JP2006124748A

JP2006124748A - スパッタリング成膜装置

Info

Publication number: JP2006124748A
Application number: JP2004312274A
Authority: JP
Inventors: Masataka Suzuki; 雅隆鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】成膜中に成膜基板内にゴミ等が取り込まれなくなり、結果外観特性の優れた成膜基板を加工可能にする。
【解決手段】スパッタ成膜装置の膜厚補正治具に於いて、その本来の膜厚補正機能は維持しつつ、膜厚補正治具の部位の内ターゲット面を向いて成膜粒子及び荷電粒子やイオンに晒される全ての部位の表面形状を、ターゲット面からの垂線方向に対する入射角度を２０度以下に成るようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ及びＲＦ出力によりプラズマ放電された真空チャンバー内に於いて、そのプラズマによってスパッタされたターゲットカソードより放出された粒子を成膜基板に成膜するスパッタ成膜装置の内でも、多数個あるいは大面積の成膜基板をセットした成膜ホルダーを多角形状のドラム上に複数個配し、そのドラムを回転させながら成膜することで一回のロットで多数個の成膜基板の加工を可能として生産性を向上させる機構を持った、カルーセル型スパッタリング成膜装置に於いて、そのホルダー内の、そして回転する全ホルダー内の全成膜基板の膜厚分布を均一にする目的で、そのターゲットと成膜基板の間に在って、ある一定の粒子密度分布でターゲットから成膜基板に向けて飛翔し成膜される粒子を、その成膜基板に到達する時点で一定の均一な膜厚分布として積層されるようにするための膜厚補正治具に関するものである。

大型の真空蒸着装置と比較して、１バッチの成膜行程に於いて、多数個の成膜基板を同膜厚にしかも同じ成膜特性を持ったものとして加工することや、大面積基板を均一の膜厚分布で成膜することが基本的に難しいとされているスパッタ成膜装置に於いて、その中でもカルーセル型のスパッタ成膜装置は、巨大でしかも多面体のホルダー上に、多数個の、或いは大面積の成膜基板を同時にセットして、そのドラムを回転させながら成膜することにより、真空蒸着器並の加工能力も得ることが可能なスパッタ成膜装置である。

ただし、そのカルーセル型スパッタ成膜装置の前記能力を最大限に引き出すためには、前提として、ターゲットと成膜基板の間に在って、ある一定の粒子密度分布で、ターゲットから成膜基板に向けて飛散する粒子を物理的に制御することにより、その成膜基板に到達する時点では一定の膜厚密度分布として積層されるように導くための膜厚補正治具が必要不可欠である。

しかし、その膜厚補正治具は、その設置される場所や機能から見て、大変密度の濃いプラズマ状態に晒される為、特にその膜厚補正機構の内、ターゲット側を向いた箇所に付着した金属酸化物表面の絶縁物質上に貯まる電荷の量は極端に増大し、よって、それに伴う絶縁破壊が起きやすく、よって発生する異常放電がパワー、量、共に増える。また、主にＤＣスパッタリングの場合、表面上の導通部分がアノードと成りそこに電荷が集中することにより、その近辺の付着した金属酸化物等の不純物質が溶け、或いは飛散させられるといったことが起きる。また、導入された活性化ガスが、プラズマ中でイオン化されたうち、マイナスの電荷を持った負イオンが一部発生し、そのイオンは同じくマイナス電荷を持ったターゲット面に反発し、因ってターゲット面に対してほぼ垂直方向に向けて、高エネルギーを持ったまま飛散し、同様にターゲット側を向いた箇所に衝突し、そこに堆積する金属酸化物質等が、はじき飛ばされプラズマ中に飛散すると共に、成膜基板内にゴミとして取り込まれてしまう確率の大変高い場所である。

これらの膜厚補正治具表面が犯される現象を起こす箇所は、膜厚補正治具面の中でも、ターゲット側を向き、特にターゲット面のエロージョン部より放射状に飛散する電荷や負イオンやプラズマや粒子、原子等の飛来方向に対して高角度をもった向き（位置）に配置されている部分でのダメージが大きいということが我々の実験により確認されている。

よって上記現象等で膜厚補正治具表面より叩き出され飛散した不純金属化合物等のゴミは、スパッタリング成膜の過程に於いて成膜物質と一緒に成膜基板面にゴミとして取り込まれてしまうことにより、成膜基板の外観を悪化させてしまっていると考えられている。

また、これら問題の解決手段の先行例としては、特開２００２−６０９３７で提案されているようなものがあり、この提案の場合、膜厚補正治具形状として板部材ではなく、複数の棒材を用いた膜厚補正治具を提案されているが、この発明の場合、平面上の板部材に比べて複数の面積的に小さな棒状の部材であるため、その数や形の変動によるプラズマ雰囲気へ与える影響変化が少ないことを特徴として上げているが、この提案を本発明の視点から見た場合、ターゲット側に対して高い角度を向いた部位の面積比が細い棒で在れば板材に比べてかなり少ないことになり、結果的にダメージを受ける面積比も少なくなるため成膜基板内に取り込まれるゴミの量、数共に軽減される膜厚補正治具と言える。
特開２００２−６０９３７号公報

しかし、厳密な見方をした場合、この膜厚補正治具の棒もある一定の体積を持った円筒状形状のため、棒形状の内ターゲット側を向いている少なくとも１／３強の部分がターゲットからの垂線に対して４５度以上の角度を持っている為、その部分が上記プロセスによって表面を冒され、結果的にゴミが発生する現象をひき起こし、問題の改善効果は少なくはないものの以前として存在するとの検討結果を我々は得ている。

そこで本発明では、膜厚補正治具本来の、ある一定の粒子密度分布を持ってターゲットから成膜基板に向けて飛散する粒子を、任意の分布及び量に選択的に遮断或いは通過させることによりその成膜基板に到達する時点では任意の膜厚密度分布として積層されるようにする本来の膜厚補正治具の機能は維持しつつ、その膜厚補正治具の部位の内ターゲット面を向いて成膜粒子及び荷電粒子やイオンに晒される全ての部位の表面形状を、ターゲット面からの垂線方向に対する入射角度を２０度以下に成るようにした治具とする事を特徴とした発明である。

また、膜厚補正治具の材質としてはステンレス等の熱に強い材質であって、特にターゲット側を向いてしまう治具端部に当たる部分では、その板厚を１ｍｍ以下の物とすることで、機構上ターゲット面を向きがちな治具各部位の端部の面積をできるだけ小さくする様な発明である。

本発明の膜厚補正機構を用いることにより、スパッタ成膜加工中常にターゲットの最も近傍にあってプラズマ晒され続けている膜厚補正機構であるにも係わらず、成膜基板上に取り込まれるゴミの量が１／３程度に減少する効果を実験にて確認している。また、特に数μｍオーダーの細かなゴミの現象がこの発明の効果として顕著に見られている。

よって、プラズマ密度の高いスパッタ成膜装置であっても外観品質の高い成膜基板の加工が可能となった。

以下に、本発明の具体的な実施の形態について述べる。

（第一の実施例）
本発明の第一の実施の形態について述べる。図１は第一の実施の形態について現したものであり、図１の１０１はカルーセルスパッタ成膜装置の真空チャンバーであり、１０２は成膜基板をホルダー上に設置し成膜時矢印方向に回転するカルーセルユニットであり、１０３はそのカルーセルホルダー上にセットされた成膜基板、１０４はターゲットカソード、１０５はＲＦ電源ユニット、１０６はマッチングユニット、１０７はローパスフィルターユニット、１０８はＤＣ電源ユニット、１０９はガス導入ユニット、１１０は成膜物質が成膜基板へ向けて飛散する方向を示し、１１１は本発明の膜厚補正機構であり、そこに示されたθ１は本発明の請求項１に示した２０度以下に規定した部位の角度を示す。

本実施例は、矢印方向に回転するカルーセルユニット１０２のホルダーにセットされた成膜基板１０３に向けて、導入ガス１０９を導入し、ＤＣ或いはＲＦを引火してプラズマ状態と化し、ターゲットカソードをスパッタされた成膜物質が矢印１１０方向に飛翔し成膜されるプロセス上に於いて、その間に膜厚補正機構１１１を設置し、成膜基板１０３上の膜厚分布を均一にする手段に於いて、膜厚補正機構１１１はその膜厚分布を均一化するための機能は、従来の平面板状の膜厚補正機構と同様の手法であるが、その膜厚補正機構１１１は図のように平面板状の部位のターゲット面側にスリット状の板を多数配置している点が本発明の特徴である。その機能の詳細は図２、図３に示すが、ターゲットから矢印１０９方向にターゲット面より垂線方向に飛翔した成膜物質や負イオンやプラズマ等はスリット状の板で構成された膜厚補正機構１１１の各スリットに低角度で衝突する為に、その衝突エネルギーは小さく、付着した成膜物質が負イオン等に叩き出されることは無い。

（第二の実施例）
本発明の第二の実施の形態について述べる。図４は第二の実施の形態について現したものであり、図４の２０１はカルーセルスパッタ成膜装置の真空チャンバーであり、２０２は成膜基板をホルダー上に設置し成膜時矢印方向に回転するカルーセルユニットであり、２０３はそのカルーセルホルダー上にセットされた成膜基板、２０４はターゲットカソード、２０５はＲＦ電源ユニット、２０６はマッチングユニット、２０７はローパスフィルターユニット、２０８はＤＣ電源ユニット、２０９はガス導入ユニット、２１０は成膜物質が成膜基板へ向けて飛散する方向を示し、２１１は本発明の膜厚補正機構であり、そこに示されたθ１は本発明の請求項１に示した２０度以下に規定した部位の角度を示す。

本実施例は、従来技術のところで先行事例として紹介した特開２００２−６０９３７で提案されているような、細かな補正ユニットを多数は位置して、その位置的な濃淡を付けることで飛翔する成膜物質の付着分布を均一に持って行く膜厚補正機構２１１の場合の実施例である。

この実施例の場合、細かな補正ユニットのそれぞれの形状を、それぞれ成膜物質を遮蔽するに必要な厚み分を確保しつつ、ターゲット面に向かって三角形の形状を持った治具であり、それぞれの辺の角度が矢印２１０のターゲット面に対する垂線に対して２０度以下となるような三角形を形成していることを特徴としたカルーセル型スパッタ成膜装置である。詳細図は図５及び図６に示す。

本発明の第一の実施例の図。本発明の第一の実施例の詳細図。本発明の第一の実施例の詳細図。本発明の第二の実施例の図。本発明の第二の実施例の詳細図。本発明の第二の実施例の詳細図。

符号の説明

１１１本発明の膜厚補正機構
１０１第一の実施例の真空チャンバー
１０２第一の実施例のカルーセルユニット
１０３第一の実施例の成膜基板
１０４第一の実施例のターゲットカソード
１０５第一の実施例のＲＦ電源ユニット
１０６第一の実施例のマッチングユニット
１０７第一の実施例のローパスフィルターユニット
１０８第一の実施例のＤＣ電源ユニット
１０９第一の実施例のガス導入ユニット
１１０第一の実施例の成膜物質が飛散する方向
１１１第一の実施例の本発明の膜厚補正機構
２０１第一の実施例の真空チャンバー
２０２第一の実施例のカルーセルユニット
２０３第一の実施例の成膜基板
２０４第一の実施例のターゲットカソード
２０５第一の実施例のＲＦ電源ユニット
２０６第一の実施例のマッチングユニット
２０７第一の実施例のローパスフィルターユニット
２０８第一の実施例のＤＣ電源ユニット
２０９第一の実施例のガス導入ユニット
２１０第一の実施例の成膜物質が飛散する方向
２１１第一の実施例の本発明の膜厚補正機構

Claims

ＤＣ及びＲＦ出力によりプラズマ放電された真空チャンバー内に於いて、そのプラズマによってスパッタされたターゲットカソードより放出された粒子を、成膜基板の成膜面に積層させて薄膜を成膜させるスパッタリング成膜装置に於いて、成膜させる物質の元となる金属製あるいはセラミック製のターゲットカソードと所定の金属や金属化合物や誘電体等の成膜物質を形成させる成膜基板の間に配置され、ある一定の粒子密度分布を持ってターゲットから成膜基板に向けて飛散する粒子を、任意の分布及び量に選択的に遮断或いは通過させることによりその成膜基板に到達する時点では任意の膜厚密度分布として積層されるようにする本来の膜厚補正治具の機能は維持しつつ、その膜厚補正治具の部位の内ターゲット面を向いて成膜粒子及び荷電粒子やイオンに晒される全ての部位の表面形状を、ターゲット面からの垂線方向に対する入射角度を２０度以下に成るようにした治具とする事を特徴としたカルーセル型スパッタリング成膜装置である。
前記請求項１の成膜装置であって、その膜厚補正機構の材質としてはステンレス等の熱に強い材質であって、特にターゲット側を向いてしまう治具端部に当たる部分では、その板厚を１ｍｍ以下の物とすることを特徴とする上記請求項１に記載のスパッタリング成膜装置である。
前記請求項１及び２の成膜装置であって、本発明の膜厚補正機構は、ターゲットカソードより飛翔して付着した不純金属並びに不純金属化合物等の物質が積層されるに連れ、同機構の熱変形や大気開放等によって剥がれ落ちやすくなることの無いように、その全機構表面をセラミックス等の溶射処理やサンドブラスト処理といった手法を用い、数十ミクロンから数ミリメートルの荒さに仕上げた状態に保つことを特徴とする請求項１、２に記載のスパッタリング成膜装置である。