JP2019210525A - 防着板、および、スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上でのパーティクルの発生を抑制可能にした防着板、および、スパッタ装置を提供する。【解決手段】真空チャンバーと、真空チャンバー内に位置するターゲットと、真空チャンバー内に位置する基板ステージ１１であって、載置面１１Ａからはみ出す外周部ＳＥを有した基板Ｓを載置面１１Ａに載置する基板ステージ１１と、真空チャンバー内に位置する下側防着板２０であって、基板ステージ１１を囲う環状傾斜面２０Ｓを備えた下側防着板２０と、を備え、環状傾斜面２０Ｓは、ターゲットに臨み、外周部ＳＥの裏面と対向する内周縁２０Ｅ１を備える錘台筒面であり、環状傾斜面２０Ｓと載置面１１Ａを含む平面とがなす角度は１０°以上５０°以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、基板ステージを囲う防着板、および、防着板を備えたスパッタ装置に関する。

スパッタ装置が備える防着板は、真空チャンバーの内壁などにスパッタリング粒子が付着することを抑える。一方、防着板に堆積したスパッタリング粒子の一部は、防着板から飛散した後に、パーティクルとして基板に付着する。そこで、上述した防着板や、防着板を備えるスパッタ装置には、パーティクルの発生を抑えるための各種の構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−２２４９２１号公報

近年、スパッタ装置の成膜に用いられる材料は、従来の金属元素から、炭素のような軽元素に拡張している。軽元素から構成された膜は、金属元素から構成された膜と同じく、防着板に堆積する。一方、軽元素から構成された膜では、金属元素から構成された膜と比べて、機械的な強度が低く、また、防着板との密着度合いも低い。そのため、軽元素から構成された膜は、金属元素から構成された膜と比べて、防着板から飛散しやすい。そこで、上述した防着板には、基板上でのパーティクルの発生を抑える観点において、依然として改善の余地が残されている。
本発明の目的は、基板上でのパーティクルの発生を抑制可能にした防着板、および、スパッタ装置を提供することである。

上記課題を解決するための防着板は、載置面からはみ出す外周部を有した基板を前記載置面に載置する基板ステージと、ターゲットとが位置する真空チャンバー内に配置される防着板であって、前記基板ステージを囲う環状傾斜面を備え、前記環状傾斜面は、前記ターゲットに臨み、前記外周部の裏面と対向する内周縁を備える錘台筒面であり、前記環状傾斜面と前記載置面を含む平面とがなす角度は１０°以上５０°以下である。

上記課題を解決するためのスパッタ装置は、真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に位置するターゲットと、前記真空チャンバー内に位置する基板ステージであって、載置面からはみ出す外周部を有した基板を前記載置面に載置する前記基板ステージと、前記真空チャンバー内に位置する防着板であって、前記基板ステージを囲う環状傾斜面を備えた前記防着板と、を備える。前記環状傾斜面は、ターゲットに臨み、前記外周部の裏面と対向する内周縁を備える錘台筒面であり、前記環状傾斜面と前記載置面を含む平面とがなす角度は１０°以上５０°以下である。

上記各構成によれば、環状傾斜面に堆積した堆積物は、基板の外周部よりも外側に位置して、環状傾斜面が向く方向、すなわち、載置面から遠ざかる方向に飛散しやすい。結果として、基板上でのパーティクルの発生を抑制できる。

上記防着板において、前記環状傾斜面の径方向における前記内周縁と前記環状傾斜面の外周縁との間の距離が２０ｍｍ以上であってもよい。また、上記スパッタ装置において、前記環状傾斜面の径方向における前記内周縁と前記環状傾斜面の外周縁との間の距離が２０ｍｍ以上であってもよい。

環状傾斜面から飛散した堆積物は、環状傾斜面の外側に位置する他の構造に再度堆積して、パーティクルの要因となり得る。この点、上記各構成によれば、基板の外周部からほぼ２０ｍｍ以内の範囲は、環状傾斜面が位置する範囲であり、すなわち、基板に向けて堆積物が飛散することが抑えられた抑制範囲である。堆積物が飛散する距離は、２０ｍｍ程度であって限りがあるため、上述した抑制範囲が確保される構成であれば、環状傾斜面の外側に飛散した堆積物が再度の飛散で基板に到達することを抑制できる。

上記防着板は、前記環状傾斜面の外周縁から鉛直方向に向けて徐々に立ち上がる周壁をさらに備えてもよい。また、上記スパッタ装置において、前記防着板は、前記環状傾斜面の外周縁から鉛直方向に向けて徐々に立ち上がる周壁をさらに備えてもよい。これらの構成によれば、環状傾斜面の外周縁から周壁が立ち上がるため、環状傾斜面から飛散した堆積物は、周壁に付着しやすく、かつ、真空チャンバーの内壁に付着し難い。さらに、環状傾斜面の外周縁から周壁が徐々に立ち上がるため、環状傾斜面と周壁との境界付近で堆積物が剥離し難くもなる。

上記スパッタ装置において、前記基板ステージは、前記基板を静電力で吸着する静電チャックであり、前記防着板は、金属板であり、前記環状傾斜面の径方向における前記基板ステージと前記防着板との隙間に、前記隙間を埋めて前記外周部の裏面と対向する絶縁リングをさらに備えてもよい。

静電チャックの周囲に位置する部材は、静電チャックとの電気的な絶縁性を求められる。上記構成によれば、絶縁リングと防着板とが、静電チャックとの電気的な絶縁機能と、パーティクル発生の抑制機能とを各別に担う。そのため、パーティクル発生の抑制機能に特化した構成を防着板に採用することが可能ともなる。

スパッタ装置の一実施形態における装置の構成を示す構成図。 一実施形態における基板ステージの一部と防着板とを拡大して示す断面図。

以下、スパッタ装置の一実施形態を図１および図２を参照して説明する。
図１が示すように、スパッタ装置は、真空チャンバー１０を備える。真空チャンバー１０の内部には、基板ステージ１１、ターゲット１２、アースシールド１３、上側防着板１４、中間防着板１５、および、下側防着板２０が位置する。真空チャンバー１０、アースシールド１３、各防着板１４，１５，２０は、接地電位に接続されている。

基板ステージ１１は、基板Ｓが載置される載置面１１Ａを備える。基板ステージ１１は、基板Ｓを載置面１１Ａに静電力で吸着する静電チャックである。載置面１１Ａは、載置面１１Ａからはみ出す大きさを有した基板Ｓを載置する。基板Ｓのなかで載置面１１Ａからはみ出す部分は、基板Ｓの外周部ＳＥ（図２参照）である。

ターゲット１２は、基板ステージ１１と対向する円盤状を有する。ターゲット１２を構成する材料は、例えば、炭素などであって、スパッタリングガスよりも軽い元素から構成される。ターゲット１２は、スパッタ電源１２Ａに接続されている。

アースシールド１３は、ターゲット１２を囲う円筒状を有する。アースシールド１３は、アノードとして機能する。スパッタ電源１２Ａは、ターゲット１２に直流電圧を印加して、真空チャンバー１０の内部に導入されたスパッタリングガスをプラズマ化すると共に、プラズマ中に発生したイオンによってターゲット１２をスパッタする。ターゲット１２から放出されるスパッタリング粒子は、基板Ｓの表面や、各防着板１４，１５，２０の内側面に堆積して、スパッタリング粒子の堆積物である薄膜を形成する。

上側防着板１４は、アースシールド１３の下端を囲う円筒状を有する。中間防着板１５は、上側防着板１４の下端を囲う円筒状を有する。下側防着板２０は、基板ステージ１１を囲う円環状を有する。各防着板１４，１５，２０は、スパッタリング粒子が真空チャンバー内壁に堆積することを抑える。なお、中間防着板１５は、下側防着板２０の外周部を上から覆う傘部を備える。また、中間防着板１５は、傘部を上下動させるリフト機構１５Ａに接続されている。リフト機構１５Ａは、下側防着板２０のメンテナンス時に、中間防着板１５を上下動させる。

図２が示すように、基板ステージ１１は、基板ステージ１１を支持するためのステージ支持部１６の上に位置する。基板ステージ１１とステージ支持部１６との間には、基板ステージ１１とステージ支持部１６とを電気的に絶縁する絶縁部材１１Ｂが位置する。載置面１１Ａは、基板Ｓの外周部ＳＥが載置面１１Ａからはみ出す大きさを有する。基板Ｓの直径は、例えば、２００ｍｍや３００ｍｍであり、径方向における外周部ＳＥの幅は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

基板ステージ１１は、基板ステージ１１の外周部に、載置面１１Ａの径方向外側に突き出るフランジ部１１Ｃを備える。フランジ部１１Ｃの上部には、載置面１１Ａを囲う円環状の絶縁リング２１が載置されている。

スパッタ装置は、ステージ支持部１６の周囲に防着板支持部２２を備える。下側防着板２０は、防着板支持部２２の上に位置する。下側防着板２０と防着板支持部２２との間には、下側防着板２０と防着板支持部２２とを電気的に絶縁する絶縁部材２２Ｂが位置する。下側防着板２０は、防着板支持部２２に支持されると共に、下側防着板２０と基板ステージ１１との間に隙間を形成する。下側防着板２０と基板ステージ１１とが形成する隙間は、絶縁リング２１によって埋められている。下側防着板２０や防着板支持部２２は、例えばステンレス鋼などの金属製である。絶縁リング２１や絶縁部材２２Ｂは、例えばアルミナなどのセラミックス製である。

下側防着板２０は、ターゲット１２に臨む環状傾斜面２０Ｓを備える。環状傾斜面２０Ｓは、基板Ｓの外周部ＳＥと対向する内周縁２０Ｅ１を備えた錐台筒面である。環状傾斜面２０Ｓは、環状傾斜面２０Ｓの中心軸を含む断面において直線状を有する。環状傾斜面２０Ｓと、載置面１１Ａを含む平面とがなす角度θは、１０°以上５０°以下である。環状傾斜面２０Ｓの径方向における内周縁２０Ｅ１と外周縁Ｅ２との間の距離Ｌは２０ｍｍ以上である。環状傾斜面２０Ｓにおける内周縁２０Ｅ１の位置は、載置面１１Ａとほぼ同じ高さ位置である。

下側防着板２０は、環状傾斜面２０Ｓの外周縁Ｅ２から鉛直方向に向けて徐々に立ち上がる周壁２３を備える。周壁２３の内周面は、環状傾斜面２０Ｓと滑らかに接続されている。下側防着板２０の周壁２３は、下側防着板２０のなかで、中間防着板１５の傘部に上から覆われる部分である。

［作用］
ターゲット１２から放出されるスパッタリング粒子は、環状傾斜面２０Ｓの上に堆積する。基板Ｓに対する成膜が繰り返されると、スパッタリング粒子の堆積は、環状傾斜面２０Ｓの上で間欠的に繰り返される。この間、環状傾斜面２０Ｓは、熱源であるプラズマに間欠的に曝されて、熱的な伸縮を繰り返す。また、真空チャンバー１０の内部に流れるガスや粒子は、環状傾斜面２０Ｓに堆積した堆積物に衝突し続ける。結果として、環状傾斜面２０Ｓに堆積した堆積物の一部は、環状傾斜面２０Ｓから飛散する。特に、軽元素から構成される堆積物は、重元素から構成される堆積物と比べて飛散しやすい。

この際、堆積物が環状傾斜面２０Ｓから飛散する方向は、主に、環状傾斜面２０Ｓが向く方向である。すなわち、堆積物が環状傾斜面２０Ｓから飛散する方向は、基板Ｓの上方ではなく、環状傾斜面２０Ｓから中間防着板１５の内面に向けた方向である。そして、環状傾斜面２０Ｓが向く方向は、基板Ｓの外周部ＳＥから径方向の外側に向けて、一定である。そのため、環状傾斜面２０Ｓから飛散した堆積物は、載置面１１Ａから遠ざかる方向、言い換えれば、基板Ｓから遠ざかる方向に飛行する。結果として、上述した下側防着板２０を備えた構成であれば、基板Ｓ上でのパーティクルの発生が抑えられる。

以上、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）環状傾斜面２０Ｓに堆積した堆積物は、基板Ｓの外周部ＳＥよりも外側において、環状傾斜面２０Ｓが向く方向、すなわち、載置面１１Ａから遠ざかる方向に飛散しやすい。結果として、基板Ｓでのパーティクルの発生を抑制できる。

（２）環状傾斜面２０Ｓから飛散した堆積物は、環状傾斜面２０Ｓの外側に位置する他の構造に再度堆積して、パーティクルの要因となり得る。この点、基板Ｓの外周部ＳＥからほぼ２０ｍｍ以内の範囲は、環状傾斜面２０Ｓが位置する範囲であり、すなわち、基板Ｓに向けて堆積物が飛散することが抑えられる抑制範囲である。堆積物が飛散する距離は、２０ｍｍ程度であって限りがあるため、上述した抑制範囲として距離Ｌが確保される構成であれば、環状傾斜面２０Ｓの外側に飛散した堆積物が再度の飛散で基板Ｓに到達することを抑制できる。

（３）下側防着板２０が備える周壁２３は、環状傾斜面２０Ｓから飛散した堆積物が真空チャンバー１０の内壁に付着することを抑制できる。

（４）また、周壁２３の内側面と環状傾斜面２０Ｓとが滑らかに接続されるため、周壁２３と環状傾斜面２０Ｓとが接続する部位で堆積物の剥離を抑制できる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。
・下側防着板２０を構成する材料は、絶縁リング２１と同じく、アルミナなどの絶縁性セラミックに変更可能である。この際、スパッタ装置は、絶縁リング２１を省略し、それによって、部材の点数を少なくすることも可能である。

なお、静電チャックの周囲に位置する部材は、静電チャックとの電気的な絶縁性を求められる。上述したように、基板ステージ１１と下側防着板２０との間に、絶縁リング２１が位置する構成では、絶縁リング２１と下側防着板２０とが、静電チャックとの電気的な絶縁機能と、パーティクル発生の抑制機能とを各別に担う。そのため、パーティクル発生の抑制機能に特化した構成を下側防着板２０に採用することが可能ともなる。

例えば、金属製の下側防着板２０であれば、セラミック製の下側防着板２０と比べて、角度θの寸法精度や、距離Ｌの寸法精度を高めることが容易でもある。また、金属製の下側防着板２０であれば、堆積物との密着性を高めるための粗さを環状傾斜面に付与することが容易でもある。

・基板ステージ１１は、静電チャックに限らず、クランプによって基板を載置面に固定する構成や、単に基板が載置面に載置される構成に変更可能である。

・環状傾斜面２０Ｓの径方向における距離Ｌは、２０ｍｍ未満に変更可能である。なお、上述したように、距離Ｌが２０ｍｍ以上である構成は、堆積物の二次飛散に起因したパーティクル発生を抑制できる観点において好ましい。

・下側防着板２０は、外周縁Ｅ２から急峻に鉛直方向に立ち上がる周壁２３を備えてもよい。さらに、下側防着板２０は、周壁２３を割愛された構成に変更可能である。これらの構成においても、上記（１），（２）に準じた効果を得ることは可能である。なお、周壁２３の内側面と環状傾斜面２０Ｓとが滑らかに接続される構成は、上記（３），（４）に準じた効果が得られる観点において好ましい。

・ターゲット１２を構成する材料は、炭素に限らず、金属や金属化合物に変更可能である。堆積物を構成する材料が金属や金属化合物であっても、基板上でのパーティクルの発生を抑える観点では、堆積物が基板に向けて飛散し難い以上、上記（１）に準じた効果を得ることは可能である。

なお、上述したように、ターゲット１２を構成する材料が炭素のような軽元素であれば、下側防着板２０での堆積物が飛散しやすいため、環状傾斜面２０Ｓが角度θを有することによるパーティクル発生の抑制効果がより顕著となる。
・上側防着板１４と中間防着板１５とは、一体の構造物として構成可能である。

・スパッタ装置に適用される基板は、例えば、直径が２００ｍｍであることに対して、±０．２ｍｍの許容差を有するように規格化されている。また例えば、直径が３００ｍｍであることに対して、±０．２ｍｍの許容差を有するように規格化されている。一方で、上述したように、径方向における外周部ＳＥの幅は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。そのため、防着板における内周縁の直径と、基板の直径との差分は、基板直径の許容差よりも十分に大きく、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

上記実施形態および変更例から導き出される技術的思想を以下に付記する。
［付記１］
真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内に位置するターゲットと、
前記真空チャンバー内に位置する基板ステージであって、載置面からはみ出す外周部を有した基板を前記載置面に載置する前記基板ステージと、
前記真空チャンバー内に位置する防着板であって、前記基板ステージを囲う環状傾斜面を備えた前記防着板と、を備えたスパッタ装置を用いてスパッタリングを行うスパッタ方法であって、
前記環状傾斜面が錐台筒面であり、
前記環状傾斜面と前記載置面を含む平面とがなす角度は１０°以上５０°以下であり、
前記環状傾斜面がターゲットに臨み、かつ、前記環状傾斜面の内周縁が前記外周部の裏面と対向するよう前記基板を配置する、スパッタ方法。
上記付記１に記載のスパッタ方法によれば、上記（１）に準じた効果を得られる。

［付記２］
前記ターゲットを構成する元素は、スパッタリングガスよりも軽元素である、上記付記１に記載のスパッタ方法。
スパッタリングガスよりも軽い元素から構成される堆積物は、スパッタリングガスとの衝突によって飛散しやすい。この点、上記付記２に記載のスパッタ方法によれば、堆積物の飛散を、より顕著に抑えることが可能ともなる。

θ…角度、Ｌ…距離、Ｓ…基板、ＳＥ…外周部、１０…真空チャンバー、１１…基板ステージ、１１Ａ…載置面、１２…ターゲット、１４…上側防着板、１５…中間防着板、２０…下側防着板、２０Ｓ…環状傾斜面、２０Ｅ１…内周縁、Ｅ２…外周縁、２１…絶縁リング。

Claims (7)

1. 載置面からはみ出す外周部を有した基板を前記載置面に載置する基板ステージと、ターゲットとが位置する真空チャンバー内に配置される防着板であって、
   前記基板ステージを囲う環状傾斜面を備え、
   前記環状傾斜面は、前記ターゲットに臨み、前記外周部の裏面と対向する内周縁を備える錘台筒面であり、前記環状傾斜面と前記載置面を含む平面とがなす角度は１０°以上５０°以下である
   防着板。
2. 前記環状傾斜面の径方向における前記内周縁と前記環状傾斜面の外周縁との間の距離が２０ｍｍ以上である
   請求項１に記載の防着板。
3. 前記環状傾斜面の外周縁から鉛直方向に向けて徐々に立ち上がる周壁をさらに備える
   請求項１または２に記載の防着板。
4. 真空チャンバーと、
   前記真空チャンバー内に位置するターゲットと、
   前記真空チャンバー内に位置する基板ステージであって、載置面からはみ出す外周部を有した基板を前記載置面に載置する前記基板ステージと、
   前記真空チャンバー内に位置する防着板であって、前記基板ステージを囲う環状傾斜面を備えた前記防着板と、を備え、
   前記環状傾斜面は、ターゲットに臨み、前記外周部の裏面と対向する内周縁を備える錘台筒面であり、前記環状傾斜面と前記載置面を含む平面とがなす角度は１０°以上５０°以下である
   スパッタ装置。
5. 前記環状傾斜面の径方向における前記内周縁と前記環状傾斜面の外周縁との間の距離が２０ｍｍ以上である
   請求項４に記載のスパッタ装置。
6. 前記防着板は、前記環状傾斜面の外周縁から鉛直方向に向けて徐々に立ち上がる周壁をさらに備える
   請求項４または５に記載のスパッタ装置。
7. 前記基板ステージは、前記基板を静電力で吸着する静電チャックであり、
   前記防着板は、金属板であり、
   前記環状傾斜面の径方向における前記基板ステージと前記防着板との隙間に、前記隙間を埋めて前記外周部の裏面と対向する絶縁リングをさらに備える
   請求項４〜６のいずれか一項に記載のスパッタ装置。

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