JP2019085591A - 基板処理装置及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆スパッタリング原理を用いた基板表面処理において被処理面全域の均一な処理を可能とする技術を提供する。【解決手段】基板２が配置されるとともに放電ガスが導入されるチャンバ４１と、基板２をチャンバ４１内で保持する基板ホルダ４２と、基板ホルダ４２をチャンバ４１内で支持する基板ホルダ支持部４３と、基板ホルダ４２をカソードとし、少なくともチャンバ４１及び基板ホルダ支持部４３をアノードとして、基板２に電圧を印加する電圧印加手段４４と、を備え、電圧印加手段４４の電圧印加により発生する放電によってチャンバ４１内に発生させたイオン又は電子を基板２の表面に照射することで、基板２の表面処理を行う基板処理装置１４において、基板ホルダ４２と基板ホルダ支持部４３が、基板ホルダ４２及び基板ホルダ支持部４３に対して電気的に絶縁されたフローティング部５０を介して、連結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置及び成膜装置に関する。

半導体デバイスの成膜処理では、スパッタリングに先立って、基板表面をクリーニングするための前処理やエッチング処理として、逆スパッタリング原理を用いた基板表面処理が行われる（特許文献１）。逆スパッタリングによる表面処理は、基板が配置されたチャンバ内にＡｒガス等の放電ガスを導入し、チャンバ内を所定の真空圧に維持しつつ、基板に所定の高周波電圧を印加することで行われる。電圧印加により基板の被処理面に生じた放電によってプラズマが発生し、プラズマ中のイオンが基板の被処理面に衝突することで、被処理面上に形成された酸化膜等が除去される。

特開２０１２−１３２０５３号公報

逆スパッタリング処理における基板への電圧印加では、基板ホルダの基板載置部をカソードとし、チャンバ等の基板ホルダ以外の装置構成がアノードとなる。基板の被処理面全域に均一な処理を行うためには、プラズマ領域が被処理面よりも広範囲に形成されることが必要となる。しかしながら、装置構成によっては、カソードとなる基板ホルダの基板載置部とアノードとが近接する領域において、電子の帯電が妨げられ、プラズマの広がりが妨げられる場合がある。その結果、基板の被処理面の処理分布に影響がでる場合がある。

本発明は、逆スパッタリング原理を用いた基板表面処理において被処理面全域の均一な処理を可能とする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の基板処理装置は、
基板が配置されるとともに放電ガスが導入されるチャンバと、
前記基板を前記チャンバ内で保持する基板ホルダと、
前記基板ホルダを前記チャンバ内で支持する基板ホルダ支持部と、
前記基板ホルダをカソードとし、少なくとも前記チャンバ及び前記基板ホルダ支持部をアノードとして、前記基板に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記電圧印加手段の電圧印加により発生する放電によって前記チャンバ内に発生させたイオン又は電子を前記基板の表面に照射することで、前記基板の表面処理を行う基板処理装置において、
前記基板ホルダと前記基板ホルダ支持部が、前記基板ホルダ及び前記基板ホルダ支持部に対して電気的に絶縁されたフローティング部を介して、連結されていることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の成膜装置は、
上記基板処理装置と、
前記基板処理装置によって表面処理が施された基板の表面に成膜処理を行う成膜処理部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、逆スパッタリング原理を用いた基板表面処理において被処理面全域の均一な処理が可能となる。

本発明の実施例に係る基板処理装置の概略図 本発明の実施例と比較例との比較説明図 比較例におけるプラズマ領域の説明図 本発明の実施例に係る成膜装置の概略図 成膜処理のフローチャート

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態及び実施例を説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がないかぎりは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
＜成膜装置の全体構成＞
図４は、本発明の実施例に係る成膜装置１の全体構成を概略的に示した模式図である。成膜装置１は、成膜処理される基板２が収容されるストッカ室１１と、基板２の加熱処理を行う加熱室１２と、基板２の被処理面に成膜処理を行う成膜室１３と、を備える。成膜室１３には、成膜処理に先立って基板２の被処理面の洗浄等の前処理やエッチング処理を行うための基板処理装置１４と、基板２の被処理面に成膜処理を行う成膜処理部としてのスパッタ装置１５と、を備える。本実施例の成膜装置１では、基板２を縦にした状態（被処理面が垂直となる姿勢）で各室間を搬送する構成となっている（図１参照）。

図５は、成膜処理のフローチャートである。基板２は、ストッカ室１１から加熱室１２へ（Ｓ１０１）、加熱室１２から成膜室１３の基板処理装置１４へ（Ｓ１０３）、基板処理装置１４からスパッタ装置１５へ（Ｓ１０５）、順次搬送され、成膜処理が施される。基板２は、加熱室１２でヒータ１２１により加熱処理された後（Ｓ１０２）、先ず、成膜室１３の基板処理装置１４による表面処理を施される（Ｓ１０４）。表面処理が施された基板２は、次に、スパッタ装置１５による各種異なる材料からなるターゲット１５１、１５２、１５３を用いてスパッタリング処理が施され（Ｓ１０６）、成膜処理が終了する。

本実施例に係る成膜装置１は、例えば、前処理を伴う種々の電極形成に適用可能である。具体例としては、例えば、ＦＣ−ＢＧＡ（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）実装基板向けのメッキシード膜や、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）デバイス向けのメタル積層膜の成膜が挙げられる。また、ＬＥＤのボンディング部における導電性硬質膜、ＭＬＣＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の端子部膜の成膜なども挙げられる。その他、電子部品パッケージにおける電磁シールド膜やチップ抵抗器の端子部膜の成膜にも適用可能である。処理基板２のサイズは、５０ｍｍ×５０ｍｍ〜６００ｍｍ×６００ｍｍ程度の範囲のものが例示できる。基板２の材質としては、ガラス、アルミナ、セラミック、ＬＴＣＣ(Ｌｏｗ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温同時焼成セラミックス)等が挙げられる。

＜基板処理装置＞
図１は、本実施例に係る基板処理装置１４の全体構成を概略的に示す模式図である。図１（ａ）は、基板処理装置１４の構成を基板２の搬送方向に見た構成図を含む概略図、図１（ｂ）は、基板ホルダ及び基板ホルダ支持部の構成を基板２の被処理面２１と対向する方向に見た模式図である。基板処理装置１４は、成膜室１３を構成するチャンバ４１と、基板ホルダ４２と、基板ホルダ支持部４３と、電圧印加手段としてのマッチングボックス４４及び高周波電源４５と、圧力調整手段４６と、ガス供給手段４７と、を備える。

基板２は、上述したように、垂直に立てた状態で成膜装置１の各室間を搬送され、チャンバ４１内においても、被処理面２１が垂直となる（被処理面２１が水平方向に向いた）姿勢で設置される。図１に示すように、基板２は、被処理面２１の周縁部が押圧枠体４２１により押圧されることで、被処理面２１とは反対側の面が基板ホルダ４２に押し付けられ、押圧枠体４２１と基板ホルダ４２との間で挟持された状態で保持される。押圧枠体４２１は、基板２を基板ホルダ４２との間で挟持した状態が維持されるように、基板ホルダ４２に対してねじ等の締結具４２３により固定されている。以上のように基板２を保持する基板ホルダ４２は、基板ホルダ支持部４３により支持されている。基板ホルダ支持部４３は、搬送手段としての車輪４３１を下方に備え、基板ホルダ４２を支持した状態でチャンバ４１内をチャンバ４１の底面に敷設されたレール４３２に乗って移動可能に構成されている。

基板ホルダ４２と基板ホルダ支持部４３は、連結部材として、両者に対して電気的に絶縁されたフローティング部５０を介して連結されている。フローティング部５０は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属製の板状部材であり、基板２の略真下の位置において、基板２と平行に、かつ基板２の下端辺よりも前後に長く基板２の延びる方向（基板２の搬送方向）に沿った姿勢で設けられている。フローティング部５０の材質としては、ＳＵＳ以外にもアルミ等の成膜装置のチャンバに一般的に使用される金属を用いることができる。

フローティング部５０は、絶縁機構として、基板ホルダ４２に対しては第１の絶縁部材５０１を介して、基板ホルダ支持部４３に対しては第２の絶縁部材５０２を介して、それぞれ連結されている。絶縁部材５０１、５０２は、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ：ポリエーテルエーテルケトン樹脂）からなるが、セラミックやテフロン（登録商標）等の絶縁性の樹脂を用いてもよい。

チャンバ４１の内壁のうち側壁面及び上面と、基板ホルダ支持部４３の外面は、防着板４８１（ＳＵＳやアルミ等の金属板）で覆われている。また、基板ホルダ４２の基板載置面側とは反対側にも防着板４８２が設けられている。防着板４８１、４８２は、チャンバ４１の内壁及び基板ホルダ支持部４３や基板ホルダ４２の外面に、成膜時に飛散する材料が付着することを防ぐ。防着板４８１、４８２を配置し、取り外し可能とすることで、洗浄や交換等のメンテナンスを容易に行うことができる。防着板４８１は、チャンバ４１あるいは基板ホルダ支持部４３に接続されており、それらはＧＮＤ電位（アノード）となっている。また、防着板４８２は、基板ホルダ４２と同様に電位がかけられ、カソードの一部となる。

＜逆スパッタ原理を用いた基板表面処理＞
チャンバ４１内に基板２が設置された状態において、ガス供給手段４７によりチャンバ４１内に放電ガスが供給されるとともに、真空ポンプ４６１等を備えた圧力調整手段４６により、チャンバ４１内の圧力が所定の圧力（例えば、０．３〜１．２Ｐａ）に維持される。放電ガスとしては、例えば、Ｏ_２、Ｎ_２、Ａｒ、ＣＦ_３、ＮＦ_３およびこれらの混合ガスや、大気などが挙げられる。基板ホルダ４２は、給電部４６を介してマッチングボックス４４及び高周波電源４５に接続されており、マッチングボックス４４によりインピーダンス整合された所定の高周波電圧（例えば、５０〜４００Ｗ／２１０ｍｍ×３２０ｍｍ
（トレイ面積）＝０．０７〜０．６０Ｗ／ｃｍ^２（駆動パワー））が印加される。

上記電圧印加により、基板２の被処理面２１及び基板ホルダ４２近傍にプラズマＰが形成される。そして、プラズマＰ中のイオン又は電子が基板２の被処理面２１に照射・衝突し、その表面がエッチングされる。これにより、例えば、後の成膜処理（スパッタリング）の前処理として、被処理面２１上に形成された自然酸化膜や有機物等の汚れ等を除去することができ、クリーニング効果や基板表面活性効果が得られる。

＜本実施例の優れた点＞
図１〜図３を参照して、本実施例の優れた点について説明する。図２は、本実施例に係る基板処理装置１４の特徴を、比較例と比較して説明するための模式図である。図２（ａ）は、本実施例に係る基板処理装置１４の基板ホルダ４２と基板ホルダ支持部４３との連結部分の構成を示す模式図（図１（ａ）のフローティング部５０周辺の拡大図）である。図２（ｂ）は、本実施例に係る基板処理装置１４の回路構成を模式的に示した回路図である。図２（ｃ）は、比較例における基板ホルダ４２と基板ホルダ支持部４３との連結部分の構成を示す模式図である。図２（ｄ）は、比較例における基板処理装置１４の回路構成を模式的に示した回路図である。図３、比較例において形成されるプラズマ領域を示す模式図である（本実施例の図１（ｂ）と比較するための図）。

図１に示すように、基板ホルダ支持部４３は、チャンバ４１を介してＧＮＤ電位に接続されており、電圧印加手段による基板２への電圧印加において、基板ホルダ４２がカソードとなり、基板ホルダ支持部４３やチャンバ４１はアノードとなる。ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例では、カソードとなる基板ホルダ４２とアノードとなる基板ホルダ支持部４３との間に、電気的に絶縁されたフローティング部５０が設けられている。

ここで、エッチング効果を基板２の被処理面２１の全域に渡って均一に得るためには、プラズマＰが、被処理面２１よりも広い範囲で形成される必要がある。すなわち、図１（ｂ）に示すように、基板２の被処理面２１の上端辺よりも上方の領域Ａ１、被処理面の左右の側端辺よりも左右外側の領域Ａ２、Ａ３、被処理面２１の下端辺よりも下方の領域Ａ４のそれぞれまで広範囲に広がるプラズマＰが形成されることで、被処理面２１の周縁まで十分なエッチング効果を得ることが可能となる。

比較例では、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、基板ホルダ４２と基板ホルダ支持部４３とを連結する連結部４９が、基板ホルダ４２に対しては絶縁部材４９１を介して連結されているのに対し、基板ホルダ支持部４３に対しては金属部材４９２を介して連結されており絶縁されていない。そのため、連結部４９は基板ホルダ支持部４３と同電位となっている。したがって、比較例では、図２（ｃ）、図３に示すように、アノード領域が、カソードである基板ホルダ４２と、プラズマＰを形成すべき領域Ａ４との間を遮るように延在する構成となる。そのため、領域Ａ４において電子がＧＮＤ電位に落ち、プラズマＰが基板２の下端縁２２から下方の領域Ａ４まで広がらず、基板２の被処理面２１の下端辺周辺の領域（領域Ａ４と近接する領域）においてプラズマの密度が低くなる。その結果、被処理面２１の下端辺周辺の領域においてエッチング分布が悪くなってしまう場合がある。

これに対し、本実施例では、カソードである基板ホルダ４２とアノードである基板ホルダ支持部４３との間に介在する連結部としてのフローティング部５０は、カソード及びアノードに対して電気的に絶縁されており、領域Ａ４における電子の帯電を妨げることがない。その結果、図１（ｂ）、図２（ａ）に示すように、プラズマＰが領域Ａ４まで広がり、基板２の被処理面２１の下端辺周辺の領域（領域Ａ４と近接する領域）において十分なエッチング効果を得ることができる。

＜その他＞
本実施例で示した、カソード及びアノードに対して電気的に絶縁したフローティング部の設置箇所は、あくまで一例であり、フローティング部の好適な設置個所は装置構成によって異なるものである。すなわち、本実施例では、基板を縦にして搬送する装置構成となっており、アノードとなる基板ホルダ支持構成部との近傍領域となる基板下端部周辺にフローティング部を設ける必要があった。例えば、基板を平置きにして逆スパッタリング処理を行う装置構成においては、基板の周縁を囲むようにフローティング部を設けるようにしてもよい。あるいは、基板外周に沿った領域のうち必要な領域にのみ設ける、すなわち、アノードに連結された構成部のうち基板周縁に近接する一部分のみをフローティング部に変更する構成としてもよい。

なお、本実施例では、チャンバ４１内壁における基板ホルダ支持部４３の設置面が水平面であることを前提として上下左右の方向を規定した説明としているが、該設置面の方向が変われば、上下左右方向の規定もそれに合わせて変化することは言うまでもない。

１…成膜装置、２…基板、２１…被処理面、１４…基板処理装置、４１…チャンバ、４２…基板ホルダ、４３…基板ホルダ支持部、４４…マッチングボックス、４５…高周波電源、４６…圧力調整手段、４７…ガス供給手段、４８…防着板、５０…フローティング部、５０１、５０２…絶縁部材、Ｐ…プラズマ

Claims (10)

1. 基板が配置されるとともに放電ガスが導入されるチャンバと、
   前記基板を前記チャンバ内で保持する基板ホルダと、
   前記基板ホルダを前記チャンバ内で支持する基板ホルダ支持部と、
   前記基板ホルダをカソードとし、少なくとも前記チャンバ及び前記基板ホルダ支持部をアノードとして、前記基板に電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備え、
   前記電圧印加手段の電圧印加により発生する放電によって前記チャンバ内に発生させたイオン又は電子を前記基板の表面に照射することで、前記基板の表面処理を行う基板処理装置において、
   前記基板ホルダと前記基板ホルダ支持部が、前記基板ホルダ及び前記基板ホルダ支持部に対して電気的に絶縁されたフローティング部を介して、連結されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記フローティング部は、基板の外周に沿った領域の少なくとも一部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記フローティング部は、前記基板ホルダ支持部と、前記基板の周縁のうち前記基板ホルダ支持部に近い部分と、の間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板ホルダは、前記基板を被処理面が垂直となるように保持し、
   前記フローティング部は、前記基板の下端部の下方に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記フローティング部は、前記基板の下端部に対してその全域に渡って近接する部分を有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記フローティング部は、前記基板ホルダ及び前記基板ホルダ支持部に対して絶縁部材を介して連結されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
7. 前記フローティング部は、金属製の板状部材であり、基板の被処理面と平行に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
8. 前記チャンバ内に配置される防着板をさらに備え、
   前記防着板は、前記アノードに含まれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
9. 前記基板ホルダ支持部は、前記チャンバ内を移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板処理装置と、
    前記基板処理装置によって表面処理が施された基板の表面に成膜処理を行う成膜処理部と、
    を備えることを特徴とする成膜装置。

Images