JP2004010940A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防着板からの剥離パーティクルを抑制する機能を備えたマグネトロンスパッタリング装置を提供すること。
【解決手段】スパッタリング装置で、防着板６の内面側のステージ３の近傍側の個所を、チャンバ１の内側に向かって傾斜した構造に形成する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板にスパッタリング処理を施すスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング技術は、放電などによりターゲット付近にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンをターゲットに衝突させることにより粒子をスパッタさせ、スパッタされた粒子をデバイスの基板に付着させる方法で、基板に薄膜を形成させたり、ターゲットから飛散する粒子を積極的にイオン化し、基板をバイアス電位としてイオンを引き込み、基板のスルーホールの埋め込み等に用いられている。
【０００３】
例えば、平板ターゲットを用いたマグネトロンスパッタリング装置（以下、マグネトロンスパッタリング装置と略す）の成膜室の構成を図３に示した断面図で説明すると、プラズマ処理により成膜される基板４２は、平板ターゲット４３と対向して配置された電極を兼ねたステージ４４の上に載置されている。平板ターゲット４３の裏面には磁石４５が配置され、磁力線４６が形成される。また、平板ターゲット４３以外の部分は、アースシールド４７が設けられて放電を発生させるようにしている。また、チャンバ４１の外部には放電を発生させるために導入するＡｒガス流量を制御するマスフローコントローラ４８、バルブ４９、チヤンバ４１の内部を高真空に排気するためのポンプ５１、平板ターゲット４３に高電圧を印加するための高圧電源５２が設けられている。
【０００４】
また、ターゲット材料からスパッタにより飛散した粒子がチヤンバ４１の各部に付着しないようにするために防着板５３が設けられている。
【０００５】
この防着板５３は、チャンバの側壁４１ａに対して離間して略平行に垂直方向に設けられている。また、防着板５３は、それ自体に形成されてしまった膜が膜応力や熱応力により剥離するのを防止するために、表面を粗らして引っ掛かりを設ける処理が施されている場合が多く、それらの処理には、ＧＢＢ（ガラスビーズブラスト）処理、ウエットエッチング処理あるいはＡｌ溶射処理等が用いられている。
【０００６】
また、防着板５３は、通常、電気的には、接地またはフローティング処理されている。それらは、ターゲットから飛散する粒子を積極的にイオン化し、基板４２をバイアス電位としてイオンを引き込みスルーホールの埋め込みをおこなっている。
【０００７】
また、特開２０００−１９２２２３号公報には、防着板の温度上昇の著しい部分に冷却ジャケットを設けた技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなマグネトロンスパッタリング装置では、成膜量が増すにつれ放電中に防着板に付着した膜に、プラズマが晒されることにより、結合力の弱い材料部材が分解されて浮遊し、残った材料も付着膜の層から離脱し、パーティクルが発生する。
【０００９】
防着板に堆積した膜の剥離によるパーティクル（剥離パーティクル）対策として、上述のように、防着板表面をブラスト処理やＡｌ溶射処理や防着板自身にエンボス加工したＣｕ板をボンディングする方法や、防着板に冷却ジャケットを設ける等の対策処理が行われている。しかし、それらの処理によっても成膜量が増すにつれて防止することは困難である。
【００１０】
その結果、例えば、金属ターゲットで金属配線膜を成膜する場合、デバイスの基板面にパーティクルが堆積すると配線間を導通してしまう配線不良となってしまう問題が発生する。また、ビアホールが形状不良となる問題もある。また、デバイスの基板に形成される薄膜の部分に入り込みピンホールを生じさせる問題もある。
【００１１】
これらのパーティクルによる微小欠陥により、半導体や記録媒体等ではそのテバイスの不良を生じさせ、デバイスの生産の歩留まりが低下している。
【００１２】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、防着板からの剥離パーティクルを抑制する機能を備えたマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、チャンバの内部にターゲットと、該ターゲットと離間して配置された基板を載置するステージと、このステージの近傍から前記ターゲットの近傍までの間の前記チャンバの内壁を保護するようように配置された防着板とを備えたスパッタリング装置において、
前記防着板の内面側の前記ステージの近傍側の個所が、前記チャンバの内側に向かって傾斜して形成されていることを特徴とするスパッタリング装置である。
【００１４】
また本発明によれば、前記防着板の前記チャンバの内側に向かって傾斜している傾斜角度は、７度程度であることを特徴とするスパッタリング装置である。
【００１５】
また本発明によれば、前記防着板の前記チャンバの内側に向かっての傾斜は、前記ステージの上方から２００ｍｍ程度の部分から下方の部分であることを特徴とするスパッタリング装置である。
【００１６】
また本発明によれば、前記防着板は、電気的には浮遊状態あるいは接地状態であることを特徴とするスパッタリング装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
発明者は、マグネトロンスパッタリング装置のチャンバの内部に設けた防着板に付着し堆積した被膜につき、この被膜がプラズマに晒らされた場合に、分解されて結合力の弱い部分（剥離パーティクル）が剥離して離脱する現象について解明を進めてきた。その結果、それらの現象は、図１に示した剥離モデルの模式図により説明できるとの知見を得た。
【００１９】
すなわち、図１に模式図を示すように、基板（不図示）は順次新しく供給されるが、防着板６は同じものが継続的に使用されるので、順次供給される基板に対して、それぞれにスパッタリングの処理を進めていくに従って、ターゲットから叩き出された物質は、スパッリング空間を飛翔して基板の表面と共に防着板６の表面に付着する。この場合、防着板の表面には、予め防着板６の表面に付着により形成されてしまった膜Ｆが膜応力や熱応力により剥離するのを防止するために、表面がガラスビーズ等によるブラスト処理による凸状の突起６ａが分散して形成されている。また、ある場合は、付着した膜Ｆと防着板６との熱膨張率の緩和を兼ねて、Ａｌ熔射処理により、凸状の突起６ａが分散して形成された溶射膜が成膜されている。
【００２０】
したがって、防着板６や溶射膜に形成されている突起６ａの形状を反映して、付着した膜Ｆは突起６ａの形状に倣って堆積する。この被膜Ｆは徐々に厚くなって突起６ａに倣って高くなっていく。この場合、堆積により成膜された被膜Ｆの付着力は一定ではなく、突起６ａの裏面側６ｂ（突起６ａの下側面）が最も不安定な状態で堆積されており、かつ、重力の影響も大きく付着力が弱い。
【００２１】
防着板６の表面がプラズマに晒され続けると、成膜Ｆにより形成された突起も加熱されて熱膨張収縮が繰り返される。突起の高さや内部応力がある臨界点を超えると、突起を形成している微細片（プラズマ粒子）が突起から剥離して離脱する。この微細片の離脱は、突起の先端部に応力集中による剥離と、突起の裏面部の突起の根元部で発生する成膜初期の応力集中による剥離、同じく、突起の裏面部で、付着力が弱いために発生する剥離等により引き起こされていると考えられる。特に、突起の裏面での付着力が弱いために発生する剥離が最も多い。
【００２２】
従って、被膜Ｆによる突起から微細片の離脱を防止するには、突起を形成している被膜での付着力の弱い個所である突起の裏面の表面積をできるだけ小さくすることが好ましいと考え、防着板６の形状を垂直状態から、中央部から下の部分を内側に所定角度を傾斜させて形成し、その効果を確認した。ただし、この場合、防着板６の先端部は、基板の端部のプラズマ状態に悪影響を与えない位置に設定することは当然である。
【００２３】
図２は、上述の知見に基づく実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置に関する要部の構成を示す構成図である。
【００２４】
密閉容器であるチャンバ１の内部に、平板状のターゲット（カソード）２と電極を兼ねたステージ３が対向して配置されている。プラズマ処理により成膜される基板４は、ステージ３の上に載置されている。ターゲット２の裏面には磁力線を形成する磁石５が配置されている。また、チャンバ１の内部は、ターゲット２とステージ３以外の大部分が、側壁１ａと離間して設けられているＳＵＳ製の防着板６により二重壁状に仕切られている。また、防着板６がターゲット２と対向する位置にはアースシールド６ａが設けられている。
【００２５】
また、防着板６の内面側（チャンバ１の中心側に対面する面）は、図１で示したように、予め防着板６の表面に付着により形成されてしまった膜Ｆが、膜応力や熱応力により剥離するのを防止するために、凸状の突起（不図示）が分散して形成されており、また、防着板６は内側面が、チャンバ１の内部の位置に応じて形状が異なって形成されている。
【００２６】
チャンバの略中央部以上の位置では、チャンバ１の側壁１ａの内側面と略平行に垂直上に形成され、チャンバの略中央部以下の位置ではステージ３の上方まで、チャンバ１の側壁１ａと離間する方向に７度程度の傾斜（テーパー角）に形成されている。なお、防着板６の外側面（チャンバ１の側壁１ａとの対向面）に関しては内側面と平行に傾斜していても、垂直状に形成（この場合は板圧が異なるようになる）されていてもよい。
【００２７】
また、防着板６は電気的には、接地されていても、フローティング（浮遊電位）の状態のいずれでもよい。
【００２８】
チャンバ１の外部には放電を発生させるために導入するＡｒガスの流量を制御するマスフローコントローラ７、ガスの導入を遮断するバルブ８、チャンバ１の内部を高真空に排気するためのポンプ９、ターゲット２に高電圧を印加するための高圧電源１１が設けられている。
【００２９】
また、電気系統の接続については、ターゲット２は接地部との間に直流電源１２が接続されている。一方、ステージ３はブロッキングコンデンサ１３および高周波電源１４を介して接地されている。これにより、基板４に対してセルフバイアスを形成して正イオンを引き込みやすくする制御を行っている。
【００３０】
これらの装置構成により、マグネトロンスパッタリング装置では、ターゲット２に印加した負電位により、Ａｒ等の希ガス正イオンはターゲット２に引き込まれ衝突する。この衝突とともにターゲット２の原子がスパッタされて叩き出される。原子状態で飛散する粒子はおおよそコサイン則に従う挙動を行なう。原子状態で飛散する粒子のうち一部は電子等の衝突によりイオン化する。このイオン化したスパッタ粒子とＡｒ等の希ガス正イオン粒子を、基板４に入射する正イオン粒子の方向を制御している。
（実施例１）
図２において、チャンバ１の内部での、ターゲット２とステージ３との間隔が約３００ｍｍである場合、防着板６を、ステージ３の表面から上方へ１００〜２００ｍｍ程度の位置からチャンバ１の内側に向かって略７度の傾斜角で傾斜して形成し、半導体デバイス基板４に対してスパッタリング処理を施した。
（実施例２）
図２において、チャンバ１の内部での、ターゲット２とステージ３との間隔が約１７０ｍｍである場合、防着板６を、ステージ３の表面から上方に約１００ｍｍ程度の位置からチャンバ１の内側に向かって略７度の傾斜角で傾斜して形成し、半導体デバイス基板４に対してスパッタリング処理を施した。
【００３１】
これらの各実施例によるチャンバでデバイスを生産した結果、防着板の交換時期や清掃時期ががそれぞれ延び、また、生産したデバイスの歩留まりを向上させることができた。
【００３２】
なお、上述の各実施例では、防着板の傾斜角を略７度の傾斜角としたが、傾斜角はチャンバの構造等により適宜設定することができる。
【００３３】
また、本発明のスパッタリング装置は処理対象を半導体デバイスの基板に限定されず、液晶表示基板、ＣＤ基板およびＤＶＤ基板等に対しても適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、防着板からの剥離パーティクルを抑制する機能を備えたマグネトロンスパッタリング装置が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】防着板に付着した堆積膜の剥離を説明するモデル図。
【図２】本発明のマグネトロンスパッタリング装置に関する要部の構成を示す構成図。
【図３】従来のマグネトロンスパッタリング装置の成膜室の構成を示した断面図。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…ターゲット、３…ウエハステージ、４…基板、６…防着板、６ａ…突起、１６…スイッチ、１７…直流電源

Claims (4)

1. チャンバの内部にターゲットと、該ターゲットと離間して配置された基板を載置するステージと、このステージの近傍から前記ターゲットの近傍までの間の前記チャンバの内壁を保護するようように配置された防着板とを備えたスパッタリング装置において、
   前記防着板の内面側の前記ステージの近傍側の個所が、前記チャンバの内側に向かって傾斜して形成されていることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記防着板の前記チャンバの内側に向かって傾斜している傾斜角度は、７度程度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. 前記防着板の前記チャンバの内側に向かっての傾斜は、前記ステージの上方から２００ｍｍ程度の部分から下方の部分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。
4. 前記防着板は、電気的には浮遊状態あるいは接地状態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。

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