JP2605334Y2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はスパッタリング装置に関
し、特に、基板に堆積される薄膜の膜質を安定化するの
に適したスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスパッタリング装置の処理チャン
バ内の構成を説明する。

【０００３】図７は第１の構成例を示す。このスパッタ
リング装置では、フェースダウン方式とサイドスパッタ
方式の構成を備え、パーティクルの影響を減少させてい
る。５１は処理チャンバ、５２はターゲット、５３はタ
ーゲット押え、５４はリング形状のターゲットシール
ド、５５は基板、５６は基板ホルダ、５７はリング形状
の基板ホルダシールド、５８は円筒型の周囲シールドで
ある。基板５５の表面に薄膜を堆積する場合には、図７
で実線で示されるように基板ホルダ５６を縦置き姿勢と
し、基板５５とターゲット５２との間にプラズマ放電５
９を発生させ堆積を行う。基板５５を搬送させるときに
は基板ホルダ５６を横置き姿勢（破線で示す）とし、基
板５５の処理表面を下方に向けて基板５５を図示しない
搬送機構で搬送する。従って基板ホルダ５６は薄膜堆積
の場合と基板搬送の場合に対応して矢印６０に示される
ごとく姿勢を変更する。フェースダウン方式によれば搬
送時に基板５５の処理表面が下方を向いているので、パ
ーティクルが処理表面に付着するのを防止でき、またサ
イドスパッタ方式によれば重力の作用でパーティクルが
基板およびターゲットに付着しずらくなる。従ってパー
ティクルの影響を減少することができる。なお、６１は
プロセスガス６２を処理チャンバ５１に導入するための
ガス導入機構、６３はその他のシールドである。

【０００４】図８に第２の構成例を示す。このスパッタ
リング装置では、技術の改善でパーティクルを低減する
ことができるようになったので、基板搬送および薄膜堆
積の際にフェースアップ方式が採用される。図８におい
て、図７で説明した要素と実質的に同じ要素には同じ符
号を付し、詳細な説明は省略する。またこのスパッタリ
ング装置の処理チャンバでは、例えば２種類のプロセス
ガス６２Ａ，６２Ｂが導入され、２つのガス導入機構６
１Ａ，６１Ｂが設けられると共に、処理チャンバ内の圧
力を測定する真空ゲージ６５が付設されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】前記第１の構成例を有
する従来のスパッタリング装置では、パーティクル対策
としてフェースダウン搬送およびサイドスパッタを採用
しているために、搬送系が複雑となり、かつ処理チャン
バの容積が必然的に大きくなるという不具合を有してい
る。また膜の回り込みを防ぐ目的で膜が付着するおそれ
のある箇所にシールドを設けるようにしたため、シール
ドが多くなって部品点数が全体として多くなり、メンテ
ナンスの工数が増すという不具合を有する。さらに、処
理チャンバの容積が大きいため排気時間が長くなるとい
う欠点を有する。

【０００６】前記第２の構成を有するスパッタリング装
置では、処理チャンバの容積および表面積を小さくする
ことができるので排気時間が短くなると共に、シールド
を一体型としシールドの数を少なくできるので、メンテ
ナンス時間を短縮できるという利点を有する。しかし、
膜の回り込みを防止しかつシールドを一体型としたため
筒型の周囲シールド５８が実質的に密閉構造となり、さ
らにガス導入機構の配設位置が処理チャンバ側と基板ホ
ルダ側に限定されるので、プラズマ放電空間にプロセス
ガスを十分に導入できないという不具合を有する。また
真空ゲージ６５は構造上処理チャンバの壁部に取り付け
ざるを得ないので、プラズマ放電空間についての正確な
圧力を測定することができない。以上のことから第２の
構成によれば、スパッタリング中のガス圧力が安定せ
ず、基板上に堆積される薄膜において安定な膜質を得る
ことができないという問題を有していた。

【０００７】本考案の目的は、安定な膜質の薄膜を基板
に堆積できるスパッタリング装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案に係るスパッタリ
ング装置は、真空中でプラズマ放電を発生し基板ホルダ
上に配置された基板の上に第１プロセスガスと第２プロ
セスガスを用いて薄膜を堆積するスパッタリング装置で
あり、さらに、第１プロセスガスを導入する導入孔が形
成された基板ホルダにおける上側部分とプラズマ放電の
発生空間とを囲み、かつ第１プロセスガスの発生空間へ
の導入を可能にしつつこの発生空間を実質的に密閉する
ように配置された筒型の周囲シールドを設け、周囲シー
ルドの内部にプラズマ放電の発生空間を囲む環状のガス
通路を設け、このガス通路は第２プロセスガスを導入す
るプロセスガス導入機構に接続されかつこのガス通路に
複数のガス吹出し口が形成され、ガス通路とガス吹出し
口を通して第２プロセスガスが発生空間に直接的に導入
され、このガス吹出し口は周囲シールドの内周面におけ
る上記発生空間に対応する中央部に設けられ、さらに、
周囲シールドの内周面に圧力導入孔が形成された圧力測
定器が設けられる。

【０００９】前記の構成において、好ましくは、周囲シ
ールドの内部に形成される環状の通路は例えばリング状
または筒状の通路として形成することができる。

【００１０】前記の構成において、好ましくは、ガス吹
出し口の前面にガス拡散板を設け、ガス吹出し口から吹
出されたプロセスガスはガス拡散板にあたって拡散され
ることを特徴とする。

【００１１】周囲シールドの内周面に形成された圧力導
入孔を有する圧力測定器では、その圧力導入孔がプラズ
マ放電の発生空間に臨むように設けられる。

【００１２】

【作用】本考案では、真空中でプラズマ放電を発生し基
板ホルダ上に配置された基板の上に第１プロセスガスと
第２プロセスガスを用いて薄膜を堆積するスパッタリン
グ装置において、基板ホルダにおける第１プロセスガス
が導入される上側部分とプラズマ放電が発生する空間を
実質的に密閉状態で囲む筒型の周囲シールドを設け、こ
の周囲シールドの内部に、第２プロセスガスを導入する
ためのプロセスガス導入機構につながるガス通路の部分
を形成し、このガス通路は、プラズマ放電空間を囲む環
状の通路であり、複数のガス吹出し口が形成され、さら
に当該ガス吹出し口は周囲シールドの内周面における発
生空間に対応する中央部に形成されるようにしたため、
プラズマ放電空間に直接に第２プロセスガスを導入する
ことができ、さらに十分な第２プロセスガスを供給でき
るので、膜質を安定化できる。またガス吹出し口の数を
複数箇所形成することにより、分散させてプロセスガス
を供給でき、さらに膜質の安定化に寄与する。またガス
吹出し口の前面にガス拡散板を配置することにより、プ
ラズマ放電空間でプロセスガスを拡散させることも望ま
しい。また真空ゲージ等の圧力測定器の圧力導入孔をシ
ールド内周面に設け、直接にプラズマ放電空間の圧力を
測定するように構成したため、スパッタリング中の圧力
変動を正確に測定することができる。

【００１３】

【実施例】以下に、本考案の好適実施例を添付図面に基
づいて説明する。

【００１４】図１に本考案に係るスパッタリング装置の
処理チャンバの内部構造を略図で示す。図１において、
１は処理チャンバで、気密構造を有する真空容器であ
る。処理チャンバ１は、処理対象である基板を出入れす
るための出入り口部および基板を搬送させるための搬送
機構を備えるが、図１ではその図示が省略されている。
また基板を処理するときに、処理チャンバ１は所要の真
空状態に保持される。そのために内部空間を排気するた
めの排気機構８が備えられる。

【００１５】図１において、２は基板ホルダ、３は基板
ホルダ２の上面にフェースアップの状態で配置された基
板である。基板ホルダ２および基板３の上方位置にター
ゲット４が配置される。ターゲット４は基板３の処理表
面に対しほぼ平行で対向して配置される。５はターゲッ
ト押えである。基板３とターゲット４との間に形成され
る空間１６は、プラズマ放電を発生させるための空間で
あり、当該空間１６の周囲には例えば円筒形状の周囲シ
ールド６が配置される。周囲シールド６は固定状態にあ
るが、周囲シールド６を支持する構造の図示は省略して
いる。また７はリング形状のターゲットシールドであ
る。周囲シールド６とターゲットシールド７の間の隙間
は比較的に狭く、また周囲シールドと基板ホルダ２の間
の隙間も狭くなるように形成されており、その結果、周
囲シールドは実質的に密閉された構造を有する。

【００１６】処理チャンバ１に対してはスパッタリング
処理を行うためのプロセスガス（例えばＡr ，Ｎ₂ ）を
導入するための機構が例えば２つ設けられる。第１のプ
ロセスガス９は、基板ホルダ２の下側空間にガスを導入
するガス導入機構１０によって導入され、第２のプロセ
スガス１１はガス導入機構１２によって導入される。基
板ホルダ２の下側空間に導入された第１のプロセスガス
９は、図１中破線で示すように周囲の導入孔（図示せ
ず）を通って基板３の上方のプラズマ放電空間１６に導
かれる。またガス導入機構１２の先部の導入パイプ１２
ａは、処理チャンバ壁を貫通し、さらに周囲シールド６
の内部まで延設され、周囲シールド６の内周面にそのガ
ス吹出し口が形成される。この基本的な構造によってガ
ス導入機構１２によって導入された第２のプロセスガス
は、図１中破線で示されるように周囲シールド６の内部
空間、すなわち基板とターゲットの間のプラズマ放電空
間１６に直接的に導入される。ガス導入機構１２の周囲
シールド６におけるガス吹出し部の具体的な構造につい
ては後述する。また周囲シールド６の内周面には、さら
に、圧力を測定するための真空ゲージ１３の導入孔を設
け、当該導入孔は周囲シールド６の内側空間すなわちプ
ラズマ放電空間に臨んで設けられる。この真空ゲージ１
３は、例えば０．１ mTorr〜２０ mTorr程度の圧力範囲
を正確に測定するための隔膜型真空計である。

【００１７】上記の構成に基づけば、プロセスガス１１
をガス導入機構１２によって密閉構造を有する周囲シー
ルド６の内側のプラズマ放電空間に直接に導入できるた
め、プロセスガス１１を安定して十分な量を供給するこ
とができる。また真空ゲージ１３によって周囲シールド
６の内側のプラズマ放電空間の圧力を直接的に測定する
ことができるので、正確な圧力を測定することができ
る。

【００１８】次にガス導入機構１２の周囲シールド６に
おける構造を具体的に説明する。

【００１９】図２に示される構造は図１に示した構造を
示すものであり、ガス導入機構１２の導入パイプ１２ａ
の先端のガス吹出し口が、周囲シールド６の内周面に１
箇所だけ形成され、そのガス吹出し口から周囲シールド
６の内側空間にプロセスガス１１が吹出される。なお、
導入パイプの数を増すことによりガス吹出し口の数を増
すことができる。

【００２０】また図３と図４に示すように、周囲シール
ド６の内部に、導入パイプ１２ａに接続されたリング状
の通路１４を設け、かつ通路１４の内周面側に、周囲シ
ールド６の内側空間に通じる複数の小孔１４ａを形成す
ることもできる。複数の小孔１４ａは、等間隔または適
当な間隔で形成される。複数の小孔１４ａはそれぞれガ
ス吹出し口となる。かかる構造によれば、ガス導入パイ
プ１２ａで導入されたプロセスガス１１はリング状通路
１４を通り各小孔１４ａから周囲シールド６の内側空間
へ導入される。従って周囲シールド６の内側のプラズマ
放電空間においてプロセスガス１１を均一に分散させて
導入することができる。

【００２１】図５に示す構成では、図２に示した構造に
おいて、ガス導入パイプ１２ａのガス吹出し口の前方の
位置に拡散板１５を配置する。この拡散板１５を設ける
ことによって、周囲シールド６の内側空間にプロセスガ
スを拡散させて導入することができる。この拡散板１５
は、同時にシールド部材としても機能する。

【００２２】図６に示すように、周囲シールドにおい
て、図４で示したリング状通路１４の代わりに筒状形態
をなす通路１７と小孔１７ａを形成することもできる。

【００２３】前記の各実施例において、周囲シールド６
は一体的加工で作ることもできるし、また分離組立て式
で作ることもできる。

【００２４】

【考案の効果】以上の説明で明らかなように本考案によ
れば、プラズマ放電空間を密閉して囲む周囲シールドの
内周面にガス吹出し口が形成されるようにプロセスガス
導入機構を設けたため、プロセスガスの導入が安定し導
入量が十分になり、基板上に堆積する薄膜の膜質が安定
化する。またプラズマ放電空間内で導入されるプロセス
ガスをガス吹出し口の数を増すことにより分散させ、ま
たは拡散板等を設けることで拡散させることにより、膜
質の安定化をいっそう高めることができる。さらに真空
ゲージ等の圧力測定器でプラズマ放電空間の圧力を直接
に測定するようにしたため、正確な圧力情報を得ること
ができる。従って、主に半導体量産用スパッタリング装
置において安定稼働、歩留まり向上に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るスパッタリング装置の内部構造を
概略的に示す図である。

【図２】周囲シールドを示す斜視図である。

【図３】周囲シールドの他の実施例を示す横断面図であ
る。

【図４】図３に示した周囲シールドの縦断面図である。

【図５】周囲シールドの他の実施例を示す縦断面図であ
る。

【図６】周囲シールドの他の実施例を示す縦断面図であ
る。

【図７】従来のスパッタリング装置の内部構造を示す図
である。

【図８】従来の他のスパッタリング装置の内部構造を示
す図である。

【符号の説明】

１ 処理チャンバ ２ 基板ホルダ ３ 基板 ４ ターゲット ６ 周囲シールド ８ 排気機構 ９，１１ プロセスガス １０，１２ ガス導入機構 １３ 真空ゲージ １４ リング状通路 １４ａ，１７ａ 小孔 １５ 拡散板 １６ プラズマ放電空間 １７ 筒状通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空中でプラズマ放電を発生し基板ホル
   ダに配置された基板の上に第１プロセスガスと第２プロ
   セスガスを用いて薄膜を堆積するスパッタリング装置に
   おいて、前記第１プロセスガスを導入する導入孔が形成された前
   記基板ホルダにおける上側部分と 前記プラズマ放電の発
   生空間とを囲み、前記第１プロセスガスの前記発生空間
   への導入を可能にしつつこの発生空間を実質的に密閉す
   るように配置された筒型の周囲シールドを設け、 前記周囲シールドの内部に前記発生空間を囲む環状のガ
   ス通路を設け、このガス通路は前記第２プロセスガスを
   導入するためのプロセスガス導入機構に接続されかつこ
   のガス通路に複数のガス吹出し口が形成され、前記ガス
   通路と前記ガス吹出し口を通して前記第２プロセスガス
   が前記発生空間に直接的に導入され、 前記周囲シールドの内周面における前記発生空間に対応
   する中央部に前記ガス吹出し口を設け、 前記周囲シールドの内周面に圧力導入孔が形成された圧
   力測定器を設けるようにした ことを特徴とするスパッタ
   リング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスパッタリング装置にお
   いて、前記ガス吹出し口の前面にガス拡散板を設け、前
   記ガス吹出し口から吹出された前記第２プロセスガスは
   前記ガス拡散板にあたって拡散されることを特徴とする
   スパッタリング装置。