JP2002356771A

JP2002356771A - スパッタリング装置

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Publication number: JP2002356771A
Application number: JP2002099156A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Mizuno; 茂水野; Masahito Ishihara; 雅仁石原; Makoto Sato; 佐藤　　誠; Eisaku Watanabe; 栄作渡辺
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: JP4108354B2

Abstract

(57)【要約】【課題】メンテナンス時間を短くし、高い生産性を実
現し、膜剥がれを抑制してパーティクルの発生を低減
し、歩留まりを向上したスパッタリング装置を提供す
る。【解決手段】このスパッタリング装置は、容器１１、
ターゲット１６、基板ホルダ４１、ガス供給機構２５、
ターゲットに高周波を与える高周波供給機構１８、基板
４２を固定する静電吸着機構を備えている。さらに特徴
部として、天井部１２と筒形側壁部１３を含みかつ冷却
作用または加熱作用を生じる温度調整装置を備える上記
の容器１１において、側壁部に対して中間アダプタ３１
を介して取り付けられるチャンバシールド３４が備えら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング装置
に関し、特に、半導体製造工程において基板上に薄膜形
成を行うスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化に伴っ
て集積回路を形成する金属配線の配線幅は配線間隔等の
寸法が縮小化されつつある。この配線寸法の縮小は、三
次元的な配線の結線を行う接続孔の微細化が伴う。微細
な接続孔の内部への金属材料の埋め込み方法としては、
例えば、高周波マグネトロンスパッタリング装置による
バリア膜や電解メッキによるＣｕ埋め込み用のシード層
が行われている。バリア膜として、金属チタン、窒化チ
タン、金属タンタル、窒化タンタル等が用いられる。

【０００３】図３を参照して従来の高周波マグネトロン
スパッタリング装置の一例を説明する。この従来装置で
は、外部に設けた排気機構１０１によって内部が所要レ
ベルまで減圧された容器１０２が設けられる。この容器
１０２は処理チャンバを構成する。容器１０２の上壁、
すなわち天井部１０３には開口部１０３ａが形成され、
当該開口部１０３ａを塞ぐごとく円板状の上部電極１０
４が気密性を保持して取り付けられている。天井部１０
３は容器蓋として機能し、必要に応じて開閉自在であ
る。上部電極１０４と天井部１０３との間にはシール性
を有したリング状絶縁体１０５が取り付けられる。接地
されゼロ電位に保持された容器１０２（天井部１０３）
と、上部電極１０４との間は、絶縁体１０５によって電
気的に隔離されている。上部電極１０４には高周波電力
供給機構１０６から高周波電力が供給される。上部電極
１０４の下面には円板状のターゲット１０７が固定され
ている。ターゲット１０７は比較的に広い面積を有し、
かつ実質的に図中水平状態にて配置されている。ターゲ
ット１０７の裏面側、さらには上部電極１０４の裏面側
には、ヨーク板１０８に固定され所望の配列にて配置さ
れた複数の磁石１０９が設置されている。磁石１０９や
ヨーク板１０８を固定するための構造の図示は省略され
ている。なおターゲット１０７の周囲には天井部１０３
の下面に固定されたリング状のターゲットシールド１１
０が配置される。

【０００４】容器１０２には、天井部１０３とは別部分
としての円筒形の側壁部１１１が備えられている。側壁
部１１１は、この例では、底部と一体的に形成されてい
る。容器１０２の内部には基板ホルダ１１２が配置され
ている。基板ホルダ１１２は、その支柱部１１２ａが底
部に固定され、上部に基板を載置するための絶縁体板１
１３を有している。絶縁体板１１３は上記ターゲット１
０７に対向するように配置されている。絶縁体板１１３
の上に基板１１４が載置されている。基板ホルダ１１２
は接地されている。基板ホルダ１１２の上部の外周部に
は段差部が形成されている。基板ホルダ１１２の上部の
周囲には基板ホルダへの膜付着を防止する基板ホルダシ
ールド１１５が取り付けられている。容器１０２の側壁
部１１１の内周面を覆うごとく円筒形のチャンバシール
ド１１６が配置されている。チャンバシールド１１６
は、複数の支柱１１７によって支持されている。チャン
バシールド１１６は容器１０２の側壁部１１１の内面の
膜付着を防止する。上記の各シールドはメンテナンスご
とに交換される。

【０００５】上記において、容器１０２、天井部１０
３、基板ホルダ１１２、チャンバシールド１１６、基板
ホルダシールド１１５は接地電位に保持されている。ま
た容器１０２の側壁部１１１には、さらにガス導入ポー
トが形成され、このガス導入ポートは配管１１８とバル
ブ１１９を介してガス供給機構１２０に接続されてい
る。ターゲット１０７には、高周波電力供給機構１０６
から上部電極１０４を経由して１３．５６ＭＨｚから１
００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数の高周波が印加され
る。

【０００６】上記の高周波マグネトロンスパッタリング
装置において、成膜時には、図示しない基板搬送機構に
よって、基板１１４が基板ホルダ１１２の上に載置さ
れ、容器１０２が密閉された状態でガス供給機構１２０
によってバルブ１１９、配管１１８を通して容器１０２
の内部に一定流量のＡｒ（アルゴン）ガスまたはＡｒガ
スと窒素ガスの混合ガスが導入され、容器１０２の内部
は一定の圧力に保持される。次にターゲット１０７を固
定する上部電極１０４に一定電力の高周波電力が与えら
れ、容器１０２内にはプラズマが生成され、ターゲット
１０７がスパッタリングされ、基板ホルダ１１２上に固
定された基板１１４上に所望の膜が形成される。特に成
膜圧力は数１０ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒの間に
設定されるが、この圧力ではターゲットからスパッタさ
れた金属原子が電子との衝突により金属イオンとなる。
印加される高周波電力の周波数が高い場合には、電子密
度が高くなり、金属スパッタ原子のイオン化率も高くな
る。圧力が高いほど、衝突頻度が高くなるので、イオン
化率は高くなる。基板１１４が絶縁体板１１３上に置か
れているため、基板１１４には自己バイアス電圧が加わ
る。スパッタ金属イオンは、基板１１４とプラズマの間
に形成されたシースに発生する自己バイアス電圧によっ
て基板表面に垂直に加速される。その結果、金属イオン
の基板への入射角度が垂直となり、微細孔の内部におい
ても段差被覆性のよい成膜を行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の高周波
マグネトロンスパッタリング装置は、次のような問題を
有する。成膜の際に、プラズマ中で生成されるＡｒイオ
ンや窒素イオンまたは金属イオンは、シース電圧によっ
て加速され、大きなエネルギで基板１１４に入射するた
め、基板１１４のみならず、その周辺に存する各種のシ
ールドも衝撃する。その結果、成膜中にシールドが加熱
され、温度が上昇する。シールドは接地され接地電位に
保持されているが、表面のシース電圧によってイオンが
加速され入射することは、基板の上と同じである。この
イオン入射によりシールドの温度は数百℃まで達する。
このシールド温度の上昇は、シールドの熱的な歪みなど
を生じさせ、成膜中における付着膜の剥がれを生じさせ
るなど、歩留まり低下を招くといった問題を提起する。
特にチャンバシールド１１６はサイズが比較的に大きい
ため、熱的変形量も大きく、膜剥がれの頻度も高くな
る。さらに、特に、チャンバシールド１１６の冷却は数
本の支柱１１７から容器１０２へ熱を移動させることに
よって行っていたため、冷却時間が長くなるという傾向
があった。この結果、生産を中止し、メンテナンスサイ
クルに入る場合に、冷却時間が必然的に長くなり、この
ためメンテナンス時間が長時間となり、装置稼動率を低
下させるという問題を提起していた。

【０００８】本発明の目的は、上記問題を解決し、チャ
ンバシールド等の熱の移動を容易にかつ効率的に行える
機構と冷却作用を生じる温度調整装置とを設けることに
よりチャンバシールド等を迅速に冷却し、メンテナンス
時間を短くし、高い生産性を実現し、膜剥がれを抑制し
てパーティクルの発生を低減し、歩留まりを向上した高
周波マグネトロン等に基づくスパッタリング装置を提供
することにある。さらに本発明の他の目的は、上記温度
調整装置において加熱作用を生じさせることにより、成
膜前の段階ではチャンバシールドの脱ガスに利用する高
周波マグネトロン等に基づくスパッタリング装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
スパッタリング装置は、上記の目的を達成するために、
次のように構成される。

【００１０】本発明に係るスパッタリング装置（請求項
１に対応）は、内部が真空（または減圧状態）にされる
容器と、この容器内に配置されたターゲットと、このタ
ーゲットに対向する位置に設けられた基板ホルダと、容
器の内部にガスを供給するガス供給機構と、ターゲット
に電力を与える電力供給機構を備え、さらに、容器は、
容器側壁部とターゲット支持部とを含み、かつ温度調整
装置を備え、容器側壁部の内面を覆うように配置された
中間アダプタと、中間アダプタに固定され、中間アダプ
タの内面を覆う内面シールド部材を備えるように構成さ
れる。

【００１１】さらに本発明に係るスパッタリング装置
（請求項２に対応）は次の構成を有する。前提構成とし
て、排気機構により内部が減圧された容器を有する。さ
らにこの容器において、裏面側に磁石が配置されたター
ゲットと、ターゲットに対向する位置に設けられた基板
ホルダと、容器の内部にガスを供給するガス供給機構
と、ターゲットに高周波を与える高周波供給機構と、基
板ホルダに内蔵される静電吸着機構とを備えている。上
記のスパッタリング装置において、さらに、上記の容器
は、筒形の側壁部と、ターゲットを支持する天井部とを
含み、かつ冷却作用または加熱作用を生じる温度調整装
置（冷却用または加熱用の熱媒体を流すジャケット）を
備えている。容器の内部には内面シールド部材（チャン
バシールドに対応）が備えられる。この内面シールド部
材は、容器の側壁部に対して中間アダプタを介して取り
付けられる。すなわち本装置では、容器の側壁部の上端
部と天井部の間にシール性を保って挟まれる上縁部と、
側壁部の内面を覆うように配置される筒部とを有する中
間アダプタと、この中間アダプタに固定され、当該中間
アダプタの内面を覆う筒形形状を有する内面シールド部
材とを備えて構成されている。

【００１２】本発明に係るスパッタリング装置（請求項
３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記
温度調整装置は、成膜前には加熱作用を生じ中間アダプ
タの熱伝導を利用して内面シールド部材を加熱し、成膜
中には冷却作用を生じ中間アダプタの熱伝導を利用して
内面シールド部材を冷却することで特徴づけられてい
る。温度調整装置は、成膜前の段階では加熱装置として
機能し、成膜中には冷却装置として機能する。

【００１３】上記のスパッタリング装置では、容器の外
部に温度調整装置としてのジャケットが設けられ、シー
ルド部材として最も大きな要素である内面シールド部材
の容器の内面への取付けを、熱伝導性が良好で、冷却さ
れた状態にある容器に密接な状態で設けられた中間アダ
プタを介して行うようにした。ジャケットには、状況に
応じて冷却媒体または加熱媒体が流され、容器を直接に
冷却または加熱する。中間アダプタは、容器側壁部に覆
うように設け、その良好な熱伝導性に基づいて、かつ容
器を冷却または加熱するジャケットに基づき、内面シー
ルド部材に対して冷却または加熱の作用を有効に生じさ
せる。このため、内面シールド部材の温度上昇を適切に
抑制し、あるいは内面シールド部材の脱ガス（表面の水
分を追い出す作用）を有効に行うことが可能になる。す
なわち温度調整装置は、成膜前には内面シールド部材を
加熱して脱ガスを効果的に行い、成膜中には内面シール
ド部材を冷却することにより温度上昇を抑制する。

【００１４】上記の構成において、好ましくは、内面シ
ールド部材はアルミニウム系材料で作られ、かつ表面が
アルミニウム溶射で処理されていることを特徴とする
（請求項４に対応）。この構成によって、内面シールド
部材の熱伝導性を高め、内面シールド部材がプラズマか
らの作用で熱を発生したとしても、迅速に熱を逃がし、
その温度上昇を抑制する。

【００１５】上記の構成において、好ましくは、中間ア
ダプタの筒部の軸方向の長さが内面シールド部材の軸方
向の長さと実質的に同じであることを特徴とする（請求
項５に対応）。中間アダプタは内面シールド部材で生じ
た熱を冷却された状態に或る容器の側へ熱伝導により有
効に逃がす作用を有するものであるから、上記構成によ
って、かかるサイズの関係を採用することにより熱伝導
の作用を高めるようにする。

【００１６】上記の構成において、好ましくは、中間ア
ダプタの筒部の厚さは、容器側壁部の内周面と内面シー
ルド部材の外周面との間の間隔よりも５０〜１０００μ
ｍだけ小さくなるように設定されていることを特徴とす
る（請求項６に対応）。この構成によって中間アダプタ
の熱伝導性に基づく熱を逃がす作用を高めている。

【００１７】上記の構成において、好ましくは、中間ア
ダプタの上縁部の厚みを変えることで、ターゲットと、
基板ホルダ上の基板との間の間隔を変えるようにしたこ
とを特徴とする（請求項７に対応）。この構成によれ
ば、中間アダプタの上縁部の厚みを変更させるだけで、
成膜分布や成膜速度の決定に大きな影響を及ぼすターゲ
ット・基板間距離を自在に変更することができる。この
場合において、中間アダプタの内側に設けられる内面シ
ールド部材の高さ方向の寸法も、中間アダプタの厚み寸
法の変更分だけ変更される。

【００１８】上記の各構成において、好ましくは、基板
ホルダの少なくとも上部の周囲を囲むように配置される
基板ホルダシールド部材を有し、さらに、内面シールド
部材はその下端全周部に内方に延びる鍔部を有し、かつ
基板ホルダシールド部材はその下端全周部に外方に延び
る鍔部を有し、内面シールド部材の鍔部と基板ホルダシ
ールド部材の鍔部は、隙間を介して重なるように配置さ
れていることを特徴とする（請求項８に対応）。この構
成によれば、基板ホルダの周辺部分にもシールド部材を
付設し、基板以外の箇所への膜付着を防止するようにし
ている。

【００１９】上記の構成において、好ましくは、基板ホ
ルダシールド部材は、基板の周囲に位置する上部シール
ド部材（外周シールド）と、基板ホルダの下部側に位置
する下部シールド部材（下部シールド）とから成り、下
部シールド部材は上記の鍔部を有し、かつ上部シールド
部材はシールド絶縁体により保持されていることを特徴
とする（請求項９に対応）。この構成によれば、基板の
外周縁部で膜剥がれが生じたとしても、上部シールド部
材が電気的に浮遊状態に保持されているため、異常放電
の発生を防止することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。なお図面で示された内
容は、当業者であれば、本発明を理解できかつ実施でき
る程度に概念的に示すものである。従って図示された装
置の各部のサイズ、壁部の厚み等は厳密には正確なもの
でない。

【００２１】図１に従って本発明に係るスパッタリング
装置の実施形態を説明する。このスパッタリング装置
は、一例として高周波マグネトロンスパッタリング装置
である。処理チャンバを構成する容器１１は、容器蓋と
して機能するリング状天井部１２と、底部と一体化して
形成された円筒形の側壁部１３とから成る。天井部１２
と側壁部１３から成る容器１１は導電性部材で作られて
いる。天井部１２はメンテナンス時等のごとく必要の際
には開閉自在となる構造を有している。天井部１２の開
口部１２ａには円板状上部電極１４が、当該開口部を塞
ぐごとくリング状絶縁体１５を介して電気的絶縁状態で
取り付けられている。上部電極１４の下面（内側面）に
は板状ターゲット１６が固定されている。ターゲット１
６は、スパッタリングされて基板の上に堆積される物質
で作られている。ターゲット１６の周囲にはリング状の
ターゲットシールド１７が配置される。ターゲットシー
ルド１７は天井部１２の下面に固定されている。

【００２２】天井部１２は接地され、接地電位（ゼロ電
位）に保持される。上部電極１４には高周波電力供給機
構１８から高周波電力が供給される。高周波電力の周波
数は例えば１３．５６〜３００ＭＨｚの範囲に含まれる
周波数であり、好ましくは１３．５６〜１００ＭＨｚの
範囲に含まれる周波数である。この高周波の電力はター
ゲット１６に供給される。上部電極１４の裏面側、すな
わちターゲット１６の裏面側には、望ましい配列にある
複数の磁石（マグネット）１９と、これらを固定し支持
するヨーク板２０が配置される。ヨーク板２０を支持す
る構造の図示は省略されている。磁石１９とヨーク板２
０は、容器１１の内部であってターゲット１６の前面空
間に望ましい磁束分布を作るための磁気回路部を形成す
る。

【００２３】容器１１の側壁部１３には排気ポート２１
が形成される。この排気ポート２１を介して外部の排気
機構２２が接続されている。容器１１の内部は、排気機
構２２による排気作用で、所要の減圧レベルに保持され
る。また側壁部１３には、ガス導入ポートが形成され、
これには配管２３とバルブ２４を介してガス供給機構２
５が接続されている。ガス供給機構２５によれば、Ａｒ
（アルゴン）やＮ₂（窒素）のガスが供給される。また
側壁部１３も接地され、接地電位に保持されている。

【００２４】容器１１において、天井部１２と側壁部１
３の間には中間アダプタ３１が配置される。中間アダプ
タ３１は、本体部分を形成する円筒部３１ａと、リング
状天井部１２と側壁部１３の上端部との間に挟み込まれ
る水平上縁部３１ｂとから成る。中間アダプタ３１は熱
伝導性が良好な材質で作られている。円筒部３１ａは容
器１１内でその軸方向（図中垂直方向）に延びており、
かつ容器１１の側壁部１３の内面を、少なくとも所定高
さ以上の部分を全面的に覆うごとく、円筒部３１ａと側
壁部１３の間を狭い間隔であけてまたは円筒部３１ａと
側壁部１３を接触させて、配置されている。上縁部３１
ｂは円筒部３１ａの上端部の全周に沿って径方向（図中
水平方向）の外方に向かうごとく形成されている。組付
け構造において、中間アダプタ３１の上縁部３１ｂの上
面と天井部１２の間にはリング状シール部材３２が設け
られ、かつ上縁部３１ｂの下面と側壁部１３の上端部と
の間にもリング状シール部材３３が設けられている。な
お中間アダプタ３１の円筒部の内面の上端部には段差部
３１ｃが全周に沿って形成されている。

【００２５】中間アダプタ３１の上記段差３１ｃには、
下端に鍔３４ａを備えた円筒形のチャンバシールド３４
が、ネジ３５で固定されている。チャンバシールド３４
は、容器１１の内部に膜が付着するのを防止する。チャ
ンバシールド３４は中間アダプタ３１の内面を覆うごと
く、中間アダプタ３１の内面との間を狭い間隔であけて
または当該内面に接触する状態で配置されている。

【００２６】容器１１の内部の下側には基板ホルダ４１
が設けられている。基板ホルダ４１の上面に基板４２が
搭載される。基板ホルダ４１は、熱伝導度の高いＡｌ
（アルミニウム）系材料で作られている。基板ホルダ４
１は、拡散溶接によって接合された上プレート４３ａと
下プレート４３ｂから成る円板状の上部部材４３と、円
板状の下部部材４４を備える。重ね合せて配置された上
部部材４３と下部部材４４はネジ４５で結合されてい
る。下部部材４４の支柱部４４ａが、容器１１の底部に
取り付けられることにより、基板ホルダ４１は容器１１
の内部に固定される。基板ホルダ４１の上面は、前述の
ターゲット１６に対して略平行な状態で対向している。

【００２７】上部部材４３の内部には一本につながって
いる流路４６が形成されている。この流路４６の両端部
は、それぞれ、下部部材４４の支柱部４４ａを通って垂
直な方向に設けられた溶媒配管４７，４８に接続されて
いる。溶媒配管４７，４８の外端部分はさらに外部に延
設され、溶媒供給機構４９に接続されている。溶媒供給
機構４９は、溶媒を供給すると共に当該溶媒（液体）の
温度制御を行う機能を有する。溶媒供給機構４９から供
給される溶媒の温度は−５０℃から１５０℃の間の一定
温度に制御されている。どの温度に制御するかは、目的
に応じて決められる。溶媒供給機構４９から基板ホルダ
４１に供給される溶媒は、溶媒配管４７，４８、流路４
６を循環して流れる。これによって基板ホルダ４１の温
度を所望の温度に保持する。上記流路４６は、溶媒の流
れについて淀みが生じないように作られていることが望
ましい。

【００２８】基板ホルダ４１の内部には熱電対５０が設
けられ、熱電対５０によって基板ホルダ４１の温度が検
出される。上記のごとく溶媒の温度は溶媒供給機構４９
によって制御されるが、より正確に制御するために、熱
電対５０で基板ホルダ４１の温度をモニタし、温度制御
部５１と帰還回路５２を通して、溶媒供給機構機構４９
に基づく温度制御にフィードバックさせる。

【００２９】基板ホルダ４１の上部部材４３の上には基
板４２を固定するための静電吸着機構が設けられる。こ
の静電吸着機構は、図１および部分的に拡大して示され
た図２に示すごとく、上部部材４３の上に固定される一
定の厚みを有する静電吸着板６１と、その内部に埋設さ
れた静電吸着電極６２とから構成されている。静電吸着
板６１は、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウム
等の誘電体で作られている。静電吸着電極６２には、絶
縁管６３により保護された電極棒６４が電気的に接続さ
れている。絶縁管６３は、電極棒６４を、周囲の部分と
電気的に絶縁させる。電極棒６４の外側端部は静電チャ
ック電圧制御機構６５に接続されている。かかる電極棒
６４によって、静電吸着電極６２に静電吸着（静電チャ
ック）のための電圧が印加される。

【００３０】静電吸着板６１は、基板ホルダ４１の上部
部材４３の上面に、低融点の金属、例えばインジウム系
の合金材料を用いて溶着にて接合されている。この接合
によって基板ホルダ４１と静電吸着板６１との間の熱伝
導は極めて良好になり、容器１１の内部の減圧雰囲気に
おいても基板ホルダ４１と静電吸着板６１の温度は同一
となる。静電吸着板６１によって固定される基板４２も
同様に基板ホルダ４１と同様な温度となる。特に静電吸
着板６１との間に形成される基板４２の裏面空間にＡｒ
（またはＨｅ等）のガスを流すことにより熱伝導性を高
めることが望ましい。図示例では、静電吸着板６１の表
面に溝６６やエンボス加工が施され、基板４１と静電吸
着板６１の間に上記裏面空間が形成される。溝６６には
バルブ６７を備えたガス供給配管６８が接続されてい
る。このガス供給配管６８を通してガス供給機構６９か
ら溝６６に上記のＡｒガスが導入される。

【００３１】上記の構成に基づけば、成膜中に基板４２
がイオン衝撃を受けて加熱されたとしても、基板４２か
ら静電吸着板６１や基板ホルダ４１に熱が良好に伝導
し、基板４２に与えられる熱が速やかに基板ホルダ４１
に逃げるので、基板の温度は上昇しないか、または或る
一定以上の温度上昇が生じない。さらに基板ホルダ４１
における冷却効率が良好であるので、基板ホルダ４１と
電着吸着板６１の温度が成膜後非常に急速に溶媒による
設定温度に回復する。また基板ホルダ４１の下部部材４
４は接地されているので、下部部材４４と上部部材４３
は接地電位に保持されており、基板ホルダ４１は電気的
に安定な状態に保持されている。

【００３２】基板ホルダ４１において、基板４２および
静電吸着板６１の周囲に配置されるリング形状の外周シ
ールド７１と、この外周シールド７１の下側に位置し径
方向の外方に延びる鍔７２ａを有する下部シールド７２
とが設けられる。外周シールド７１と下部シールド７２
は、段付きリング形状を有し、基板ホルダ４１への膜の
付着を防止している。外周シールド７１と下部シールド
７２との間にはシールド絶縁体７３が設けられており、
外周シールド７１は電気的にフローティング（浮遊）状
態に維持されている。外周シールド７１をフローティン
グ状態に維持することにより、基板４２の端部で膜剥が
れが生じたとしても、異常放電が起こるのを防止するこ
とができる。

【００３３】容器１１の天井部１２、側壁部１３、底部
等の外面には、容器１１の温度を調整するための熱媒体
（液体または気体）を流すジャケット７４が付設されて
いる。ジャケット７４に流される熱媒体に基づいて容器
１１の温度は状況に応じて調整される。成膜が行われる
前の段階では加熱するための熱媒体（温度の高い加熱媒
体）がジャケット７４に流され、ジャケット７４は加熱
作用を生じる加熱装置として機能する。このとき容器１
１は直接に加熱され、さらに中間アダプタ３１を介して
チャンバシールド３４も加熱されることになる。成膜の
際には冷却するための熱媒体（温度の低い冷却媒体）が
ジャケット７４に流され、ジャケット７４は冷却作用を
生じる冷却装置として機能する。このとき容器１１は直
接に冷却され、さらに中間アダプタ３１を介してチャン
バシールド３４も冷却されることになる。なお図１にお
いて、ジャケット７４に対して冷却用または加熱用の熱
媒体を供給するための供給機構の図示、熱媒体の温度状
態を制御する制御手段の図示は省略されている。

【００３４】基板ホルダ４１の下部部材４４の支柱部４
４ａの下端にはボックス７５が取り付けられている。ボ
ックス７５の内部には、下部部材４４の支柱部４４Ａの
下端から引き出される前述の溶媒配管４７，４８、熱電
対５０に接続される電気配線、電極棒６４に接続される
配線、ガス供給配管６８等が収容されている。ボックス
７５には、溶媒配管４７，４８を取り付けるための接続
管７６が取り付けられる。接続管７６には結露防止材７
７が付設されている。なおボックス７５には乾燥窒素
（Ｎ₂）供給機構７８が付設され、これによりボックス
７５の内部には乾燥窒素が充填された状態に保持されて
いる。

【００３５】上記の構成において、基板成膜前に、図示
されない基板搬送機構によって基板４２が容器１１内に
搬入され、基板ホルダ４１の静電吸着板６１の上に搭載
される。静電吸着電極６２に所要の電圧が印加される
と、静電吸着力が作用し、基板４２は基板ホルダ４１の
上に固定される。次にガス供給機構２５によって、配管
２３とバルブ２４を通して一定流量のＡｒガス、または
Ａｒガスと窒素ガスの混合ガスが導入され、容器１１内
は一定の圧力に保持される。次にターゲット１６に結合
された上部電極１４に一定電力の高周波電力が印加さ
れ、容器１１内のターゲット１６と基板ホルダ４１の間
にプラズマが生成され、プラズマによってターゲット１
６がスパッタリングされ、基板４２の上に所望の薄膜が
形成される。特に成膜圧力は数１０ｍＴｏｒｒから２０
０ｍＴｏｒｒの間に設定されるが、この圧力ではターゲ
ット１６からスパッタされた金属原子が電子や励起され
たＡｒ原子との衝突により、金属イオンとなる。印加さ
れる高周波電力の周波数が高い場合には、電子密度が高
くなり、金属スパッタ原子のイオン化率は高くなる。成
膜圧力が高いほど衝突頻度が高くなるので、イオン化率
も高くなる。スパッタ金属イオンは、基板４２とプラズ
マの間に形成されるシースにおいて、シースに掛かる電
圧によって基板４２の表面に垂直になるように加速され
る。その結果、金属イオンの基板４２への入射角度が垂
直になり、基板表面上の微細孔の内部にも段差被覆性が
良好な状態で成膜を行うことが可能となる。

【００３６】プラズマによるターゲット１６のスパッタ
リングに基づく基板４２への成膜において、スパッタ金
属イオンは、基板４２以外の各種のシールドに対しても
入射し、当該シールドの部分にも膜が付着する。シール
ドにはさらにＡｒイオンや窒素イオンなども入射する。
これらのイオンは、チャンバシールド３４の表面に生じ
るシース電圧によって加速され、チャンバシールド３４
に入射される。その結果、ターゲットシールド１７やチ
ャンバシールド３４の温度は成膜中に上昇する。特に高
周波マグネトロンスパッタリングの場合には、容器１１
内に生成されるプラズマがシールド３４，１７の内面全
体に接するごとく広がるために、直流スパッタリングに
比較して各シールドの温度は高くなる。

【００３７】そこで本実施形態による高周波マグネトロ
ンスパッタリング装置では、前述の構成に基づき以下の
ごとくプラズマからのイオン入射によるシールドの温度
上昇を防止するようにしている。

【００３８】中間アダプタ３１が容器１１の側壁部１３
と天井部１２の間にその上縁部３１ｂが挟まれて固定さ
れ、チャンバシールド３４はこの中間アダプタ３１の内
側に配置され、取り付けられている。上記の成膜中に
は、容器１１において天井部１２、側壁部１３、底部は
ジャケット７４に流れる冷却用熱媒体によって冷却され
た状態で保持されている。全体として円筒形を有する中
間アダプタ３１は、容器１１の側壁部１３の内周面に沿
って狭い間隔でまたは接触された状態で配置され、その
上縁部３１ｂが冷却された天井部１２と側壁部１３に挟
まれている。中間アダプタ３１は熱伝導性の良好な材質
で形成されている。

【００３９】中間アダプタ３１の上縁部３１ｂの厚みは
自由に変更することが可能である。中間アダプタ３１の
上縁部３１ｂの厚みを変更すると、基板ホルダ４１上に
固定された基板４２とターゲット１６との間の距離を変
更することができる。この場合にはチャンバシールド３
４の軸方向の長さも中間アダプタ３１の軸方向長さと一
致するように変更する。ターゲット・基板間距離は成膜
分布や成膜速度を決定するパラメータの１つである。

【００４０】中間アダプタ３１の円筒部３１ａの寸法
は、その高さ（軸方向長さ）がチャンバシールド３４の
高さと本質的に同じであり、その厚さが、容器１１の側
壁部１３の内周面とチャンバシールド３４の外周面との
間の距離よりも５０〜１０００μｍだけ小さくなるよう
に、設計されている。中間アダプタ３１は、両側に位置
する容器１１の側壁部１３とチャンバシールド３４のそ
れぞれに対して、狭い間隔をあけて、または接触させ
て、または密着させた状態で取り付けられている。さら
にチャンバシールド３４とターゲットシールド１６は、
熱伝導の良好なＡｌ系材料で作られ、その表面にはＡｌ
溶射が施されている。容器１１内で生成されたプラズマ
よりチャンバシールド３４やターゲットシールド１６に
供給される熱は、中間アダプタ３１との接触面からの固
体熱伝導、およびシールドの外周から中間アダプタ３１
の円筒部３１ａの内周面へのガスによる熱伝導により移
動する。特に、チャンバシールド３４は中間アダプタ３
１と外周部分が全体にわたってネジ３５で固定され、接
触されていること、および好ましくはチャンバシールド
３４の垂直な円筒形部分の外周面の面全体が冷却された
中間アダプタ３１と極めて接近した距離に置かれて、狭
い間隔（隙間）におけるガスによる熱伝導で冷却されて
いるため、成膜中におけるチャンバシールド３４等の温
度上昇は抑制され、所望の或る一定温度に保たれる。以
上のように、成膜中には、チャンバシールド３４はその
温度上昇を防止するために冷却される。

【００４１】なお成膜を行う前の段階では、ジャケット
７４に対して加熱用の熱媒体を流す。この熱媒体は例え
ば１５０℃の温度に保持され、この熱媒体に基づきかつ
中間アダプタ３１の熱伝導作用によってチャンバシール
ド３４等は所要の高温状態に保持される。チャンバシー
ルド３４では、このような高温に保持されることによ
り、表面の水分を追い出すという脱ガス作用が生じる。
こうしてジャケット７４に基づくチャンバシールド３４
の加熱によって、主に成膜前の基板の予備加熱（プレヒ
ート）に併せて、チャンバシールド３４の表面から余分
の水分（その他のガス）を放出させる。なお加熱手段と
しては、ジャケット７４と異なるヒータを別途に設ける
ことも可能である。

【００４２】本実施形態の構成によれば、プラズマから
のイオン入射による基板４２の加熱で基板が温度上昇を
防止するため、基板ホルダ４１には溶媒が流れる流路４
６を形成して基板を冷却するための構造を付与している
ので、基板４２から間接的にチャンバシールド３４に熱
が伝わり、その温度を上昇させるということは生じな
い。さらに、ターゲットシールド１７も、ジャケット７
４によって冷却された天井部１２に取り付けられ、接触
しているので、成膜中冷却状態に保持されている。

【００４３】また中間アダプタ３１は、容器１１の側壁
部１３と天井部１２に挟まれ、かつチャンバシールド３
４はネジ３５で中間アダプタ３１に固定されているの
で、中間アダプタ３１とチャンバシールド３４は接地電
位に保持されており、電気的にも安定している。

【００４４】また本実施形態では、溶媒供給機構４９か
ら流路４６に供給される溶媒が露点以下の温度で供給さ
れる場合にはその近傍に配置される電気配線等が露結す
るおそれがあるので、前述のごとく乾燥窒素が充満され
たボックス７５を取り付けている。これにより、例えば
−５０℃まで安定した装置の稼動を補償することができ
る。

【００４５】本実施形態で説明された上記の高周波マグ
ネトロンスパッタリング装置において典型的な成膜条件
は、次の通りである。

【００４６】ターゲット１６はタンタル（Ｔａ）であ
り、基板４２の上にＴａＮ膜を形成する場合において、
基板ホルダ４１の温度は２０℃、ＡｒガスとＮ₂ガスの
混合ガスを導入し、Ｎ₂ガスの流量比が１〜５０％であ
り、成膜圧力が１０〜３００ｍＴｏｏｒ、６０ＭＨｚの
高周波電力は１〜１０ｋＷ、基板４２とターゲット１６
の間の距離は５０〜１５０ｍｍである。なお高周波電力
の周波数は、１３．５６〜３００ＭＨｚの範囲に含まれ
る周波数に変更することができる。

【００４７】上記の成膜条件の下で高周波マグネトロン
スパッタリングによる成膜を行ったところ、チャンバシ
ールド３４等のシールド部材の温度上昇は１００℃程度
に抑制され、シールド部材の熱的変形は僅かしか生ぜ
ず、そのため、シールド表面からの膜剥がれもなく、パ
ーティクルの発生が非常に少なく、歩留まりが高くなる
という結果を得た。さらにシールド部材の冷却時間が従
来装置の１／５程度と短くなり、メンテンナンス時間が
短くなり、装置稼動率が向上するという利点が得られ
た。

【００４８】前述の実施形態の説明は本発明の好ましい
具体例を明らかにしたものであり、本発明は前述の実施
形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲から逸脱
しない限りにおいて任意に変更することができるもので
ある。冷却装置または加熱装置として機能するジャケッ
トすなわち温度調整装置を、基板ホルダの温度を調整す
る装置と共に共通の装置として構成することもできる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ターゲットをスパッタリングして基板上に膜を堆
積させる高周波マグネトロン等のスパッタリング装置に
おいて、成膜時に、冷却作用を生じる温度調整装置で冷
却された容器へ熱を逃がす作用を発揮する中間アダプタ
を利用してチャンバシールドを設けるようにしたため、
成膜中においてもシールド部材の温度上昇を適切に抑制
することができ、膜剥がれを少なくすることができる。
さらに同様な構成に基づいて、成膜後のシールドの冷却
時間を短縮でき、高周波マグネトロン等のスパッタリン
グ装置の歩留まりを向上し、生産性を高めることができ
る。

【００５０】上記スパッタリング装置において、成膜前
の段階では、加熱作用を生じる温度調整装置によって加
熱された容器からの熱を中間アダプタでチャンバシール
ドへ伝えるようにしたため、成膜前にシールド部材の温
度を高め、脱ガスを簡単な構成でかつ効率的に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスパッタリング装置の代表的な実
施形態を示す縦断面図である。

【図２】図１中の要部拡大縦断面図である。

【図３】従来の高周波マグネトロンスパッタリング装置
の一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１１容器１２天井部１３側壁部１４上部電極１６ターゲット１７ターゲットシールド３１中間アダプタ３１ａ円筒部３１ｂ上縁部３４チャンバシールド４１基板ホルダ４２基板６１静電吸着板６２静電吸着電極６６溝７１外周シールド７２下部シールド７４ジャケット（温度調整装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤誠東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者渡辺栄作東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 CA05 DA01 DC01 DC20 DC35 EA00 4M104 BB14 BB17 BB30 BB32 DD39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、この容器内に配置されたタ
ーゲットと、このターゲットに対向する位置に設けられ
た基板ホルダと、前記容器の内部にガスを供給するガス
供給機構と、前記ターゲットに電力を与える電力供給機
構を備えるスパッタリング装置において、前記容器は、容器側壁部とターゲット支持部とを含み、
かつ温度調整装置を備え、前記容器側壁部の内面を覆うように配置された中間アダ
プタと、前記中間アダプタに固定され、前記中間アダプタの内面
を覆う内面シールド部材と、を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】排気機構により内部が減圧された容器を
有し、この容器に、裏面側に磁石が配置されたターゲッ
トと、前記ターゲットに対向する位置に設けられた基板
ホルダと、前記容器の内部にガスを供給するガス供給機
構と、前記ターゲットに高周波を与える高周波供給機構
と、前記基板ホルダに内蔵される静電吸着機構とを備え
るスパッタリング装置において、前記容器は、筒形の容器側壁部と、前記ターゲットを支
持する容器天井部とを含み、かつ冷却作用または加熱作
用を生じる温度調整装置を備え、前記容器側壁部の上端部と前記容器天井部の間にシール
性を保って挟まれる上縁部と、前記容器側壁部の内面を
覆うように配置される筒部とを有する中間アダプタと、前記中間アダプタに固定され、前記中間アダプタの内面
を覆う筒形形状を有する内面シールド部材と、を備えて成ることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】前記温度調整装置は、成膜前には加熱作
用を生じ前記中間アダプタの熱伝導を利用して前記内面
シールド部材を加熱し、成膜中には冷却作用を生じ前記
中間アダプタの熱伝導を利用して前記内面シールド部材
を冷却することを特徴とする請求項１または２記載のス
パッタリング装置。
【請求項４】前記内面シールド部材はアルミニウム系
材料で作られ、かつ表面がアルミニウム溶射で処理され
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載のスパッタリング装置。
【請求項５】前記中間アダプタの前記筒部の軸方向の
長さが前記内面シールド部材の軸方向の長さと実質的に
同じであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】前記中間アダプタの前記筒部の厚さは、
前記容器側壁部の内周面と前記内面シールド部材の外周
面との間の間隔よりも５０〜１０００μｍだけ小さくな
るように設定されていることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】前記中間アダプタの前記上縁部の厚みを
変えることで、前記ターゲットと、前記基板ホルダ上の
基板との間の間隔を変えるようにしたことを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング装
置。
【請求項８】前記基板ホルダの少なくとも上部の周囲
を囲むように配置される基板ホルダシールド部材を有
し、前記内面シールド部材はその下端全周部に内方に延びる
鍔部を有し、かつ前記基板ホルダシールド部材はその下
端全周部に外方に延びる鍔部を有し、前記内面シールド
部材の前記鍔部と前記基板ホルダシールド部材の前記鍔
部は、隙間を介して重なるように配置されていることを
特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスパッ
タリング装置。
【請求項９】前記基板ホルダシールド部材は、前記基
板の周囲に位置する上部シールド部材と、前記基板ホル
ダの下部側に位置する下部シールド部材とから成り、前
記下部シールド部材は前記鍔部を有し、かつ前記上部シ
ールド部材はシールド絶縁体により保持されていること
を特徴とする請求項８記載のスパッタリング装置。