JP3824443B2 - スパッタ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、光ディスク、電子部品などの薄膜形成に用いられるスパッタ装置に関するもので、特に製品を製造する生産用のスパッタ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4に従来のマグネトロンスパッタ装置を示す。
全体は中心軸19に対して対称である。真空チャンバ10の中に基板5とターゲット1が対向して配置され、ガス供給ライン11とガス排気ライン12を持つ。
【0003】
ターゲット1には直流または交流の電源15が接続されている。またターゲット1の裏にはマグネトロン放電用の磁気回路3が配置されている。基板1以外の前記チャンバ10の内壁は、交換が可能な防着板21,22,23で覆われている。防着板21,22,23は図示していないが、ヒーターや熱電対が接続されており温度制御が可能となっている。14はチャンバ10にターゲット1を取り付ける絶縁体である。
【0004】
この装置は次のように動作する。
まず、ガス排気ライン12を使ってガスを排気しながら、Arなどのガスをガス供給ライン11から導入する。次に、電源15より高電圧をかけると放電が起こりArがイオンと電子に電離したプラズマ50が発生する。イオンは負にバイアスされたターゲット1に衝突し、ターゲット原子を叩き出す(スパッタ)。そのときスパッタされたターゲット原子(以下、スパッタ粒子)が基板5に付着して基板5の上に薄膜が形成される。
【0005】
特に、マグネトロンスパッタ装置では、磁力線7がターゲット上でトンネル形状を作るよう構成されており、磁場によりプラズマを閉じ込めることでプラズマ50の高密度化を可能としている。
スパッタ粒子は基板でない部分にも付着して膜を形成する。この基板でない所に付着するスパッタ粒子によって形成された膜は、膜厚が厚くなると剥がれてダストとなる。ダストが基板5に付着すると製品の欠陥となるので、防着板21,22,23を設けて剥離が始まる前にこれを交換することで欠陥のない製品を生産している。
【0006】
ここでは、防着板を膜の付いていないものに交換してから次に交換するまでの期間を防着板の使用可能期間と呼ぶことにする。
防着板に付着した膜の剥離の原因は、電子の衝撃によるヒートショックである。放電中に膜表面はプラズマ中の電子の衝撃を受ける。このエネルギーにより膜表面の温度は急激に上昇し、防着板や防着板付近の膜との間に温度差が生じる。この温度差によって膨張の差が生じ、分断が形成され膜応力や重力によって剥離する。このため防着板の温度を制御することで膨張の差を抑え、剥離の発生を抑制している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近年、生産性向上のため放電のパワーを増加させたり、基板5とターゲット1の距離を短くしたりすることが多くなっている。これらの場合、防着板21〜23が受ける電子衝撃エネルギーは増加するので、ヒートショックによる剥離の低減がますます重要となっている。
【0008】
しかしながら、防着板21〜23の温度制御では、短時間で放電のオン・オフが繰り返される場合など、防着板上の膜厚が厚くなると膜全体の温度を制御しきれず、ヒートショックによる剥離が発生するという問題がある。
具体的には、基板5の周辺部で防着板21上の膜厚が厚い部分21aとターゲット1の正面に位置しプラズマ50によってヒートショックを受ける部分50aが一致しており、防着板を長期間使用することが困難になっている。
【0009】
本発明は、ヒートショックによる剥離を低減し、ダスト対策用の防着板の使用可能期間を長期化して稼動率の向上を達成できるスパッタ装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパッタ装置は、基板の周り覆う防着板を、前記配置部に配置された基板の周りを覆いかつ前記ターゲットに対向する第1の防着部と、前記第1の防着部の外周に配設されかつ前記第1の防着部の前記ターゲットに対向する面の裏面側に延出した第2の防着部と、前記第2の防着部の裏面に配設された磁石と
を設けたことを特徴とする。
【0011】
この本発明によると、ヒートショックによる剥離を低減し、ダスト対策用の防着板の使用可能期間を長期化して稼動率の向上を達成できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1記載のスパッタ装置は、真空チャンバ内にターゲットに対向して基板の配置部が設けられ、前記ターゲットに電力を印加することで前記真空チャンバ内にプラズマを発生させ前記配置部に配置された基板を処理するスパッタ装置において、前記配置部に配置された基板の周りを覆いかつ前記ターゲットに対向する第1の防着部と、前記第1の防着部の外周に配設されかつ前記第1の防着部の前記ターゲットに対向する面の裏面側に延出した第2の防着部と、前記第2の防着部の裏面に配設された磁石とを設けたことを特徴とする。
【0013】
本発明の請求項2記載のスパッタ装置は、真空チャンバ内にターゲットに対向して基板の配置部が設けられ、前記ターゲットに電力を印加することで前記真空チャンバ内にプラズマを発生させ前記配置部に配置された基板を処理するスパッタ装置において、前記配置部に配置された基板の周りを覆いかつ前記ターゲットに対向する第1の防着部と、前記第1の防着部の外周に配設されかつ前記第1の防着部の前記ターゲットに対向する面の裏面側に延出した第2の防着部と、前記第2の防着部に前記第1の防着部より高い電位を印加する電源とを設けたことを特徴とする。
【0014】
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。なお、従来例を示す図4と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0015】
〔実施の形態1〕
図1は本発明の〔実施の形態1〕のマグネトロンスパッタ装置を示している。図4に示した従来のマグネトロンスパッタ装置とは、チャンバ10の形状とこのチャンバ10の内側に配設された防着板の具体的な構成ならびに磁石4が追加されている点が異なっている。
【0016】
全体は中心軸19に対して対称である。基板以外のチャンバ内壁は交換可能な防着板31,32,33,34,35で覆われている。防着板31,32,33,34,35は図示していないが、ヒーターや熱電対が接続されており温度制御が可能となっている。
基板5の周りを覆う防着板31と防着板32は、防着板31がターゲット1に対向する第1の防着部として作用し、防着板32が第1の防着部の外周に位置しターゲット1に対向しない第2の防着部として作用している。
【0017】
防着板32の裏面には、ターゲット1から第2の防着部に向かう磁力線が形成されるように磁界制御手段としての磁石4が配置されており、磁石4の極のうち防着板32に近い極4aの極性は磁気回路3のターゲット外側極3aの極性と同じに設定されている。
次に動作の説明をする。
【0018】
まず、排気ラインを使ってガスを排気しながら、Arなどのガスを導入する。
次に、電源15により高電圧をかけると放電が起こりArがイオンと電子に電離したプラズマ51が発生する。イオンは負にバイアスされたターゲットに衝突し、ターゲット原子を叩き出す。そのときスパッタされたターゲット原子(スパッタ粒子)が基板に付着し基板上に薄膜が形成される。基板以外の所に付着するスパッタ粒子によって形成された膜は膜厚が厚くなると剥がれてダストとなる。ダストは基板に付着すると製品の欠陥となるので、防着板31,32,33,34,35を剥離が始まる前に交換することで欠陥のない製品を生産する。
【0019】
磁石4の極のうち防着板32に近い極4aの極性は磁気回路3のターゲット外側極3aの極性と同じであるから磁気トンネルを形成する磁力線8の基板側にターゲットから防着板32に向かう磁力線9が形成されている。
プラズマ51の電子は磁力線9に導かれて防着板32へ流入する。すなわちプラズマ51によってヒートショックを受ける面51aは、膜厚の厚い面31aでなく防着板32の表面となる。防着板32は、ターゲット1に対向していないので、一回の処理における膜の付着量はきわめて少ない。すなわち防着板32の表面の膜厚が厚くなるには時間がかかりヒートショックによる剥離の開始は遅れる。その結果、従来よりも防着板の使用可能期間を長期化できる。
【0020】
〔実施の形態2〕
図2は本発明の〔実施の形態2〕を示している。
基板以外のチャンバ内壁は交換可能な防着板41,42,43,44,45で覆われている。防着板41,42,43,44,45は図示していないが、ヒーターや熱電対が接続されており温度制御が可能となっている。
【0021】
基板5の周りを覆う防着板41と防着板42は、防着板41がターゲット1に対向する第1の防着部として作用し、防着板42が第1の防着部の外周に位置しターゲット1に対向しない第2の防着部として作用している。
また、防着板41,42,43,44,45は絶縁物14により真空チャンバと絶縁されている。さらに防着板42は防着板41,43,44,45とも絶縁されており防着板42の電位を制御する電源16が接続されている。防着板41,43,44,45にはそれらの電位を制御する電源17が接続されている。電源16,17により防着板42の電位は防着板41,43,44,45の電位より高くしてある。
【0022】
次に動作の説明をする。
まず、排気ラインを使ってガスを排気しながら、Arなどのガスを導入する。
次に、電源15より高電圧をかけると放電が起こりArがイオンと電子に電離したプラズマ52が発生する。イオンは負にバイアスされたターゲットに衝突し、ターゲット原子を叩き出す。そのときスパッタされたターゲット原子(スパッタ粒子)が基板に付着し基板上に薄膜が形成される。基板以外の所に付着するスパッタ粒子によって形成された膜は膜厚が厚くなると剥がれてダストとなる。ダストは基板に付着すると製品の欠陥となるので、防着板41,42,43,44,45を剥離が始まる前に交換することで欠陥のない製品を生産する。
【0023】
電源16,17により防着板42の電位は防着板41,43,44,45の電位より高くしてあるので電位の勾配によりプラズマ52の電子は防着板42に流入する。すなわちプラズマ52によってヒートショックをうける面52aは膜厚の厚い面41aでなく防着板42の表面となる。
防着板42は、ターゲット1に対向していないので、一回の処理における膜の付着量はきわめて少ない。すなわち防着板42の表面の膜厚が厚くなるには時間がかかりヒートショックによる剥離の開始は遅れる。その結果、従来よりも防着板の使用可能期間を長期化できる。
【0024】
放電の電力が大きくプラズマ密度が高い場合などは、図3の如く防着板42をアースと接続し他の防着板の電位をフローティングとするだけでも十分な電位勾配が得られ、電源16,17がないシンプルな構成で上記効果を得ることができる。
マグネトロン放電用の磁気回路3の磁場が強い場合は〔実施の形態1〕が有効であり、磁石4の磁場が基板上の膜質に悪影響を及ぼす場合には〔実施の形態2〕が有効である。
【0025】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、防着板にヒートショックを与える電子は磁力線または電位勾配に導かれ、ターゲットに対向して配置された第1の防着部のうち前記ターゲットに対向する面の裏面側に延出した第2の防着部の表面に流入する。この部分(第2の防着部の表面)付着する膜の膜厚は薄いのでヒートショックによる剥離は抑えられ、防着板の使用可能期間を長期化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の〔実施の形態1〕の構成図
【図2】本発明の〔実施の形態2〕の構成図
【図3】本発明の〔実施の形態2〕の別の例の構成図
【図4】従来例の構成図
【符号の説明】
1 ターゲット
3 磁気回路
4 磁石〔磁界制御手段〕
5 基板
8,9 磁力線
10 チャンバ
11 ガス供給ライン
12 ガス排気ライン
14 絶縁体
15 高圧電源
16,17 電位制御用電源
31 防着板〔第1の防着部〕
32 防着板〔第2の防着部〕
41 防着板〔第1の防着部〕
42 防着板〔第2の防着部〕
50,51,52 プラズマ
Claims (2)
- 真空チャンバ内にターゲットに対向して基板の配置部が設けられ、前記ターゲットに電力を印加することで前記真空チャンバ内にプラズマを発生させ前記配置部に配置された基板を処理するスパッタ装置において、
前記配置部に配置された基板の周りを覆いかつ前記ターゲットに対向する第1の防着部と、
前記第1の防着部の外周に配設されかつ前記第1の防着部の前記ターゲットに対向する面の裏面側に延出した第2の防着部と、
前記第2の防着部の裏面に配設された磁石と
を設けたスパッタ装置。 - 真空チャンバ内にターゲットに対向して基板の配置部が設けられ、前記ターゲットに電力を印加することで前記真空チャンバ内にプラズマを発生させ前記配置部に配置された基板を処理するスパッタ装置において、
前記配置部に配置された基板の周りを覆いかつ前記ターゲットに対向する第1の防着部と、
前記第1の防着部の外周に配設されかつ前記第1の防着部の前記ターゲットに対向する面の裏面側に延出した第2の防着部と、
前記第2の防着部に前記第1の防着部より高い電位を印加する電源と
を設けたスパッタ装置。
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CN109023267A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-18 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种防着板及其制作方法 |
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1999
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