JP2006307291A

JP2006307291A - スパッタ装置

Info

Publication number: JP2006307291A
Application number: JP2005131844A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Owaku; 健大和久
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】スパッタ膜にアウトガスが混入してしまう確率を小さくし、その膜質向上を可能としたスパッタ装置を提供する。
【解決手段】チャンバ１０内にターゲット４０とウエーハＷとが配置され、ターゲット４０から飛び出たスパッタ粒子をウエーハＷに付着させてスパッタ膜を形成するスパッタ装置１００であって、ターゲット４０からウエーハＷに至るスパッタ粒子の行程を含む空間Ｓの周りに設けられ、当該空間Ｓから該チャンバ１０の内壁へのスパッタ粒子の飛散を防止するチャンバ内の内部治具６０と、内部治具６０で仕切られた空間Ｓにアルゴンガスを導入する流入口６５と、内部治具６０の底部に設けられた排出口６２と、を備えたものである。Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２等のアウトガスをアルゴンガスの流れに乗せて排出口６２から効率良く排出でき、上記空間Ｓでのアウトガスの滞留を防ぐことができ、スパッタ膜へのアウトガスの混入を少なくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタ装置に関し、特に、スパッタ膜にアウトガスが混入してしまう確率を小さくし、その膜質向上を可能としたものである。

従来から、スパッタ（即ち、スパッタリング）現象を利用して基板上に薄膜を形成するスパッタ装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
図６は、従来例に係るスパッタ装置２００の構成例を示す概念図である。図６に示すように、スパッタ装置２００は、チャンバ２１０と、加熱ステージ２２０と、クランプリング２３０と、ターゲット２４０と、マグネット２５０と、内部治具２６０と、クライオポンプ２７０等を含んだ構成となっている。

このスパッタ装置２００による成膜時には、クライオポンプ２７０等によってチャンバ２１０内は高真空に引かれ、高真空に引かれたチャンバ２１０内にアルゴンガス等の不活性ガスが導入される。また、ウエーハＷとターゲット２４０との間には高電界が加えられ、マグネトロン放電によるプラズマが発生する。このとき、アルゴンガスの一部はＡｒ^＋にイオン化し、プラズマ中のＡｒ^＋が電界に引かれてターゲット２４０に衝突する。この衝突の反跳で飛び出してきた粒子（以下、「スパッタ粒子」という。）がウエーハＷに付着して、スパッタ膜が成膜される。

周知のように、スパッタ粒子はターゲット２４０からウエーハＷに向けてほぼ真っ直ぐに進む。その一部はウエーハＷに到達しないで反れてしまうが、いずれにしても、その動きはターゲット２４０から到達地点まで直進的であり、僅かな隙間をついての周り込み等がほとんど無い（この点がＣＶＤ装置と大きく異なる。）。
従って、ターゲット２４０からウエーハＷに至るスパッタ粒子の行程を含む空間Ｓと、チャンバ２１０の内壁との間に遮蔽物を配置することで、内壁にスパッタ膜を形成しないようにすることができる。図６に示す内部治具２６０は、このような遮蔽物としてチャンバ２１０内に配置されたものである。内部治具２６０の存在によって、内壁に対するスパッタ膜の除去を目的とした洗浄作業は基本的に不要となる。

その代わりに、内部治具２６０にはスパッタ膜が形成される。このようなスパッタ膜を放置しておくとやがて剥離しパーティクルの原因となる。それゆえ、定期的にチャンバ２１０内から内部治具２６０を取り外し、薬液を用いてスパッタ膜を取り除く必要があるが、内部治具２６０はチャンバ２１０よりも小さく、その洗浄作業はチャンバ２１０自体を洗浄する場合と比べてかなり容易である。このような理由から、スパッタ装置２００の多くは、チャンバ２１０内に内部治具２６０を含んだ構造となっている。
特開２０００−１０９９７５号公報特開２００３−２７２２９号公報

ところで、スパッタ処理中、内部治具２６０及びクランプリング２３０にはスパッタ粒子が衝突してその運動エネルギーは熱エネルギーに変わる。また、内部治具２６０及びクランプリング２３０はプラズマからの輻射も受けるので、これらの温度は上昇する。内部治具２６０及びクランプリング２３０の温度が上昇すると、これらの表面に付着又は内部に吸蔵されていたＨ_２Ｏ、Ｈ_２等のアウトガスがその表面から放出される。

このようなアウトガスが、内部治具２６０の内側に留まるとその真空度が下がり、アウトガスがスパッタ膜に混入して、その膜質を低下させてしまう。膜質低下は、例えば「くもり」の形で現れる。
そこで、アウトガスのチャンバ２１０内での発生を防ぐために、従来の技術では、内部治具２６０やクランプリング２３０を洗浄した後は、これらを必ず加熱処理（ベーキング）してＨ_２Ｏ、Ｈ_２等を残留させないよう工夫していた。

しかしながら、加熱処理をした後で内部治具２６０及びクランプリング２３０をスパッタ装置２００内に取り付ける場合には、これらを加熱処理装置から搬出してスパッタ装置２００まで運び、その後、手作業によってチャンバ２１０内に取り付けなければならない。つまり、加熱処理後の内部治具２６０及びクランプリング２３０はその取り付け段階で必ず大気に触れるので、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２等を再吸着してしまう可能性があった。

ここで、図７に示すように、従来のスパッタ装置２００は、クランプリング２３０と内部治具２６０との間には僅かな隙間しかなく、内部治具２６０の内側からアウトガスを積極的に取り除くような構造となっていなかった。即ち、従来の技術では、アルゴンガスはクランプリング２３０下部の小さな隙間から流入出していたが、この隙間は内部治具２６０内からのアウトガスの排出を考慮して設けられた隙間ではなく、内部治具２６０の内側からのアウトガスの排出は微量であった。

このため、内部治具２６０及びクランプリング２３０に吸着したＨ_２Ｏ、Ｈ_２等がアウトガスとして内部治具２６０の内側に放出されて留まり、スパッタ膜の膜質を低下させてしまうおそれがあった。
本発明は、このような解決すべき問題に着目してなされたものであって、スパッタ膜にアウトガスが混入してしまう確率を小さくし、その膜質向上を可能としたスパッタ装置の提供を目的とする。

〔発明１〕上記目的を達成するために、発明１のスパッタ装置は、チャンバ内にターゲットと基板とが配置され、前記ターゲットから飛び出たスパッタ粒子を前記基板に付着させてスパッタ膜を形成するスパッタ装置であって、前記ターゲットから前記基板に至る前記スパッタ粒子の行程を含む空間の周りに設けられ、当該空間から該チャンバの内壁へのスパッタ粒子の飛散を防止する前記チャンバ内の仕切部材と、前記仕切部材で仕切られた前記空間に不活性ガスを導入するガス導入手段と、前記仕切部材の所定位置にガス排出口を有し当該ガス排出口を通して前記空間から前記不活性ガスを排出するガス排出手段と、を備えたことを特徴とするものである。

このような構成であれば、スパッタ処理中の上記空間でアウトガスが放出された場合でも、このアウトガスを不活性ガスの流れに乗せてガス排出口から効率良く排出することができる。上記空間でのアウトガスの滞留を防ぐことができ、スパッタ膜にアウトガスが混入してしまう確率を小さくすることができるので、スパッタ膜の膜質向上が可能である。

〔発明２〕発明２のスパッタ装置は、発明１のスパッタ装置において、前記チャンバ内に設けられた基板載置用のステージと、前記ステージに前記基板を固定するために前記仕切部材で仕切られた前記空間に配置されたクランプリングと、を備えたことを特徴とするものである。
このような構成であれば、クランプリングからアウトガスが放出された場合でも、このアウトガスを不活性ガスの流れに乗せてガス排出口から効率良く排出することができる。

〔発明３〕発明３のスパッタ装置は、発明１又は発明２のスパッタ装置において、前記チャンバ内に配置されて前記ターゲットから前記仕切部材の少なくとも一部分を遮る遮蔽部材を備え、前記ガス排出口は、前記仕切部材の前記一部分だけに設けられていることを特徴とするものである。

ここで、スパッタ粒子の動きはターゲットから到達地点まで直進的であり、遮蔽部材によってターゲットから遮られた部分にスパッタ粒子はほとんど到達しない。
発明３のスパッタ装置によれば、スパッタ粒子のガス排出口への到達はある程度防がれるので、ガス排出口からチャンバ内壁へのスパッタ粒子の飛散防止に効果的である。

〔発明４〕発明４のスパッタ装置は、発明３のスパッタ装置において、前記遮蔽部材として前記クランプリングが兼用されることを特徴とするものである。
このような構成であれば、遮蔽部材を専用に設ける必要がないので、スパッタ装置の部品点数を少なくすることができる。

〔発明５〕発明５のスパッタ装置は、発明１から発明４の何れか一のスパッタ装置において、前記不活性ガスの排出を妨げない程度に前記ガス排出口の前記空間側又はその反対側の少なくとも一方を覆うカバー、を備えたことを特徴とするものである。

このような構成であれば、ガス排出口に到達したスパッタ粒子の少なくとも一部はカバーに付着するので、ガス排出口からチャンバ内壁へのスパッタ粒子の飛散防止に効果的である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るスパッタ装置１００の構成例を示す概念図である。
このスパッタ装置１００は、チャンバ１０内でターゲット４０にアルゴンイオン等を衝突させ、ターゲット４０から放出されたスパッタ粒子（ターゲット材の粒子）をウエーハＷ上に付着させてスパッタ膜を形成する装置である。

図１に示すように、このスパッタ装置１００は、スパッタ装置１００は、チャンバ１０と、加熱ステージ２０と、クランプリング３０と、ターゲット４０と、マグネット５０と、内部治具６０と、クライオポンプ７０等を含んだ構成となっている。
チャンバ１０は、密閉可能な容器でありその内部にウエーハＷを収容するようになっている。図１に示すように、このチャンバ１０の一方にはガス流入口１１が設けられ、他方にはクライオポンプ７０が接続されている。このガス流入口１１には一端がガス供給系に接続し、他端が内部治具６０に接続した配管１２が取り付けられている。また、ガス流入口１１と配管１２との間は、絶縁体１３によって気密高く塞がれている。ウエーハＷ上にスパッタ膜を形成する場合には、密閉されたチャンバ１０の内側に配管１２を通してアルゴン（Ａｒ）ガスが供給される。

また、加熱ステージ２０は、ウエーハＷを支持すると共に、支持したウエーハＷをその裏面側から加熱するものである。
クランプリング３０は、加熱ステージ２０上に載置されたウエーハＷを、その自重によって加熱ステージ２０側に押し当てて固定する治具である。図１に示すように、スパッタ処理中は加熱ステージ２０が上昇し、クランプリング３０を内部治具６０の突起部６１から持ち上げる。この持ち上げによって、クランプリング３０の自重がウエーハＷの周縁部にかかるようになっている。

また、スパッタ処理が終了してチャンバ１０内からウエーハＷを搬送するときは、加熱ステージ２０を下降させ、クランプリング３０を内部治具６０の突起部６１に載せることで、クランプリング３０をウエーハＷから離す（つまり、固定状態を解く。）ようになっている。
ターゲット４０は、チャンバ１０内に設けられており、その材料は例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅又はチタン等である。もちろん、これらの材料に限られることはなく、ウエーハＷ上に形成したい膜の種類に応じて、他の材料を選択しても良い。このターゲット４０は陰極に接続されており、その背後（即ち、加熱ステージ２０と向かい合う面の反対側）にマグネット５０が配置されている。

マグネット５０は、ターゲット４０表面の電界と直交する磁界によってマグネトロン放電を起こし、ターゲット４０近傍で多量のイオンを発生させるためのものである。ターゲット４０と向かい合うウエーハＷ側の陽極は図示しないが、陽極はウエーハＷの近傍に配置されていればどこでも良く、例えば、加熱ステージ２０の側面やその近傍のチャンバ１０内壁などに配置されている。

内部治具６０は、ターゲット４０からウエーハＷに至るスパッタ粒子の行程を含む空間Ｓからチャンバ１０内壁へのスパッタ粒子の飛散を防止するために、この空間Ｓの周囲に設けられたものである。この内部治具６０によって、上記空間Ｓとチャンバ１０内壁との間が仕切られている。
周知のように、スパッタ粒子はターゲット４０からウエーハＷに向けてほぼ真っ直ぐに進む。その一部はウエーハＷに到達しないで反れてしまうが、いずれにしても、その動きはターゲット４０から到達地点まで直進的であり、僅かな隙間をついての周り込み等がほとんど無い。

従って、ターゲット４０からウエーハＷに至る空間Ｓとチャンバ１０の内壁との間に遮蔽物を配置することで、内壁にスパッタ膜を形成しないようにすることができる。図１に示す内部治具６０は、このような遮蔽物としてチャンバ１０内に配置されたものであり、その存在によって、内壁に対するスパッタ膜の除去を目的とした洗浄作業は基本的に不要となる。

ところで、このスパッタ装置１００では、図１に示すように、チャンバ１０のガス流入口１１から内部治具６０の上部にかけて配管１２が設けられており、この配管１２を通して内部治具６０の内側にアルゴンガスを流し込むようになっている。つまり、内部治具６０の上部にアルゴンガスの流入口６５が設けられている。また、図１に示すように、この内部治具６０の底部であって、クランプリング３０によってターゲット４０から遮られた（隠れた）位置に、アルゴンガス等を排出するための複数の排出口６２が設けられている。

図２は、内部治具６０の底部をチャンバ１０の下側から見た図である。図２に示すように、この内部治具６０の底部には、加熱ステージ２０を入れるための空洞部６３を中心にした複数本の放射線上に沿った位置に排出口６２が設けられている。ガス排気能力を高めるため、内部治具６０の底部にできるだけ多くの排出口６２が設けられている。
また、この内部治具６０には、アルゴンガス等の排出を妨げない程度に排出口６２を内部治具６０の外側から覆うカバー６４が取り付けられている。

図３はカバー６４の一例を示す斜視図である。図３に示すように、このカバー６４は、排出口６２の開口面に対して傾斜しており、アルゴンガス等の排出は妨げない一方で、スパッタ粒子の飛び出しは防止するような形状となっている。
また、図５はカバー６４の他の例を示す斜視図である。図５に示すように、内部治具６０の底面に取り付けられるカバー６４は、排出口６２の開口面に対して傾斜した第１の面６４ａと、この第１の面６４ａの周辺部から排出口６２の周辺部に至る側面を塞ぐ第２の面６４ｂと、で構成されていても良い。このような構成であれば、上記側面に向けて飛散してくるスパッタ粒子を第２の側面６４ｂで受け止めることができるので、図３と比べて、スパッタ粒子の飛び出しをさらに防ぐことができる。

図１に戻って、このスパッタ装置１００におけるスパッタ処理では、例えばチャンバ１０を真空状態に排気し、放電用のアルゴンガスを導入する。そして、ターゲット４０とウエーハＷ間に電圧を加え、マグネトロン放電によるプラズマを発生させる。このとき、アルゴンガスの一部はＡｒ^＋にイオン化し、プラズマ中のＡｒ^＋は陰極のターゲット４０に衝突してスパッタ粒子をはじき出す。はじき出されたスパッタ粒子は直進的に進んでウエーハＷに付着する。

このとき、スパッタ粒子の一部は、ウエーハＷではなく、内部治具６０やクランプリング３０に衝突してその運動エネルギーは熱エネルギーに変わる。また、内部治具６０及びクランプリング３０はプラズマからの輻射も受けるので、これらの温度は上昇し、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２等のアウトガスが多少でもその表面から放出される可能性が高い。このような可能性に対処すべく、このスパッタ装置１００では、図４の実線矢印で示すように、内部治具６０の上部、即ち、流入口６５よりアルゴンガスを導入して、内部治具６０の内側にガスの流れを作り、内部治具６０の下側にある排出口６２よりガスを排出させるようになっている。

このように、本発明の実施の形態に係るスパッタ装置１００によれば、スパッタ処理中に内部治具６０やクランプリング３０から上記空間Ｓにアウトガスが放出された場合でも、このアウトガスをアルゴンガスの流れに乗せて排出口６２から効率良く排出することができる。上記空間Ｓでのアウトガスの滞留を防ぐことができ、スパッタ膜にアウトガスが混入してしまう確率を小さくすることができるので、スパッタ膜の曇り等の発生を防ぐことができ、スパッタ膜の膜質向上が可能である。

また、このスパッタ装置１００によれば、排出口６２はその全てが、内部治具６０の底部であって、クランプリング３０によってターゲット４０から遮られた（隠れた）位置だけに設けられている。ここで、スパッタ粒子の動きはターゲット４０から到達地点まで直進的であり、クランプリング３０によってターゲット４０から遮られた位置にスパッタ粒子はほとんど到達しない。従って、スパッタ粒子の排出口６２への到達はある程度防がれるので、排出口６２からチャンバ１０内壁へのスパッタ粒子の飛散をある程度防止することができる。

さらに、このスパッタ装置１００では、排出口６２の開口面に対して傾斜しており、アルゴンガス等の排出は妨げない一方で、スパッタ粒子の飛び出しは防止するような形状のカバー６４を備えている。図１〜図４に示したように、このカバー６４は、内部治具６０の外側から排出口６２を覆っている。このような構成であれば、スパッタ粒子が排出口６２に到達した場合でも、それらの少なくとも一部はカバー６４に付着するので、排出口６２からチャンバ１０内壁へのスパッタ粒子の飛散をある程度防止することができる。

つまり、このスパッタ装置１００では、排出口６２を内部治具６０のターゲットから隠れた位置に配置し、さらに排出口６２にカバー６４を取り付けることで、排出口６２からチャンバ１０内壁へのスパッタ粒子の飛散を二重に防止している。
この実施の形態では、ウエーハＷが本発明の「基板」に対応し、内部治具６０が本発明の「仕切部材」に対応している。また、アルゴンガスが本発明の「不活性ガス」に対応し、ガス流入口１１、配管１２、絶縁体１３及び流入口６５が本発明の「ガス導入手段」に対応している。さらに、排出口６２が本発明の「ガス排出口」に対応し、排出口６２及びクライオポンプ７０が本発明の「ガス排出手段」に対応している。また、加熱ステージ２０が本発明の「基板載置用のステージ」に対応し、クランプリング３０が本発明の「遮蔽部材」「クランプリング」に対応している。さらに、内部治具６０の底部であって、クランプリング３０によってターゲット４０から遮られた（隠れた）位置が、本発明の「仕切部材の一部分」に対応している。

なお、本発明は、ウエーハをターゲットと見なし、Ａｒ^＋等でウエーハ上のシリコン酸化膜等を削る逆スパッタ装置に適用可能である。本発明を逆スパッタ装置に適用した場合には、石英治具からのアウトガス排出の効率向上が期待される。

実施の形態に係るスパッタ装置１００の構成例を示す図。内部治具６０の底部をチャンバ１０の下側から見た図。カバー６４の一例を示す図。内部治具６０の内側を示す図。カバー６４の他の例を示す図。スパッタ装置２００の構成例を示す図。内部治具２１０の内側を示す図。

符号の説明

１０チャンバ、１１ガス流入口、１２配管、１３絶縁体、２０加熱ステージ、３０クランプリング、４０ターゲット、５０マグネット、６０内部治具、６１突起部、６２排出口、６３空洞部、６４カバー、６４ａ第１の面、６４ｂ第２の面、６５流入口、７０クライオポンプ、１００スパッタ装置、Ｓ（ターゲット４０からウエーハＷに至るスパッタ粒子の行程を含む）空間、Ｗウエーハ

Claims

チャンバ内にターゲットと基板とが配置され、前記ターゲットから飛び出たスパッタ粒子を前記基板に付着させてスパッタ膜を形成するスパッタ装置であって、
前記ターゲットから前記基板に至る前記スパッタ粒子の行程を含む空間の周りに設けられ、当該空間から該チャンバの内壁へのスパッタ粒子の飛散を防止する前記チャンバ内の仕切部材と、
前記仕切部材で仕切られた前記空間に不活性ガスを導入するガス導入手段と、
前記仕切部材の所定位置にガス排出口を有し当該ガス排出口を通して前記空間から前記不活性ガスを排出するガス排出手段と、を備えたことを特徴とするスパッタ装置。
前記チャンバ内に設けられた基板載置用のステージと、
前記ステージに前記基板を固定するために前記仕切部材で仕切られた前記空間に配置されたクランプリングと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
前記チャンバ内に配置されて前記ターゲットから前記仕切部材の少なくとも一部分を遮る遮蔽部材を備え、
前記ガス排出口は、前記仕切部材の前記一部分だけに設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタ装置。
前記遮蔽部材として前記クランプリングが兼用されることを特徴とする請求項３に記載のスパッタ装置。
前記不活性ガスの排出を妨げない程度に前記ガス排出口の前記空間側又はその反対側の少なくとも一方を覆うカバー、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のスパッタ装置。