように
する目的でも設けられている。例えばプラズマＰが処理
チャンバー２００の内面付近にまで拡散したり内面付近
で放電が生じたりすると、処理チャンバー２００の内面
がスパッタエッチングされる恐れがある。処理チャンバ
ー２００の内面がスパッタエッチングされると、処理チ
ャンバー２００の内面が削られて摩耗してしまう問題が
ある。特に問題なのは、スパッタエッチングされて放出
された処理チャンバー２００の材料が基板９の表面に到
達すると、基板９の表面を汚損し、回路不良等の製品欠
陥を招くことである。

【００１１】このような問題を防止するため、シールド
２０４によってプラズマＰが不必要に拡散したり放電が
不必要な場所で生じないようにしている。具体的には、
シールド２０４は、アルミ等の金属製であり、処理チャ
ンバー２００に短絡されていて接地電位に維持されるよ
うになっている。このため、シールド２０４と処理チャ
ンバー２００とは同電位であり、その間の空間には放電
が生じないようになっている。また、図４に示すよう
に、シールド２０４はプラズマＰを形成する空間を基板
ホルダー２０１とともに取り囲む形状となっている。従
って、シールド２０４外へのプラズマＰの拡散が抑制さ
れている。

【００１２】上述したようにシールド２０４は削除物を
閉じ込めるものであるから、シールド２０４の内面には
当然のことながら削除物が付着し、経時的に薄膜に成長
する。この薄膜が剥離落下すると、前述したように基板
９を汚損する微粒子となる。そこで、シールド２０４の
内面には、薄膜の剥離落下を防止する構成が採用されて
いる。具体的には、シールド２０４の内面をブラスト処
理等によって凹凸面とし、薄膜が内面に捕捉されるよう
にして剥離落下を防止している。薄膜の剥離落下が防止
されているとはいえ、薄膜がある程度以上の厚さになる
と、自重等により剥離落下する恐れがある。このため、
所定回数の前工程エッチングを繰り返した後、シールド
２０４は処理チャンバー２００から取り出され、新品又
は薄膜を除去したものと交換されるようになっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスパッ
タリング装置において、前工程エッチングを行う処理チ
ャンバー２００内に設けられたシールド２０４には、基
板９の出し入れためのスペースである開口２０５が設け
られている。シールド２０４は、プラズマＰの拡散を防
止するためのものであるものの、この開口２０５からプ
ラズマＰが拡散してしまう問題があった。開口２０５か
らプラズマＰが拡散すると、開口２０５の位置の内側付
近でその分だけプラズマ密度が低下する。このため、そ
のプラズマ密度が低下した部分の下方に位置する基板９
の表面上の箇所では、スパッタエッチングの速度が低下
してしまう。つまり、処理が不均一になる問題があっ
た。

【００１４】開口２０５からのプラズマＰの拡散を防止
するには、開口２０５を塞ぎ板によって塞ぐ構成も考え
られる。しかしながら、このような構成によってもプラ
ズマＰの拡散は完全には防止できない。開口２０５は基
板９の出し入れのためのスペースであるから、ある程度
の大きさが必要であり、開口２０５を設ける以上、プラ
ズマの拡散は避けられなかった。

【００１５】本願の発明は、このような課題を解決する
ためになされたものであり、前工程エッチングのような
処理を行うのに実用的な構成を備えた装置を提供する技
術的意義がある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、スパッタリングによ
って基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング
装置であって、スパッタリングを行うスパッタチャンバ
ーとは別に設けられた処理チャンバーと、この処理チャ
ンバー内に設けられた基板ホルダーと、処理チャンバー
内に所定のガスを導入するガス導入手段と、ガス導入手
段により導入されたガスにエネルギーを与えて基板ホル
ダーを臨む処理チャンバー内のプラズマ形成空間にプラ
ズマを形成するプラズマ形成手段とを備え、前記スパッ
タリングによる成膜の前に、前記プラズマ形成手段によ
り形成されるプラズマ中の生成種によって基板の表面を
エッチングしてクリーニングするスパッタリング装置で
あるとともに、前記処理チャンバー内には、前記プラズ
マ形成空間を覆うようにしてシールドが設けられてお
り、このシールドは一端が閉じていて他端が開口である
筒状の部材であって他端の開口以外には開口が無い形状
であり、さらに、前記基板ホルダーには移動機構が備え
られており、この移動機構は、前記基板ホルダーの基板
を保持する側の面によってシールドの他端の開口が閉じ
られる位置又はプラズマが進入しない程度の僅かな隙間
を残して前記基板ホルダーの基板を保持する側の面がシ
ールドの他端の開口の縁に接近した位置である閉位置
と、前記基板ホルダーに基板を保持させる動作及び前記
基板ホルダーから基板を取り去る動作が可能となるよう
に前記基板ホルダーの基板を保持する側の面がシールド
の他端の開口の縁から所定距離離間した位置である開位
置との間で、前記基板ホルダーを移動させるものである
という構成を有する。また、上記課題を解決するため、
請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、
前記移動機構は、前記ガス導入手段が前記所定のガスを
導入した後に前記基板ホルダーを閉位置に移動させるも
のであるという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の
構成において、前記プラズマ形成手段は、基板ホルダー
の一部として設けられた高周波電極に整合器を介して高
周波を印加してプラズマを形成するものであり、前記移
動機構は、前記基板ホルダーと整合器とを一体に移動さ
せるものであるという構成を有する。また、上記課題を
解決するため、請求項４記載の発明は、基板の表面に所
定の処理を施す基板処理装置であって、処理チャンバー
内に設けられた基板ホルダーと、処理チャンバー内で基
板の位置を変更するために基板ホルダーを移動させる移
動機構と、整合器を介して基板ホルダーに高周波電圧を
印加する高周波電源とを備えており、前記移動機構は、
基板ホルダーと整合器とを一体に移動させるものである
という構成を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、本願発明の実施形態のスパッタ
リング装置の構成を説明する平面概略図である。図１に
示すスパッタリング装置は、マルチチャンバータイプの
装置であり、中央に配置されたセパレーションチャンバ
ー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に設けられ
た複数の処理チャンバー２及び二つのロードロックチャ
ンバー３とからなるチャンバー配置になっている。各チ
ャンバー１，２，３は、専用又は兼用の排気系によって
排気される真空容器である。各チャンバー１，２，３同
士の接続個所には不図示のゲートバルブが設けられてい
る。

【００１８】セパレーションチャンバー１は、各処理チ
ャンバー２を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚
染を防止するとともに、各処理チャンバー２やロードロ
ックチャンバー３への基板搬送の経由空間となるもので
ある。即ち、セパレーションチャンバー１内には、搬送
ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、
一方のロードロックチャンバー３から基板９を一枚ずつ
取り出し、各処理チャンバー２に送って順次処理を行う
ようになっている。そして、最後の処理を終了した後、
他方のロードロックチャンバー３に戻すようになってい
る。

【００１９】処理チャンバー２の一つは、スパッタチャ
ンバー２Ａとして構成される。スパッタチャンバー２Ａ
内には、成膜する材料よりなるターゲット、ターゲット
をスパッタするための電力印加機構やガス導入手段、マ
グネトロンスパッタリングのための磁石機構、所定位置
に基板を保持する基板ホルダー等が設けられる。また、
他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリングの前に
基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２Ｂとして
構成され、さらに他の処理チャンバー２の一つは、スパ
ッタリング後に基板９を冷却する冷却チャンバー２Ｃ等
として構成される。さらに、他の処理チャンバー２の一
つは、前工程エッチングを行うエッチングチャンバー２
Ｄとして構成される。本実施形態の大きな特徴点は、こ
のエッチングチャンバー２Ｄにある。

【００２０】図２は、図１に示すスパッタリング装置に
おけるエッチングチャンバー２Ｄの構成を説明する正面
断面概略図である。図２に示すように、本実施形態のス
パッタリング装置は、排気系２０を備えたエッチングチ
ャンバー２Ｄと、エッチングチャンバー２Ｄ内に設けら
れた基板ホルダー５と、エッチングチャンバー２Ｄ内に
所定のガスを導入するガス導入手段６と、ガス導入手段
６により導入されたガスにエネルギーを与えて基板ホル
ダー５を臨むエッチングチャンバー２Ｄ内の空間にプラ
ズマＰを形成するプラズマ形成手段７とを備えている。

【００２１】エッチングチャンバー２Ｄは、側壁部分に
ゲートバルブ２１を備えた気密な真空容器である。エッ
チングチャンバー２Ｄは、電気的には接地されている。
排気系２０は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備え
てエッチングチャンバー２Ｄ内を１０^−７Ｔｏｒｒ程度
まで排気可能に構成される。

【００２２】基板ホルダー５は、高さの低いほぼ円柱状
の外観を有する部材であり、エッチングチャンバー２Ｄ
内の下側位置に配置されている。この基板ホルダー５
は、基板９より大きな径の円盤状のホルダーステージ５
１と、ホルダーステージ５１の上に設けられた高周波電
極５２と、ホルダーステージ５１を支えるホルダー支柱
５３と、高周波電極５２に高周波を導入するための高周
波導入棒５４とから主に構成されている。ホルダーステ
ージ５１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には
接地されている。また、高周波電極５２は、図１に示す
ように断面凸状の円板状である。高周波電極５２の上面
は、基板９の直径より少し小さい。この高周波電極５２
は、アルミ等の金属で形成されている。また、高周波電
極５２の表面には全面にわたって絶縁膜が形成されてい
る。従って、高周波電極５２とホルダーステージ５１と
は絶縁されている。

【００２３】尚、高周波電極５２の周囲には、ホルダー
シールド５５が設けられている。このホルダーステージ
５１は、高周波電極５２の固定とともに高周波電極５２
の周囲での不要な放電を防止するためのものである。即
ち、ホルダーシールド５５は金属製であって、ホルダー
ステージ５１とともに接地されている。このため、高周
波電極５２の周囲に放電が生じてプラズマが回り込むの
が防止される。この部分にプラズマが回り込むと、高周
波電極５２の周縁部分の絶縁膜がエッチングされる問題
がある。エッチングされた絶縁膜の材料が基板９に付着
すると、基板９の汚損の原因となる。

【００２４】ホルダー支柱５３は、内部が空洞になって
いる。そして、高周波導入棒５４は、このホルダー支柱
５３の内部に配置されているとともに、ホルダーステー
ジ５１を貫通して先端が高周波電極５２に達している。
高周波導入棒５４は、銅等の金属で形成された丸棒状の
部材である。この高周波導入棒５４の周囲は、円筒状の
絶縁管５６で覆われている。また、ホルダー支柱５３内
に位置する高周波導入棒５４の部分の周囲には、アース
管５７が設けられている。アース管５７は、ホルダース
テージ５１の下面から下方に延びるよう設けられ、ホル
ダーステージ５１に短絡されている。アース管５７と高
周波導入棒５４との間には絶縁管５６が介在している。
また、高周波導入棒５４の先端は、高周波電極５２に対
して溶接されている。従って、高周波導入棒５４と高周
波電極５２とは短絡されている。

【００２５】上述のように、本実施形態では、基板ホル
ダー５全体に高周波電圧を印加するのではなく、基板ホ
ルダー５の一部である高周波電極５２のみに高周波導入
棒５４を介して高周波電圧を印加している。このため、
基板ホルダー５に設けるホルダーシールド５５の構成が
簡略化できている。即ち、基板ホルダー５全体に高周波
電圧が印加されると、不要な場所での放電を防止するた
め、基板載置面を除く基板ホルダー５のほぼ全面をホル
ダーシールド５５で覆う必要がある。しかしながら、本
実施形態では、高周波電極５２のみに高周波電圧を印加
しているため、高周波電極５２の周囲のみをホルダーシ
ールド５５で覆えばよく、ホルダーシールド５５の構成
が簡略化される。

【００２６】尚、基板ホルダー５には、基板９を静電気
によって吸着する静電吸着機構が必要に応じて設けられ
る。静電吸着機構は、例えば高周波電極５２として一対
の電極を採用し、この一対の電極に直流電圧を与えて直
流電圧を高周波に重畳させる直流電源を設けることで構
成できる。

【００２７】一方、基板ホルダー５の上方には、プラズ
マ形成空間を取り囲むシールド８１が設けられている。
シールド８１は、図４に示す従来の装置におけるシール
ド２０４と同様、削除物のエッチングチャンバー２Ｄ内
面等への付着防止とプラズマＰの拡散防止のためのもの
である。シールド８１はアルミ等の金属で形成されてお
り、エッチングチャンバー２Ｄに短絡されている。従っ
て、シールド８１も接地電位であり、シールド８１とエ
ッチングチャンバー２Ｄとの間には電界は設定されな
い。このため、この部分での放電が抑制されてプラズマ
Ｐの拡散が防止される。本実施形態の大きな特徴点の一
つは、シールド８１が一端が閉じていて他端が開口であ
る円筒状の部材であり、他端の開口以外には開口が無い
点である。

【００２８】また一方、ガス導入手段６は、プラズマ形
成手段７によってプラズマ化されるガスをエッチングチ
ャンバー２Ｄ内に導入するものである。本実施形態で
は、アルゴンガスをエッチングチャンバー２Ｄ内に導入
するようになっている。アルゴンガスのプラズマ中で
は、アルゴンのイオンが生成され、このイオンが基板９
に入射することでエッチングが行われる。ガス導入手段
６は、具体的には、アルゴンガスを貯めた不図示のガス
ボンベ、ガスボンベとエッチングチャンバー２Ｄとを繋
ぐ配管に設けたバルブや流量調整器等によって構成され
る。

【００２９】プラズマ形成手段７は、基板ホルダー５内
の高周波導入棒５４及び高周波電極５２を経由してエッ
チングチャンバー２Ｄ内のガスに高周波エネルギーを与
えるようになっている。具体的には、プラズマ形成手段
７は、基板ホルダー５内の高周波導入棒５４に高周波電
力を供給する高周波電源７１と、高周波電源７１からの
高周波の供給路に設けられた整合器７２とから主に構成
されている。高周波電源７１としては、本実施形態で
は、ＶＨＦ(Very High Frequency) 帯に属する高周波と
ＭＦ(Medium Frequency)帯に属する高周波とを重畳させ
て供給できるようになっている。具体的には、６０ＭＨ
ｚと４００ｋＨｚとを重畳させている。整合器７２は、
負荷側のインピーダンスを調整して反射波等を低減させ
るものである。

【００３０】また、エッチングチャンバー２Ｄの上側に
は、磁石８２が設けられている。磁石８２は、基板９へ
の前工程エッチングの分布を調整するものである。図３
を使用してこの磁石８２の効果について説明する。図３
は、図２に示す磁石８２の効果を説明する正面概略図で
ある。例えば、磁石８２として、基板９より少し大きな
径の円盤状の永久磁石が使用される。このような磁石８
２を使用すると、図３に示すように、プラズマから基板
９に向かう磁力線８３が設定される。この磁力線８３
は、外側に向けて拡散していく分布を有している。従っ
て、プラズマ中のイオンを基板９の表面の周辺部分に向
けて効率よく導く作用が得られる。このため、磁石８２
を配置しないと基板９の中心部分でエッチングが効率的
に進み周辺部分であまり進まないエッチング分布である
場合、磁石８２の作用によってこれが補正されて周辺部
分のエッチングの効率が向上してエッチング分布が均一
になる。

【００３１】磁石８２の構成は、磁石８２を配置しない
場合のエッチング分布がどのような形状であるかによっ
て決まる。エッチング分布を均一化させる磁場が得られ
るような磁石の構成が採用される。例えば、リング状の
永久磁石や電磁石等が用いられる場合もある。

【００３２】本実施形態のスパッタリング装置のもう一
つの大きな特徴点は、基板ホルダー５に移動機構５８が
設けられている点である。再び図２を使用してこの点を
具体的に説明する。移動機構５８は、基板ホルダー５の
ホルダー支柱５３を保持した保持アーム５８１と、保持
アーム５８１に連結された上下駆動源５８２とから主に
構成されている。図２に示すように、エッチングチャン
バー２Ｄの下面には開口が形成されており、ホルダー支
柱５３はこの開口に挿通されている。そして、ホルダー
支柱５３の下端には、アーム取り付け板５８３が固定さ
れている。保持アーム５８１の先端は、このアーム取り
付け板５８３に固定されている。

【００３３】上下駆動源５８２は、例えば保持アーム５
８１が螺合する上下方向に長い精密ねじと、精密ねじを
回転させるサーボモータ等から構成される。上下駆動源
５８２が駆動すると、精密ねじが回転して保持アーム５
８１が上下動する。この結果、基板ホルダー５が全体に
上下動する。尚、エッチングチャンバー２Ｄの下面の開
口の縁とアーム取り付け板５８３との間には、ベローズ
５８４が気密に設けられている。このため、ホルダー支
柱５３の上下動を許容しつつエッチングチャンバー２Ｄ
の下面の開口の部分の気密封止が図られている。

【００３４】上記移動機構５８は、プラズマＰが進入し
ない程度の僅かな隙間を残して基板ホルダー５の基板９
を保持する側の面がシールド８１の他端の開口の縁に接
近した位置である閉位置と、基板ホルダー５の基板９を
保持する側の面がシールド８１の他端の開口の縁から所
定距離離間した位置である開位置との間で、基板ホルダ
ー５を移動させるものである。

【００３５】即ち、移動機構５８は、基板ホルダー５を
上昇させて閉位置に位置させる。この位置は図２に点線
で示す位置であり、この位置では、基板ホルダー５の基
板９を保持する側の面とシールド８１の他端の開口の縁
とは、１〜２ｍｍ程度の僅かな隙間を残して接近してい
る。プラズマはある程度小さな空間になるとその空間に
は進入しない性質を有しており、この隙間を通ってのプ
ラズマＰの拡散が防止されるようになっている。尚、隙
間がどの程度小さければプラズマが拡散しないかは圧力
にも依存する。本実施形態のような装置が通常使用する
圧力範囲では、隙間の大きさが２ｍｍ以下であれば、問
題となるプラズマＰの拡散は生じない。

【００３６】また、隙間がゼロ即ち基板ホルダー５の基
板９を保持する側の面によってシールド８１の他端の開
口が閉じられるような構成であっても構わない。この場
合は、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面とシー
ルド８１の他端の開口の縁との衝突による破損を防止す
るため、緩衝材をどちらかに設けるとよい。緩衝材は、
ステンレス等の耐プラズマ性を有する材料である必要が
ある。

【００３７】また一方、移動機構５８は、基板ホルダー
５を下降させて、開位置に位置させる。この位置は図２
に実線で示す位置であり、この開位置では、基板ホルダ
ー５に基板９を保持させる動作及び前記基板ホルダーか
ら基板９を取り去る動作が可能となる。即ち、図１に示
すセパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１の
アームは、ゲートバルブ２１を通してエッチングチャン
バー２Ｄ内に進入し、基板ホルダー５に基板９を配置し
たり、基板ホルダー５から基板９を取り去ったりするこ
とができる。尚、「基板ホルダーの基板を保持する側の
面」とは、基板を実際に保持している面のみを意味する
表現ではなく、「基板ホルダー又は基板ホルダーに一体
的に取り付けられた他の部材の表面のうち基板を保持す
る側に位置している表面」という意味である。

【００３８】また、上述した整合器７２が基板ホルダー
５と一体に移動する構成は、高周波電極５２に印加する
高周波のインピーダンスマッチングを行う上で極めて好
ましい構成となっている。即ち、整合器７２が基板ホル
ダー５から離れた場所にあり、基板ホルダー５のみが移
動する構成である場合、整合器７２と基板ホルダー５と
の間の高周波の線路長が基板ホルダー５の移動によって
変化してしてしまう。このため、整合器７２の構成を最
適化してインピーダンスマッチングを行っても、基板ホ
ルダー５を移動させると整合器７２から負荷側のインピ
ーダンスが変化するため、最適な整合条件から外れてし
まうことがある。しかしながら、本実施形態では、整合
器７２が基板ホルダー５と一体に移動するので、このよ
うな問題がない。即ち、基板ホルダー５を移動させても
整合条件が大きく変化することはなく、インピーダンス
マッチングが最適に維持される。

【００３９】次に、上記構成に係る本実施形態のスパッ
タリング装置の動作について説明する。まず、図１に示
す一方の外部カセット４０に収容された所定数の未処理
の基板９が、オートローダ４によって一方のロードロッ
クチャンバー３内のロック内カセット３１に収容され
る。セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１
は、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ取り出
し、エッチングチャンバー２Ｄに送る。尚、エッチング
チャンバー２Ｄに送られる前又は後に、基板９は必要に
応じてプリヒートチャンバー２Ｂに送られて予備的に加
熱される。

【００４０】エッチングチャンバー２Ｄは、排気系によ
ってセパレーションチャンバー１と同程度まで予め排気
されており、図２に示すゲートバルブ２１が開けられて
基板９がエッチングチャンバー２Ｄ内に搬入される。移
動機構５８は基板ホルダー５を予め前述した開位置に移
動させており、搬送ロボット１１は、基板９を基板ホル
ダー５の上に載置する。ゲートバルブ２１を閉じた後、
エッチングチャンバー２Ｄ内を１０^−７Ｔｏｒｒ程度ま
で排気し、その後、ガス導入手段６を動作させる。ガス
導入手段６は、アルゴンガスを１０〜４０ｃｃ／分程度
の流量で導入する。その後、移動機構５８は基板ホルダ
ー５を上昇させ、基板ホルダー５を前述した閉位置に位
置させる。

【００４１】次に、プラズマ形成手段７を動作させる。
即ち、高周波電源７１から整合器７２を介して高周波導
入棒５４に高周波電力を供給する。例えば、周波数６０
ＭＨｚの高周波が１５００Ｗ程度、周波数４００ｋＨｚ
の高周波が３００Ｗ程度で供給される。高周波電力は、
高周波電極５２に伝わり、高周波電極５２に与えられる
高周波電圧によって上方のプラズマ形成空間に高周波電
界が設定される。ガス導入手段６によって導入されたガ
スは、この高周波電界からエネルギーが与えられ、プラ
ズマＰが形成される。そして、プラズマＰ中で生成され
るイオンが基板９に入射し、基板９の表面がエッチング
される。尚、プラズマＰと高周波との相互作用により、
基板９には所定の負の自己バイアス電圧が与えられる。
このため、プラズマＰ中の正イオンが効率よく基板９に
入射し、前工程エッチングが効率よく行われる。

【００４２】このような前工程エッチングを所定時間行
った後、プラズマ形成手段７及びガス導入手段６の動作
を停止する。そして、移動機構５８は基板ホルダー５を
閉位置から開位置に移動させる。その後、エッチングチ
ャンバー２Ｄ内を再度１０^{− ５}Ｔｏｒｒ程度まで排気し
た後、基板９をエッチングチャンバー２Ｄから搬出す
る。そして、ゲートバルブ２１が開いて、セパレーショ
ンチャンバー１内の搬送ロボット１１が基板９を基板ホ
ルダー５から取り去ってエッチングチャンバー２Ｄから
運び出す。

【００４３】ゲートバルブ２１が閉じた後、基板９は、
図１に示すスパッタチャンバー２Ａに搬入される。スパ
ッタチャンバー２Ａでは、マグネトロンスパッタリング
によって基板９の表面に所定の薄膜が作成される。例え
ば、バリア膜を作成する場合、チタンよりなるターゲッ
トを使用して最初にアルゴンガスでスパッタリングを行
い、チタン薄膜を作成する。その後、ガスを窒素に代え
てスパッタリングを行い、窒化チタン薄膜をチタン薄膜
の上に作成する。これによって、チタン薄膜の上に窒化
チタン薄膜を積層したバリア膜の構造が得られる。尚、
チタン薄膜の作成と窒化チタン薄膜の作成とは別の処理
チャンバー２で行うこともある。この方が、生産性は高
くなる。

【００４４】このようなスパッタリングを行った後、基
板９は、必要に応じて冷却チャンバー２Ｃで冷却された
後、一方又は他方のロードロックチャンバー３に送ら
れ、ロック内チャンバー３１に収容される。上記のよう
な処理を、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ
取り出して行う。すべての基板９が処理されて一方又は
他方のロック内カセット３１に収容されると、図１に示
すオートローダ４が動作し、一方又は他方のロック内カ
セット３１の処理済みの基板９を一方又は他方の外部カ
セット４０に収容する。これで、装置の一連の動作が終
了する。

【００４５】上記動作に係る本実施形態のスパッタリン
グ装置では、シールド８１が他端の開口以外に開口を有
しない形状であり、この開口は、プラズマＰが拡散しな
い程度の小さな隙間を残して基板ホルダー５によって閉
じられるので、従来のようなプラズマＰの拡散によるプ
ラズマ密度の不均一化が生じない。このため、前工程エ
ッチングを高い均一性で行うことができる。

【００４６】上記動作において、ガスを導入した後に基
板ホルダー５を閉位置に移動させるのは、プラズマ形成
空間内へのガスのコンダクタンスを十分確保する意味で
好適な構成となっている。即ち、基板ホルダー５を閉位
置に移動させてからガス導入を開始すると、プラズマ形
成空間へのガスの進入経路としては、基板ホルダー５と
シールド８１の他端の開口の縁との間の小さな隙間しか
ないので、十分なコンダクタンスが得られず、プラズマ
形成空間に十分にガスを導入することができない。しか
しながら、ガスを導入した後に基板ホルダー５を閉位置
に移動させると、このような問題がない。同様に、処理
後にエッチングチャンバー２Ｄ内を排気する場合も、排
気のコンダクタンスを充分確保する意味から、基板ホル
ダー５を開位置に移動させてから排気するようにしてい
る。また、前工程エッチングをエッチングチャンバー２
Ｄで行った後、真空中で基板９を搬送してスパッタチャ
ンバー２Ａで成膜を行うので、クリーニングされた基板
９の表面が大気で汚損されることがなく、清浄な表面に
成膜が行える。この点でも、本実施形態の装置は、良質
な薄膜の作成ができるようになっている。

【００４７】次に、基板処理装置の発明について補足的
に説明する。整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動
する構成は、上述した通り、基板ホルダー５が移動して
も整合器７２から負荷側のインピーダンスが大きく変化
しないという点で極めて好適な構成となっている。この
ような構成は、上述したスパッタリング装置に限らず、
基板ホルダー５に高周波を印加するすべての基板処理装
置に該当する。例えば、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）装
置等の多くのプラズマを利用した基板処理装置では、プ
ラズマと高周波との相互作用によって基板９に負の自己
バイアス電圧を与えるため、基板ホルダー５に高周波電
圧を印加している。この場合でも、基板ホルダー５のみ
を移動させると、整合器７２から見た負荷側のインピー
ダンスが変化してしまい、最適なインピーダンスマッチ
ングが得られてない恐れがある。従って、このような基
板ホルダー５に高周波電圧を印加するすべての基板処理
装置に上記移動機構５８の構成は有効である。

【００４８】尚、上記実施形態のスパッタリング装置
は、スパッタリングチャンバー２Ａとは別のエッチング
チャンバー２Ｄにおいて前工程エッチングを行うよう構
成されたが、スパッタリングチャンバー２Ａ内で前工程
エッチングを行うよう構成することも可能である。この
場合は、スパッタリングのためのターゲット等を備えた
スパッタリングチャンバー２Ａ内に前述した構成の基板
ホルダー５、移動機構５８及びプラズマ形成手段７等を
設ければよい。

【００４９】また、前述した装置の動作の説明では、バ
リア膜の作成を例に採り上げたが、配線用のアルミニウ
ム合金膜や銅膜等の作成についても同様に実施できるこ
とはいうまでもない。さらに、成膜の対象物である基板
９としては、各種半導体デバイスを作成するための半導
体ウェーハの他、液晶ディスプレイやその他の各種電子
製品の製作に利用される各種基板を対象とすることがで
きる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１のス
パッタリング装置によれば、シールドが他端の開口以外
に開口を有しない形状であり、この開口は、プラズマが
拡散しないよう基板ホルダーによって閉じられるので、
従来のようなプラズマの拡散によるプラズマ密度の不均
一化が生じない。このため、前工程エッチングを高い均
一性で行うことができる。また、請求項２のスパッタリ
ング装置によれば、上記請求項１の効果に加え、ガスが
導入された後に基板ホルダーが閉位置に移動するので、
プラズマ形成空間へのガスの導入が不十分になることが
無いという効果が得られる。また、請求項３のスパッタ
リング装置によれば、上記請求項１又は２の効果に加
え、整合器が基板ホルダーと一体に移動するので、基板
ホルダーを移動させても整合条件が大きく変化すること
はなく、インピーダンスマッチングが最適に維持され
る。このため、高周波電力の供給効率が高く維持される
という効果が得られる。また、請求項４の基板処理装置
によれば、整合器が基板ホルダーと一体に移動するの
で、基板ホルダーを移動させても整合条件が大きく変化
することはなく、インピーダンスマッチングが最適に維
持される。このため、高周波電力の供給効率が高く維持
されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構
成を説明する平面概略図である。

【図２】図１に示すスパッタリング装置におけるエッチ
ングチャンバー２Ｄの構成を説明する正面断面概略図で
ある。

【図３】図２に示す磁石８２の効果を説明する正面概略
図である。

【図４】従来のスパッタリング装置における前工程エッ
チングを行うための構成について説明した正面断面概略
図である。

【符号の説明】

２Ｄ エッチングチャンバー ２０ 排気系 ２１ ゲートバルブ ５ 基板ホルダー ５１ ホルダーステージ ５２ 高周波電極 ５３ ホルダー支柱 ５４ 高周波導入棒 ５５ ホルダーシールド ５８ 移動機構 ５８１ 保持アーム ５８２ 上下駆動機構 ５８４ ベローズ ６ ガス導入手段 ７ プラズマ形成手段 ７１ 高周波電源 ７２ 整合器 ８１ シールド ８２ 磁石 ９ 基板

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月６日（１９９９．７．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】尚、高周波電極５２の周囲には、ホルダー
シールド５５が設けられている。このホルダーシールド
５５は、高周波電極５２の固定とともに高周波電極５２
の周囲での不要な放電を防止するためのものである。即
ち、ホルダーシールド５５は金属製であって、ホルダー
ステージ５１とともに接地されている。このため、高周
波電極５２の周囲に放電が生じてプラズマが回り込むの
が防止される。この部分にプラズマが回り込むと、高周
波電極５２の周縁部分の絶縁膜がエッチングされる問題
がある。エッチングされた絶縁膜の材料が基板９に付着
すると、基板９の汚損の原因となる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】ホルダー支柱５３は、内部が空洞になって
いる。そして、高周波導入棒５４は、このホルダー支柱
５３の内部に配置されているとともに、ホルダーステー
ジ５１を貫通して先端が高周波電極５２に達している。
高周波導入棒５４は、銅等の金属で形成された丸棒状の
部材である。この高周波導入棒５４の周囲は、円筒状の
絶縁管５６で覆われている。また、ホルダー支柱５３内
に位置する高周波導入棒５４の部分の周囲には、アース
管５７が設けられている。アース管５７は、ホルダース
テージ５１の下面から下方に延びるよう設けられ、ホル
ダーステージ５１に短絡されている。アース管５７と高
周波導入棒５４との間には絶縁管５６が介在している。
また、高周波導入棒５４の先端は、高周波電極５２に対
して溶接されている。従って、高周波導入棒５４と高周
波電極５２とは短絡されている。高周波導入棒５４に
は、高周波電源７１が接続されており、高周波導入棒を
介して高周波電極５２に高周波が導入されるようになっ
ている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】このような前工程エッチングを所定時間行
った後、プラズマ形成手段７及びガス導入手段６の動作
を停止する。そして、移動機構５８は基板ホルダー５を
閉位置から開位置に移動させる。その後、エッチングチ
ャンバー２Ｄ内を再度１０^{− ５}Ｔｏｒｒ程度まで排気し
た後、基板９をエッチングチャンバー２Ｄから搬出す
る。即ち、ゲートバルブ２１が開いて、セパレーション
チャンバー１内の搬送ロボット１１が基板９を基板ホル
ダー５から取り去ってエッチングチャンバー２Ｄから運
び出す。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】このようなスパッタリングを行った後、基
板９は、必要に応じて冷却チャンバー２Ｃで冷却された
後、一方又は他方のロードロックチャンバー３に送ら
れ、ロック内カセット３１に収容される。上記のような
処理を、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ取
り出して行う。すべての基板９が処理されて一方又は他
方のロック内カセット３１に収容されると、図１に示す
オートローダ４が動作し、一方又は他方のロック内カセ
ット３１の処理済みの基板９を一方又は他方の外部カセ
ット４０に収容する。これで、装置の一連の動作が終了
する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 CA05 DC20 FA04 FA05 KA01 4M104 CC01 DD23 DD39 GG08 GG16 HH08 HH15 5F103 AA08 BB14 BB15 BB36 DD28 PP01 PP06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングによって基板の表面に所
   定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、 スパッタリングを行うスパッタチャンバーとは別に設け
   られた処理チャンバーと、この処理チャンバー内に設け
   られた基板ホルダーと、処理チャンバー内に所定のガス
   を導入するガス導入手段と、ガス導入手段により導入さ
   れたガスにエネルギーを与えて基板ホルダーを臨む処理
   チャンバー内のプラズマ形成空間にプラズマを形成する
   プラズマ形成手段とを備え、 前記スパッタリングによる成膜の前に、前記プラズマ形
   成手段により形成されるプラズマ中の生成種によって基
   板の表面をエッチングしてクリーニングするスパッタリ
   ング装置であるとともに、 前記処理チャンバー内には、前記プラズマ形成空間を覆
   うようにしてシールドが設けられており、このシールド
   は一端が閉じていて他端が開口である筒状の部材であっ
   て他端の開口以外には開口が無い形状であり、さらに、
   前記基板ホルダーには移動機構が備えられており、この
   移動機構は、前記基板ホルダーの基板を保持する側の面
   によってシールドの他端の開口が閉じられる位置又はプ
   ラズマが進入しない程度の僅かな隙間を残して前記基板
   ホルダーの基板を保持する側の面がシールドの他端の開
   口の縁に接近した位置である閉位置と、前記基板ホルダ
   ーに基板を保持させる動作及び前記基板ホルダーから基
   板を取り去る動作が可能となるように前記基板ホルダー
   の基板を保持する側の面がシールドの他端の開口の縁か
   ら所定距離離間した位置である開位置との間で、前記基
   板ホルダーを移動させるものであることを特徴とするス
   パッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記移動機構は、前記ガス導入手段が前
   記所定のガスを導入した後に前記基板ホルダーを閉位置
   に移動させるものであることを特徴とする請求項１記載
   のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 前記プラズマ形成手段は、基板ホルダー
   の一部として設けられた高周波電極に整合器を介して高
   周波を印加してプラズマを形成するものであり、前記移
   動機構は、前記基板ホルダーと整合器とを一体に移動さ
   せるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の
   スパッタリング装置。
4. 【請求項４】 基板の表面に所定の処理を施す基板処理
   装置であって、処理チャンバー内に設けられた基板ホル
   ダーと、処理チャンバー内で基板の位置を変更するため
   に基板ホルダーを移動させる移動機構と、整合器を介し
   て基板ホルダーに高周波電圧を印加する高周波電源とを
   備えており、 前記移動機構は、基板ホルダーと整合器とを一体に移動
   させるものであることを特徴とする基板処理装置。