JP2010084169A - 真空排気方法、真空排気プログラム、および真空処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼きだし時の真空容器の内部の温度のばらつきを抑えることができ、より短時間で所望の真空度に到達可能な真空排気方法を提供する。
【解決手段】真空容器１内に防着シールド４を備え、真空排気下でプラズマを発生させて基板９上に薄膜を形成する真空処理装置の真空排気方法であって、不活性ガスを導入する手順と、不活性ガスの圧力下において、ランプヒータにより防着シールド４を加熱する加熱手順と、排気手段２、３により真空容器１を排気する排気手順と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、防着シールドを備える真空容器内を真空排気する真空排気方法、真空排気プログラム、および真空処理装置に関する。

真空処理装置の一例であるスパッタ装置では、ターゲット交換やシールド交換などのメンテナンス作業時に、真空容器（チャンバ）を大気暴露する必要がある。その際、真空容器の内部に不純物ガスが付着し、その主成分はＨ₂Ｏである。大気暴露によって不純物ガスが付着すると、真空容器を再度成膜可能な真空度（例えば、マグネトロンスパッタ装置では１０^-5Ｐａ以上）まで到達させることが困難となる。

そこで、従来、真空容器内を真空引きした後、真空容器の内部の焼きだしを行っている。焼きだし方法は、真空容器内に設置されたランプヒータによる熱輻射で、主にスパッタ装置の周囲に配された防着シールドを加熱して行っている。この焼きだしが十分でない真空容器内でスパッタリングされた薄膜の膜内には残留不純物ガスが取り込まれ、薄膜の抵抗率を悪化させるなど膜特性に影響を与える。

これに関連する技術として、チャンバ内に設置したランプヒータでターゲット表面を加熱して、ターゲットに付着した水分を除去する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平５−５１７３４号公報

ところで、従来の焼きだし方法による不純物ガスの除去では、ランプヒータの光の陰となる部分の温度は十分に上昇せず、焼き出しが不十分となってしまう。そのため、複数のランプを設置しているが、構造の制約上、真空容器の内部の全てに亘って輻射加熱しうるようにランプヒータを設置することは困難である。

さらに、輻射熱による不純物ガスの加熱除去では、加熱対象物の温度上昇が遅く、成膜可能な真空度に到達させるのに数時間を要する。

本発明は、上記事情に鑑み、焼きだし時の真空容器の内部の温度のばらつきを抑えることができ、より短時間で所望の真空度に到達可能な真空排気方法、真空排気プログラム、および真空処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。

即ち、大気暴露状態からの真空処理装置の真空排気方法であって、大気暴露状態から第１の圧力まで真空処理室内を排気する第１排気手順と、前記真空処理室内に不活性ガスを導入する手順と、前記不活性ガスの存在下において、真空処理室内壁又は真空処理室内の構造物に光源を臨ませて配されたランプヒータにより真空処理室内を加熱する加熱手順と、真空処理室内を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力まで排気する第２排気手順と、を有することを特徴とする真空排気方法である。

本発明によれば、不活性ガスを導入し、この不活性ガスの圧力下において、ランプヒータにより加熱する。これにより、熱伝導媒体になる不活性ガスは、熱源が熱照射しきれない部分にも回り込み、真空容器内をばらつきなく加熱することができ、より短時間で所望の真空度に到達可能である。

したがって、真空容器内に付着した不純物ガスの除去が十分行われるため、薄膜内への不純物ガスの取り込みが少なくなり、良好な膜質が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明を適用したマグネトロンスパッタ装置の一例を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態では、真空処理装置の一例として、マグネトロンスパッタ装置を例示している。本実施形態のマグネトロンスパッタ装置は、真空排気可能な真空容器１を備えている。この真空容器１には、排気手段として、ゲートバルブ３を介してターボ分子ポンプなどの主排気ポンプ２が接続され、粗引き口１２を介してドライポンプなどの粗引きポンプ（不図示）が接続されている。この真空容器１には、不活性ガスの導入手段として、マスフローコントローラなどの自動流量制御器（不図示）を介して、ガスボンベ（不図示）が接続され、ガス導入管６２のガス導入口６１から不活性ガスが所定の流量で導入される。本実施形態では、不活性ガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。

また、マグネトロンスパッタ装置は、基板９を載置可能な基板ホルダ１０と、基板９の載置面に対向配置されるカソード７と、カソード７の表面側に配置されたターゲット１４と、カソード７の裏面側に配置され、カソード７の表面に平行な磁束を形成する磁石機構８と、を備えている。磁石機構８はモータ１１に接続され、カソード７の面内方向に回転可能と成っている。Ａｒガスの導入下において、モータ１１によって磁石機構８を回転させながらカソード７に放電用電力を投入することで、基板ホルダ１０との間でマグネトロン放電（プラズマの発生）が行われ、ターゲット１４がスパッタされる。

本実施形態のマグネトロンスパッタ装置では、基板ホルダ１０とカソード７との間の空間を取り囲むように、略筒体状の防着シールド４が配されている。この防着シールド４の下部は基板ホルダ１０の周囲に接続されて、上方へと起立しており、基板ホルダ１０とカソード７との間の空間を覆って、スパッタされたスパッタ粒子が真空容器１の側壁に飛着するのを防止している。防着シールド４は三分割に形成され、基板ホルダ１０の周囲に固定された上向き凹リング状の下シールド４ａと、この下シールド４ａに下方から支持される筒体状の中間シールド４ｂと、カソード７の周囲に固定された下向き凹リング状の上シールド４ｃと、からなっている。基板ホルダ１０は、防着シールド４の一部（下シールド４ａ）と共に上下に昇降可能に構成されている。基板ホルダ１０を防着シールド４と共に、基板９の処理位置から下降させることで、基板ホルダ１０上に基板９が導入可能となっている。

さらに、本実施形態のマグネトロンスパッタ装置には、防着シールド４の下方の外周側に等間隔で４基のランプヒータ５が配置されている。各ランプヒータ５は、防着シールド４に光源を向けて斜め上方へ臨んでおり、赤外線等の放射により防着シールド４を直接加熱するように成っている。ランプヒータ５としては、例えば、ハロゲンランプ、白熱ランプが挙げられる。

なお、さらに、別に防着シールド４を加熱可能な熱源を備えていてもよい。例えば、発熱体としての炭素繊維をセラミックや石英などで覆ったカーボンヒータや、発熱体として炭素繊維の代わりにニクロム線を用いたニクロム線ヒータなどを用いることができる。

ランプヒータ５の配置は、４箇所に限定されず、１箇所以上に配置されていれば何箇所でもよく、上側から下向きに防着シールド４を照らすものであっても構わない。また、ランプヒータ５の形状は、防着シールド４の全周を取り巻くようにリング状に形成されていてもよい。

また、本実施形態のマグネトロンスパッタ装置には、上記したランプヒータ５や主排気ポンプ２、モータ１１、カソード７、基板ホルダ１０などの各構成要素の動作を制御する真空排気制御装置（コントローラ）１３が備えられている。コントローラ１３は、不図示のガイスラー管やＢ−Ａ（Ｂａｙａｒａｄ−Ａｌｐｅｒｔ）ゲージなどの圧力センサなどに接続され、各センサの検出信号に基づいて、制御指令を出力する。

なお、コントローラ１３は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部などからなるコンピュータを備えて構成されている。ＣＰＵは、プログラムにしたがって上記各部の制御や各種の演算処理等を行う。記憶部は、予め各種プログラムやパラメータを格納しておくＲＯＭ、作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶するＲＡＭ等からなる。

次に、本発明に係る真空排気方法について説明する。

本発明の方法は、大気暴露状態からの真空処理装置の真空排気方法であって、大気暴露状態から第１の圧力まで真空処理室内を排気する第１排気手順と、前記真空処理室内に不活性ガスを導入する手順と、前記不活性ガスの存在下において、真空処理室内壁又は真空処理室内の構造物に光源を臨ませて配されたランプヒータにより真空処理室内を加熱する加熱手順と、真空処理室内を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力まで排気する第２排気手順と、を有する。

図２は、本発明に係る真空排気方法の手順を示すフローチャートである。なお、図２のフローチャートにより示されるアルゴリズムは、コントラーラ１３の記憶部に真空排気プログラムとして記憶されており、動作開始の際にＣＰＵにより読み出されて実行される。

図２に示すように、本発明に係る真空排気方法は、真空容器１を大気暴露から成膜可能な真空度に到達させるために、まず、粗引き口１２より真空容器１を粗引きする（ステップ１０１；以下、「Ｓ１０１」のように表示する。）。次に、真空容器１が３０Ｐａの圧力に達すると、ゲートバルブ３を開き、主排気ポンプ２による排気が開始される（図示せず）。

そして、真空容器１内の真空度が１．３×１０^-4Ｐａ（第１の圧力）に到達すると、主排気ポンプ２と真空容器１との間のゲートバルブ３を閉め（ステップＳ１０１）、真空容器１内のガス導入口６よりＡｒガスを所定流量（例えば、２００ｓｃｃｍ）で導入する（Ｓ１０２）。このとき、基板ホルダ１０を下げておき、防着シールド４に囲まれた空間を開放して、Ａｒガスが導入されるようにしておくと、熱伝達効率をより高めることができるので、好ましい。また、Ａｒガスの導入時に必ずしもゲートバルブを閉めておく必要はないが、閉めておけばＡｒガスをより早く高圧にできるので好ましい。なお、Ａｒガスの導入を容易にするため、粗引き口１２は開放しておき、排気を行う。

次に、真空容器１内に設置されたランプヒータ５の電源をオン（ＯＮ）にし、焼きだしを開始する（Ｓ１０３）。

Ａｒガスを１５分間導入し（Ｓ１０４）、真空容器１内が２６６Ｐａ以上に加圧されたら（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、５分経過後にＡｒガスの導入を終了する（Ｓ１０７）。なお、Ａｒガス１５分以上Ａｒガスを導入しても２６６Ｐａ以上にならないときは（Ｓ１０５：Ｎｏ）、アラームを出力する（Ｓ１０６）。

ここで、２６６Ｐａ以上に設定するのは、図３に示すように、高い熱伝達効果を得ることができる最小の圧力だからである。図３は、図１に示すスパッタリング装置において、３０分間、ランプヒータ５を稼動させて所定圧力下においたときの真空容器１内の温度を計測した結果である。図３に示すように、２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）付近で温度が飽和している。なお、２６６Ｐａ以上であっても、同等の熱伝達効果を得ることができるが、あまりに不活性ガスの圧力が高いとかえって排気に時間を要してしまうため、加熱効率の向上による時間短縮分を超えない範囲に設定することが好ましい。より効率的な熱伝達を行うためには、Ａｒガスの導入圧力を２６６Ｐａ〜５００Ｐａの圧力範囲とするとすることが好ましい。

その後、Ａｒガスが２６６Ｐａ以上導入された状態で、ランプヒータ５による照射を続け、焼きだし開始から３０分が経過したら（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、ランプヒータ５の電源をオフ（ＯＦＦ）し、焼きだしを終了する（Ｓ１０９）。焼きだし時間や焼きだし時の到達温度は特に限定されないが、少なくとも防着シールド４の温度が水の沸点以上になるように設定する必要があり、例えば１００℃〜４００℃の範囲に維持すると、水分が容易に蒸発するので好ましい。

その後、粗引き口１２より真空容器１内の粗引きを開始し（Ｓ１１０）、ガイスラー管等により真空度を確認（例えば３０Ｐａ）した後に（Ｓ１１１）、ゲートバルブ３を開き（Ｓ１１２）、主排気ポンプ２により所望の到達真空度（第１の圧力より低い第２の圧力）まで排気する（図示せず）。

以上説明したように、本実施形態のマグネトロンスパッタ装置を用いた真空排気方法によれば、所定の圧力以上のＡｒガスの導入下において、基板ホルダ１０とカソード７との間を覆う防着シールド４をランプヒータ５で加熱する。これにより、加熱された防着シールド４の熱がＡｒガスの熱伝導により、真空容器１の側壁や基板ホルダ１０に伝達される。すなわち、ランプヒータ５からの熱放射のみにより加熱する場合に比べて、真空容器１内を迅速に加熱することができる。

また、ランプヒータ５の熱放射によりＡｒガス自体も加熱され、同様にして熱伝導が行われる。熱伝導媒体になるＡｒガスは、ランプヒータ５が照射しきれない部分にも回り込むため、真空容器１内をばらつきなく加熱することができ、脱ガスをムラなく行うことができる。

したがって、所望の真空度に短時間で到達することができ、真空容器内に飛着した不純物ガスの除去が十分行われるため、薄膜内への不純物ガスの取り込みが少なくなり、良好な膜質が得られる。

本発明に係る真空排気方法は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、熱伝導媒体用のガスは、Ａｒガスに限定されず、Ｋｒガス、Ｘｅガスなどの他の不活性ガスを含むガス、２種以上の不活性ガスを含むガス等を用いることができ、スパッタ処理の際放電に用いるガスを使用すると好ましい。また、本実施形態では、特に加熱することなく高純度のＡｒガスをそのまま導入しているが、予め加熱した状態で真空容器１内に導入するようにしてもよい。

なお、図４に示すように、スパッタリング時には放電用ガスの導入手段となる不活性ガスの導入経路に加熱機構を設け、加熱された不活性ガスを導入するようにしてもよい。符号６２’は、シーズヒータを内蔵するガス導入管であり、不活性ガスの導入時には、コントローラ１３からの信号に基づいてシーズヒータがＯＮされて、不活性ガスを加熱する。

本発明に係る真空排気方法は、スパッタ装置のみならず、ドライエッチング装置、プラズマアッシャ装置、ＣＶＤ装置および液晶ディスプレイ製造装置等の真空容器を備えた処理装置の真空排気方法として適用可能である。

本発明を適用したマグネトロンスパッタ装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る真空排気方法の手順を示すフローチャートである。 不活性ガスの導入圧力の設定理由を示すグラフである。 第２の実施形態のマグネトロンスパッタ装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 真空容器
４ 防着シールド
５ ランプヒータ
６ ガス導入口
９ 基板
１３ コントローラ

Claims (6)

1. 大気暴露状態からの真空処理装置の真空排気方法であって、
   大気暴露状態から第１の圧力まで真空処理室内を排気する第１排気手順と、
   前記真空処理室内に不活性ガスを導入する手順と、
   前記不活性ガスの存在下において、真空処理室内壁又は真空処理室内の構造物に光源を臨ませて配されたランプヒータにより真空処理室内を加熱する加熱手順と、
   真空処理室内を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力まで排気する第２排気手順と、
   を有することを特徴とする真空排気方法。
2. 前記不活性ガスを導入する手順は、真空容器内の圧力が２６６Ｐａ以上になるまで不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１に記載の真空排気方法。
3. 前記真空処理装置は、真空処理室内壁へのスパッタ粒子の飛着を防ぐための防着シールドを備えたスパッタリング装置であり、
   前記ランプヒータは、前記防着シールドに光源を臨ませて配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空排気方法。
4. 前記スパッタリング装置は、放電用ガスの導入経路にガスを加熱するための加熱機構を有し、
   前記不活性ガスを導入する手順では、前記導入経路を介し前記加熱機構により加熱した不活性ガスを導入することを特徴とする請求項３に記載の真空排気方法。
5. 真空処理装置を制御する制御装置に読み込まれて実行される真空排気プログラムであって、
   排気手段により、大気暴露状態から第１の圧力まで真空処理室内を排気する第１排気手順と、
   ガス導入手段により、前記真空処理室内に不活性ガスを導入する手順と、
   前記不活性ガスの存在下において、真空処理室内壁又は真空処理室内の構造物に光源を臨ませて配されたランプヒータにより真空処理室内を加熱する加熱手順と、
   排気手段により、真空処理室内を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力まで排気する第２排気手順と、
   を備えることを特徴とする真空排気プログラム。
6. 真空処理室内へ不活性ガスを導入するガス導入手段と、
   真空処理室内壁又は真空処理室内の構造物に光源を臨ませて配されたランプヒータと、
   真空処理室内を排気する排気手段と、
   請求項５に記載の真空排気プログラムを記憶し、当該真空排気プログラムに基づいて、前記ガス導入手段、前記ランプヒータ及び前記排気手段を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする真空処理装置。

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