JP2009052124A - Ｒｆスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課題】防着板がスパッタリングされない成膜装置を提供する。
【解決手段】
ターゲット３２と静電吸着装置３１の間のスパッタリング空間を取り囲む防着板３５の内周側面の面積がターゲット３２の表面積よりも小さい成膜装置１の電源装置４０に、直流電圧源４１を設け、負の直流電圧であるバイアス電圧に高周波交流電圧が重畳されたスパッタ電圧をターゲット３２に印加する。ターゲット３２の電位が負電位になるので、接地電位の防着板３５はスパッタされなくなり、薄膜中の汚染物質が減少する。
【選択図】 図２

Description

本発明はＲＦスパッタリング装置の技術分野に係り、特に基板とターゲットが近接したスパッタリング装置に関する。

図４の符号１００は、従来技術のスパッタリング装置であり、真空槽１１１を有している。真空槽１１１の内部には、バッキングプレート１３３に取り付けられたターゲット１３２が配置されており、ターゲット１３２と対面する位置には基板ホルダ１３１が配置されている。
真空槽１１１の内部には、筒状の防着板１３５が配置されており、基板ホルダ１３１とターゲット１３２の間の空間は、この防着板１３５によって取り囲まれている。真空槽１１１と防着板１３５は接地電位に接続されている。

バッキングプレート１３３には、交流電源(ＲＦ電源)１４０が接続されており、基板１３４を基板ホルダ１３１上に配置し、真空槽１１１内を真空排気した後、ガス導入系１３６からスパッタリングガスを導入し、交流電源１４０を起動してターゲット１３２に高周波の交流電圧を印加すると、ターゲット１３２と基板１３４の間の空間にプラズマが発生し、ターゲット１３２表面がスパッタリングされ、ターゲット１３２表面からスパッタリング粒子が放出される。

ターゲット１３２表面から垂直に近い角度で飛び出したスパッタリング粒子は基板１３４の表面に到達し、薄膜が形成される。
ターゲット１３２表面から斜め方向に飛び出したスパッタリング粒子は防着板１３５に衝突し、そこに付着するから、真空槽１１１の内表面への薄膜の付着が防止される。

このようなスパッタリング装置１００では、基板１３４は接地電位や電源に接続されておらず浮遊電位に置かれており、そのような状況では、プラズマを取り囲む部材のうち、交流電圧が印加されるターゲット１３２の表面積の方が接地電位に接続された防着板１３５の面積よりも大きい場合は、ターゲット１３２の電位が上昇してしまい、プラズマから見た電位は防着板１３５の方が低くなる。

プラズマ中の正の荷電粒子は低電位の部材に引き付けられるため、防着板１３５がスパッタリングされ易くなり、基板１３４表面に形成中の薄膜に混入すると汚染物質となり、薄膜の品質が低下するという問題がある。

そこで従来技術でも対策が取られており、例えば、基板ホルダ１３１の周囲に接地電位に接続したアースブロック１３８を配置し、防着板１３５で取り囲まれた空間内にアースブロック１３８の表面を露出させておき、ターゲット１３２の表面の面積よりも、接地電位に接続された部材の面積が大きくなるようにしている。アースブロック１３８の表面に多数の小孔を形成し、アースブロック１３８の表面積が大きくされたスパッタリング装置も開発されている。

しかし、近年では小型の装置が求められており、そのため、アースブロック１３８を小型化すると接地電位の部材の面積が減少し、防着板１３５がスパッタされ易くなってしまう。
特開２００４−２７２７０号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、防着板がスパッタされない技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットを有し、基板を前記ターゲットと対向配置し、前記ターゲットに接続された電源装置を動作させて前記ターゲットをスパッタリングし、前記基板表面に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、前記ターゲットの表面の面積よりも内周面積が小さく、接地電位に置かれた防着板が、前記ターゲットと前記基板の間の空間を取り囲む位置に配置され、前記基板は浮遊電位に置かれ、前記電源装置は、負のバイアス電圧に交流電圧が重畳されたスパッタ電圧を前記ターゲットに印加するように構成された成膜装置である。
また、本発明は、前記基板は静電吸着装置上に配置された成膜装置である。

本発明は上記のように構成されており、アノード電極の電位よりもターゲットの電位を低くする技術であり、その動作原理を説明すると、図３(ａ)〜(ｃ)を参照し、同図(ａ)は、カソード電極５０とアノード電極５３が平行に配置された状態を示している。

カソード電極５０は、バッキングプレート５１と、バッキングプレート５１に取り付けられた板状の金属ターゲット５２とで構成されており、アノード電極５３を接地電位に置き、カソード電極５０に高周波の交流電圧を印加すると、カソード電極５０の電位が上昇する。

同図(ｂ)はその状態を示しており、プラズマの電位Ｖｐが高くなり、カソード電極５０の電位Ｖｔた正電圧になるため、アノード電極５３の電位が最も低く、接地電位の部材がスパッタされ易くなっている。

同図(ｃ)は、負電圧のバイアス電圧Ｖｄｃに高周波の交流電圧が重畳されたスパッタリング電圧をカソード電極５０に印加した場合であり、プラズマの電位Ｖｐは低くなる。この場合は、カソード電極５０の電位がアノード電極５３の電位よりも低いため、アノード電極５３はスパッタリングされにくい。

防着板がスパッタされないから、高純度の薄膜を形成することができる。

図１の符号１は、本発明の成膜装置を示している。
この成膜装置１は、移載室１２と処理室１０とを有している。
移載室１２内には搬送ロボット１８が配置されている。

処理室１０は、真空槽１１を有しており、この真空槽１１の内部には、搬出入部１４と、ＲＦスパッタ部１５と、ＤＣスパッタ部１６と、エッチング部１７とが設けられている。移載室１２内の台１９ａ，１９ｂ上に乗せられた基板は、搬送ロボットによって搬出入部１４の内部に搬入される。

真空槽１１の内部には、不図示の基板搬送ロボットが設けられており、搬入された基板は、基板搬送ロボットによって、ＲＦスパッタ部１５、ＤＣスパッタ部１６、又はエッチング部１７に搬送される。

ＲＦスパッタ部１５、ＤＣスパッタ部１６、又はエッチング部１７の底壁側には静電吸着装置が配置されており、基板搬送ロボットによって基板が静電吸着装置上に配置されると、基板を静電吸着できるように構成されている。

処理室１０の内部の上部にはターゲット２２が複数取り付けられたターゲット選択台２１が設けられており、ターゲット選択台２１を回転させると、所望のターゲット２２をＤＣスパッタ部１６内に配置できるように構成されている。

図２(ａ)は、ＲＦスパッタ部１５の内部構造を説明するための図面である。
真空槽１１のＲＦスパッタ部１５に位置する部分の天井には、バッキングプレート３３に取り付けられた金属製のターゲット３２が配置されている。
真空槽１１の外部には、電源装置４０が配置されており、バッキングプレート３３は、この電源装置４０に接続されている。

同図(ａ)の符号３１は、ＲＦスパッタ部１５内の静電吸着装置を示しており、符号３４は、静電吸着装置３１上に配置された基板を示している。
静電吸着装置３１はターゲットと平行に一定距離離間する位置に配置されており、静電吸着装置３１上に配置された状態では、基板３４は、ターゲット３２と平行に対面する。

静電吸着装置３１は絶縁体で構成された本体と、本体内部に配置された正電極と負電極を有しており、基板３４は本体の表面と接触し、浮遊電位に置かれている。スパッタリングの際には、正電極と負電極には、正電圧と負電圧が印加され、基板３４は静電吸着される。
静電吸着装置３１の内部にはヒータが設けられており、ヒータに通電し、静電吸着された基板３４を所定温度に加熱する。

真空槽１１のＲＦスパッタ部１５の部分には、ガス導入系３６が接続されており、真空排気系３７によって予め真空槽１１内を真空排気しておき、スパッタガスを導入し、ＲＦスパッタ部１５の圧力が安定したところで電源装置４０を起動し、バッキングプレート３３を介してターゲット３２に電圧を印加する。

電源装置４０の構成を説明すると、この電源装置４０は、直流電圧源４１と交流電圧源４２を有している。直流電圧源４１は交流成分除去回路４３を介してバッキングプレート３３に接続されており、交流電圧源４２は直流成分遮断回路４４を介してバッキングプレート３３に接続されており、直流電圧源４１と交流電圧源４２が、直流のバイアス電圧と高周波の交流電圧をそれぞれ出力すると、バッキングプレート３３には、バイアス電圧に交流電圧が重畳されたスパッタ電圧が印加される。そのスパッタ電圧はターゲット３２に印加され、ターゲット３２表面にスパッタガスのプラズマが形成される。

真空槽１１内のＲＦスパッタ部１５に位置する部分には、防着板３５が配置されている。
ＲＦスパッタ部１５の内部では、静電吸着装置３１とターゲット３２の間のスパッタリング空間は、防着板３５で取り囲まれている。

ターゲット３２と静電吸着装置３１は近接しており、防着板３５のスパッタリング空間に面する面(内周側面)の面積はターゲット３２表面の面積よりも小さくなっているが、直流電圧源４１が出力するバイアス電圧は負電圧であり、ターゲット３２は負電位に置かれているので、ターゲット３２の電位は防着板３５の電位よりも低くなっている。その結果、防着板３５はスパッタリングされなくなり、基板３４表面に高純度の薄膜が形成される。

ＲＦスパッタ部１５の内部で基板３４表面に所定膜厚の薄膜を形成した後、基板搬送ロボットによって、静電吸着装置３１上の基板をＤＣスパッタ部１６やエッチング部１７に移動させる。
ＤＣスパッタ部１６やエッチング部１７での処理を行なった後、搬出入部１４から移載室１２に取り出される。

上記電源装置４０の直流電圧源４１は、バッキングプレート３３に印加するバイアス電圧を投入電力の大きさで制御するように構成されており、図５は、直流電圧源４１が出力する投入電力とバイアス電圧の関係を示すグラフである(横軸：投入電力、縦軸：バイアス電圧Ｖｄｃ)。

図６は、上記成膜装置１によってチタンから成るターゲット３２を用いて基板３４上にチタン薄膜を形成したときの、直流電圧源４１が出力する投入電力とチタン薄膜の比抵抗の関係を示すグラフである。
図６から、投入電力４００Ｗ以上にて、比抵抗値はほぼ一定となる。図５から投入電力をバイアス電圧に換算すると、−１５０Ｖ以上印加することによって、コンタミの影響を少なくすることがわかる。

次に、チタンから成るターゲット３２をスパッタリングし、基板上にチタン薄膜を形成し、チタン薄膜中の防着板３５を構成する成分(Ｆｅ)の混入割合を測定した。

図７に、バッキングプレート３３を介してターゲット３２に印加する電力のうち、直流のバイアス電圧による直流電力ＤＣと、交流電圧による交流電力ＲＦの比率ＤＣ／ＲＦを変えたときの、ＤＣ／ＲＦに対する混入割合を示すグラフである。
直流電力ＤＣが大きくなると、防着板３５の成分の混入割合が低下することが分かる。

なお、本発明の成膜装置１では負電圧のバイアス電圧に高周波の交流電圧を重畳したスパッタ電圧をターゲットに印加することに加え、図２(ｂ)に示すように、ＲＦスパッタ部１５の真空槽１１内にアースブロック３８を配置し、基板３４上に形成されたプラズマと面する位置に、アースブロック３８の表面が露出されるようにしてもよい。
また、本発明の成膜装置は、このようなＲＦスパッタ部だけで構成してもよい。

上記実施例では、防着板３５は筒状であり、その開口がターゲット３２と基板３４にそれぞれ向くように配置されていたが、アース電位に接続した複数の板によって、ターゲット３２と静電吸着装置３１の間の空間を取り囲むようにしてもよい。ターゲット３２表面から斜め方向に飛び出したスパッタリング粒子が付着するようにすればよい。

本発明の成膜装置の一例 (ａ)、(ｂ)：そのＲＦスパッタ部を説明するための図面 (ａ)〜(ｃ)：本発明の動作原理を説明するための図面 従来技術の成膜装置 投入電力とバイアス電圧の関係を示すグラフ 投入電力とチタン薄膜の比抵抗を説明するためのグラフ 直流電力と交流電力の比率に対するＦｅ混入割合を示すグラフ

符号の説明

１……成膜装置
１１……真空槽
３１……静電吸着装置
３２……ターゲット
３４……基板
３５……防着板
４０……電源装置

Claims (2)

1. 真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットを有し、
   基板を前記ターゲットと対向配置し、前記ターゲットに接続された電源装置を動作させて前記ターゲットをスパッタリングし、前記基板表面に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
   前記ターゲットの表面の面積よりも内周面積が小さく、接地電位に置かれた防着板が、前記ターゲットと前記基板の間の空間を取り囲む位置に配置され、
   前記基板は浮遊電位に置かれ、
   前記電源装置は、負のバイアス電圧に交流電圧が重畳されたスパッタ電圧を前記ターゲットに印加するように構成された成膜装置。
2. 前記基板は静電吸着装置上に配置された請求項１記載の成膜装置。

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