JP2005517809A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

スパッタ装置（１０）は、ターゲット（１１）をハウジングするチャンバー（１３ａ）と、被処理物支持台（１２）と、前記ターゲットと前記支持台との間の処理領域（１４）とを有する。さらに前記装置は、処理ガスのための注入口（２４）と、前記処理領域からの吸引出口（２７）とを有する。前記注入口は、前記支持台を実質的に囲み、前記装置は前記注入口から分離した吸引出口を有する。前記注入口は前記処理領域からシールドされる。

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関し、限定されるわけではないが、詳しくはスパッタ蒸着装置に関する。

スパッタ蒸着では、半導体や絶縁体のウェハー、ディスク、パネルのような基板上に均一な処理をするために、チャンバー内の均一なガスの分布が重要である。このようなチャンバーの中では、ターゲットが基板に対向しているものが一般的であり、化学蒸着に適用されているシャワーヘッドのようなガスが分布した溶液は実用的でない。しかしながら、ほとんどのスパッタ処理は化学蒸着に比較して比較的低い圧力でなされる。このような低圧では、個々のガス分子が実質的にランダムに移動し、この処理チャンバーでは、ガスが使用され又は消費されるターゲット／基板領域からある程度の距離のところに位置される例えば一箇所に設けられた注入口のような、とても単純なガス注入口を用いて、適当な程度にガスが均一化される。

しかしながら、スパッタシステムは、一般的に精巧なシールド部分を有する。このシールド部分はクリーニングや交換のために移動可能である。これによって、ガス注入口、実際には吸引出口は、一般的に、シールドの下に配置され、結果として、たくさんのガスがターゲット／基板領域に到達しない。ランダムな移動が使用されるポイントに到達できるようになる前に、吸引されてはき出されるからである。反応性のないスパッタリング処理では、ほとんど問題がない。なぜならば、不活性ガス、典型的にはアルゴンは、スパッタ処理のために使用するイオン源を供給するためのみにあり、すなわち、ガスの流れと吸引は、主に、不要な汚染物質を取り除くためのものであるからである。反応性を有するスパッタリング（例えば、半導体デバイスのバリヤー層用に使われるような耐火性の金属窒化物など）では、反応性のあるガス、典型的には窒素、は処理の中で消費される。ここで、ガスの分布の均一性は、非常に重要である。さらに、ガス注入口の配置は、不十分な処理が行われ、または、不必要な窒化物が増加されることにつながる。この窒化物は、剥がれ落ちることがあり、そのため微粒子の汚染物質の原因になる。

米国特許ＵＳ６２９６７４７には、これらの問題を解決するための手段が説明されている。ガス注入口４４と高コンダクタンスの吸引出口４８は、下側のスパッタリングシールド９０の完全に下に配置される。ガスは、ギャップ３４を通じてランダムな動きによって拡散される。ターゲット／基板領域のコンダクタンスは、シールド９０の穿孔９２によって、加えられる。このシールド９０は、別のシールド９６によってプラズマから隠れている。注目すべきことは、処理領域から吸引するための吸引出口と、処理領域へのガス注入口とは両方とも、同一の開口、すなわち小さなギャップ３４と付加的な穿孔９２によって形成される。

特許公報ＪＰ１１４９９５６に開示されるスパッタリング装置では、規則的な間隔で外周の周りに配置される注入口の開口を有する環状のパイプ１５によって囲まれる基板ホルダー４にシールドがない。ホルダー４は、ガスの出口として使用される個々の穿孔７ａ、７ｂを有する。しかしながら、これらの穿孔と吸引口２ａはターゲット３に対向している。これは、物質が吸引口および吸引口の穿孔の中にスパッタリングされる原因になり、さらに、吸引口、結果としてガスが加熱されると、そこに混入する原因になる。これは、スパッタリング装置において、好ましくなく現実的でない。

本発明の第一の構成は、（ａ）チャンバーと、（ｂ）ターゲットと、（ｃ）支持面を有する被処理物支持台と、（ｄ）前記ターゲットと前記被処理物支持台の間の処理領域と、（ｅ）処理ガスのための注入口と、（ｆ）前記処理領域からの吸引出口と、を有し、前記注入口は前記支持台の実質的に周囲を囲み、前記吸引出口は前記注入口から分離され、前記注入口は前記処理領域からシールドされることを特徴とするスパッタ装置である。

前記注入口は、前記チャンバーの壁とチャンバーシールドとの間に形成されることによってシールドされる。

前記注入口の流出口は前記支持面の位置より上であり、さらに／または、前記注入口は一つ又は複数の開口部から構成される。

より好ましくは、前記装置は、前記支持台の実質的に周囲を囲み、前記注入口の上流に位置するプレナム又はギャラリーをさらに有し、前記注入口は、そのガスコンダクタンスが前記ギャラリーのガスコンダクタンスより小さく、好ましくは実質的に小さくなるように形成される。特に好ましくは、前記注入口のコンダクタンスはその長さ方向に沿って実質的に等しい。前記注入口から前記吸引出口までのガスコンダクタンスは前記注入口から前記処理領域までのガスコンダクタンスより概して小さい。

普通の形状では、前記支持台は一般的に円筒形であり、前記注入口及び／又はギャラリーは、前記支持台の実質的に円周上に延出することになることがわかる。それに応じて、前記注入口は、連続的なスリットのように形成され、又は、前述したように、前記支持台の周囲に延出している一連の開口のように形成される。前記吸引出口は環状であり、前記支持台を実質的に囲む。

好適には、前記ギャラリーは、前記チャンバーの壁とチャンバーシールドとの間に形成される。前記ギャラリーの容積は、前記チャンバーの壁に形成される空洞によって容易にほとんど決められるが、部分的、又は全体的には、前記シールドの前記支持台によって決められる。

前記注入口は前記チャンバーの壁と前記チャンバーシールドとの間に形成される。さらに、又はかわりに、前記注入口は前記チャンバーシールド内に形成される。例えば、前記チャンバーシールドは、城郭状又はのこぎり状の上端部を有し、又は、その端部又はその端部に隣接した部分に穿孔される。

前記支持台は本技術分野で知られたとおり操作中に上げ下げ可能であり、この場合では、前記支持台は、断面形状が一定である部分を有し、前記チャンバーシールドは、前記支持台の操作可能な全ての位置において寸法が一定である前記吸引出口を形成するように、前記断面形状が一定である部分に向かって突出する延出部を有する。

前記注入口上の地点からチャンバーの中に延出し、前記注入口と前記チャンバーとの間でガスの拡散通路を形成する別のシールドを有する。この場合、前記別のシールドは前記吸引出口をシールドするように延出することが特に好ましい。好適には、前記別のシールドには、前記処理領域に向けてガスの移動を増すように穴があけられる。

本発明の他の構成は、チャンバーと、前記チャンバー内で操作の間上げ下げ可能である被処理物支持台とを有するプラズマ処理装置であって、前記被処理物支持台は断面形状が一定である部分を有し、前記チャンバー又はその構成部分は、前記支持台の操作可能な全ての位置で一定の寸法のガス出口を形成するために、前記断面形状が一定である部分とともに延出部を有する。

この観点は、上述のスパッタ装置に特に適用されるが、多くのタイプの蒸着装置及びエッチング装置において、前記支持台の操作可能な位置であればどこでも、一定の速度で吸引することができる利益があるという点で望ましい。それゆえに、この構造は、吸引可能であるときの位置の間で基板支持台が移動可能であるあらゆる基板処理装置に広く適応可能である。

本発明について上述してきたが、上述した構成又は以下に述べるような構成のいかなる発明の組み合わせにも本発明を適用させることができる。

本発明はあらゆる方法で実施することができ、以下、次の図面を参照して、一例として、特定の実施の形態について述べる。

図１はスパッタ装置の一方端側の断面図である。図２は多数の開口からなる注入口の概要説明図である。

スパッタ装置、全体的に１０として示す、は、ターゲット１１、被処理物支持台１２、特に壁部分、全体として１３で示される、で構成されるチャンバー１３ａ、を有する。処理領域１４は、ターゲット１１と支持台１２との間に設けられ、被処理物すなわち基板１５は、支持台１２の上表面１２ａに載せられる。支持台１２は、プラテン１６と、支持スカート１７とを有し、このスカートは断面形状が一定である部分１９が延出する前にある１８によってクランクされる。

プレナム又はギャラリー２０は、チャンバーの壁１３を切り抜いたものであり、シールド２１によって実質的に閉じられている。シールド２１は、実質的に断面Ｌ形状である。直立した部分２２は、ギャラリー２０の一方の側面を形成するように延び、処理領域１４のために円周状に制限されるガス注入口２４の範囲を構成するように、チャンバー壁１３からわずかに離れているクランクした上端２３を有する。ガスは、一またはそれ以上の注入口によってプレナム２０に供給される。これらのうち一つは図中２５で示される。

シールド２１の水平状のアーム２６は横方向に延出して、後述するように、一定の断面形状が一定である部分１９とともに吸引出口２７を形成する。このように形成される吸引出口は、実質的に環状で支持台１２を囲む。別のシールド２８は、注入口２４の上側に支持され、処理領域１４内へのガスの噴射を防ぐガス拡散通路２９を形成する。それから、シールド２８は横方向に外に向かって延出し、そのフランジ３０で出口２７をシールドする。シールド２８には、例えば３１に穴があけられ、ガスが速やかに処理領域１４に流れる。

シールド２６、２８は、通常、メンテナンスやクリーニング用に移動可能である。

図１に示す構造では、注入口２４は環状の溝の形状であることが好ましい。この開口すなわち溝の寸法は、真空コンダクタンスがギャラリー２０の周囲のコンダクタンスと比べて低くなるように決められる。これによって、環状のギャラリー２０の周りにごく微小の圧力の変動があることを確実にする。これは、いいかえれば、処理領域１４内へ注入口２４を通じて処理するガスが均一に流れることを確実にする。このような均一な流れによれば、結果として、注入口２４の低コンダクタンスのためにギャラリー内で逆圧となる。

ガスは、注入口２４を通過すると、通路２９にそって、開口部３１またはギャップ３２を通じて、処理領域１４内へ拡散する。処理領域１４の外周付近に均一にガスが与えられるため、実質的に均一なガスがこの処理領域に到達することがわかる。

図２に示すように、スリット２４は、チャンバー１３の周囲に広がり、また、図示Ａ部分で示すように、開口部２４ａで区分けされている。開口部２４ａは、個々の装置の所望の設計に応じて、たくさんの溝、またはたくさんの細かい穴からなるようにすることができる。

図１に戻り、吸引出口２７について詳述する。被処理物又は基板支持台１２は、すでに説明したように、水平方向の断面形状が一定である部分１９を有する。横方向への突起２６をこの部分１９に相対的に対応させて配置することによって、支持台１２が操作可能であるどんな位置にあっても、出口２７はこれらの間で形成される。そのため、吸引出口２７の寸法は、これらの操作可能な全ての位置で、一定である。本技術分野で知られているように、第一に、基板をプラテン上に載せ及びプラテンから取り出すようにハンドリングができるように、第二に、処理条件を最適化するためにターゲットの基板からの距離を調整するように、支持台を移動させることが望まれる。特に、バリヤー層の蒸着では、バリヤー層の処理は、第一に金属蒸着、続いて金属窒化物の蒸着からなることがわかっている。例えば、タンタルとタンタル窒化物では、スパッタガスとして第一にアルゴン、第二にアルゴンと窒素が使用される。これらの処理を両方とも行う場合には、連続して、同様の処理で、チャンバーのターゲットと基板までの距離を異ならせることで、適正な処理が行われることがわかっている。

従来の構成では、吸引出口は、その寸法が支持台の位置によって変わるように形成されている。これらは、ガスの流れまたは吸引のスピードのいずれかを調整することで補われ、これによって、管理システムが不要に複雑になる。

ガスの注入口２４から吸引出口２７が分離すると、それぞれの寸法がそれぞれ個々の目的によって適正化される。２つの通路を区別して効果的にシールするシールドが簡単な部品によってそれぞれ形成されるということは、要求されれば、それぞれの処理に応じて単一のチャンバーが適合され適正化される特殊な処理のために、異なった寸法又は形状のシールド構成部分２１が製造可能である。

注入口と吸引出口の処理領域からの寸法は、支持台の表面上の被処理物の側面から一定である。上述した実施の形態では、注入口２４から処理領域１４までのガスコンダクタンスは、注入口から、支持台１２ａの位置の完全に下に配置される吸引出口２７までの直接的なガスコンダクタンスより大きい。

このように、処理チャンバー１３に導入されるガス、特に活性なガスは、処理領域に到達しないで吸引されてはき出されるよりも、処理領域１４（基板支持台表面１２ａの位置の上にある）を通過するようになる。これは、ガス注入口から処理領域までのガスコンダクタンスが、ガス注入口から吸引出口までの直接的なガスコンダクタンスより大きくないという従来技術と対比される。

スパッタ装置の一方端側の断面図である。 多数の開口からなる注入口の概要説明図である。

Claims (14)

1. （ａ）チャンバー（１３ａ）と、（ｂ）ターゲット（１１）と、（ｃ）支持面（１２ａ）を有する被処理物支持台（１２）と、（ｄ）前記ターゲットと前記被処理物支持台の間の処理領域（１４）と、（ｅ）処理ガスのための注入口（２４）と、（ｆ）前記処理領域からの吸引出口（２７）と、を有し、前記注入口は前記支持台の実質的に周囲を囲み、前記吸引出口は前記注入口から分離され、前記注入口は前記処理領域からシールドされることを特徴とするスパッタ装置。
2. 前記注入口（２４）は、前記チャンバー（１３ａ）の壁（１３）とチャンバーシールド（２１）との間に形成されることによってシールドされることを特徴とする請求項１に記載されたスパッタ装置。
3. 前記注入口（２４）の流出口は前記支持面（１２ａ）の位置より上であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたスパッタ装置。
4. 前記注入口（２４）は一つ又は複数の開口部から構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載されたスパッタ装置。
5. 前記支持台（１２）の実質的に周囲を囲み、前記注入口（２４）の上流に位置するプレナム又はギャラリー（２０）をさらに有し、前記注入口のガスコンダクタンスは前記ギャラリーのガスコンダクタンスより小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載されたスパッタ装置。
6. 前記注入口（２４）のコンダクタンスはその長さ方向に沿って実質的に等しいことを特徴とする請求項５に記載されたスパッタ装置。
7. 前記ギャラリー（２０）は、前記チャンバー（１３ａ）の壁（１３）とチャンバーシールド（２１）との間に形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載されたスパッタ装置。
8. 前記注入口（２４）から前記吸引出口（２７）までのガスコンダクタンスは前記注入口から前記処理領域（１４）までのガスコンダクタンスより小さいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
9. 前記吸引出口（２７）は前記支持台（１２）の実質的に周囲を囲むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
10. 前記支持台（１２）は、操作中に上げ下げ可能であり、断面形状が一定である部分（１９）を有し、前記チャンバーシールド（２１）は、前記支持台（１２）の操作可能な全ての位置において寸法が一定である前記吸引出口（２７）を形成するように、前記断面形状が一定である部分に向かって突出する延出部（２６）を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
11. 前記注入口（２４）上の地点からチャンバー（１３ａ）の中に延出し、前記注入口と前記チャンバー（１３ａ）との間でガスの拡散通路の範囲を決める別のシールド（２８）を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載されたスパッタ装置。
12. 前記別のシールド（２８）は前記吸引出口（２７）をシールドするように延出することを特徴とする請求項１１に記載されたスパッタ装置。
13. チャンバー（１３ａ）と、前記チャンバー内で操作の間上げ下げ可能である基板支持台（１２）とを有する基板処理装置であって、前記基板支持台は断面形状が一定である部分（１９）を有し、前記チャンバー又はその構成部分は、前記支持台の操作可能な全ての位置で一定の寸法のガス出口（２７）を形成するために、前記断面形状が一定である部分（１９）とともに延出部（２６）を有することを特徴とする基板処理装置。
14. 前記ガス出口（２７）は吸引出口であることを特徴とする請求項１３に記載された装置。
    
    

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