JP4108354B2

JP4108354B2 - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP4108354B2
Application number: JP2002099156A
Authority: JP
Inventors: 茂水野; 雅仁石原; 佐藤　　誠; 栄作渡辺
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: JP2002356771A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング装置に関し、特に、半導体製造工程において基板上に薄膜形成を行うスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化に伴って集積回路を形成する金属配線の配線幅は配線間隔等の寸法が縮小化されつつある。この配線寸法の縮小は、三次元的な配線の結線を行う接続孔の微細化が伴う。微細な接続孔の内部への金属材料の埋め込み方法としては、例えば、高周波マグネトロンスパッタリング装置によるバリア膜や電解メッキによるＣｕ埋め込み用のシード層が行われている。バリア膜として、金属チタン、窒化チタン、金属タンタル、窒化タンタル等が用いられる。
【０００３】
図３を参照して従来の高周波マグネトロンスパッタリング装置の一例を説明する。この従来装置では、外部に設けた排気機構１０１によって内部が所要レベルまで減圧された容器１０２が設けられる。この容器１０２は処理チャンバを構成する。容器１０２の上壁、すなわち天井部１０３には開口部１０３ａが形成され、当該開口部１０３ａを塞ぐごとく円板状の上部電極１０４が気密性を保持して取り付けられている。天井部１０３は容器蓋として機能し、必要に応じて開閉自在である。上部電極１０４と天井部１０３との間にはシール性を有したリング状絶縁体１０５が取り付けられる。接地されゼロ電位に保持された容器１０２（天井部１０３）と、上部電極１０４との間は、絶縁体１０５によって電気的に隔離されている。上部電極１０４には高周波電力供給機構１０６から高周波電力が供給される。上部電極１０４の下面には円板状のターゲット１０７が固定されている。ターゲット１０７は比較的に広い面積を有し、かつ実質的に図中水平状態にて配置されている。ターゲット１０７の裏面側、さらには上部電極１０４の裏面側には、ヨーク板１０８に固定され所望の配列にて配置された複数の磁石１０９が設置されている。磁石１０９やヨーク板１０８を固定するための構造の図示は省略されている。なおターゲット１０７の周囲には天井部１０３の下面に固定されたリング状のターゲットシールド１１０が配置される。
【０００４】
容器１０２には、天井部１０３とは別部分としての円筒形の側壁部１１１が備えられている。側壁部１１１は、この例では、底部と一体的に形成されている。容器１０２の内部には基板ホルダ１１２が配置されている。基板ホルダ１１２は、その支柱部１１２ａが底部に固定され、上部に基板を載置するための絶縁体板１１３を有している。絶縁体板１１３は上記ターゲット１０７に対向するように配置されている。絶縁体板１１３の上に基板１１４が載置されている。基板ホルダ１１２は接地されている。基板ホルダ１１２の上部の外周部には段差部が形成されている。基板ホルダ１１２の上部の周囲には基板ホルダへの膜付着を防止する基板ホルダシールド１１５が取り付けられている。容器１０２の側壁部１１１の内周面を覆うごとく円筒形のチャンバシールド１１６が配置されている。チャンバシールド１１６は、複数の支柱１１７によって支持されている。チャンバシールド１１６は容器１０２の側壁部１１１の内面の膜付着を防止する。上記の各シールドはメンテナンスごとに交換される。
【０００５】
上記において、容器１０２、天井部１０３、基板ホルダ１１２、チャンバシールド１１６、基板ホルダシールド１１５は接地電位に保持されている。また容器１０２の側壁部１１１には、さらにガス導入ポートが形成され、このガス導入ポートは配管１１８とバルブ１１９を介してガス供給機構１２０に接続されている。ターゲット１０７には、高周波電力供給機構１０６から上部電極１０４を経由して１３．５６ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数の高周波が印加される。
【０００６】
上記の高周波マグネトロンスパッタリング装置において、成膜時には、図示しない基板搬送機構によって、基板１１４が基板ホルダ１１２の上に載置され、容器１０２が密閉された状態でガス供給機構１２０によってバルブ１１９、配管１１８を通して容器１０２の内部に一定流量のＡｒ（アルゴン）ガスまたはＡｒガスと窒素ガスの混合ガスが導入され、容器１０２の内部は一定の圧力に保持される。次にターゲット１０７を固定する上部電極１０４に一定電力の高周波電力が与えられ、容器１０２内にはプラズマが生成され、ターゲット１０７がスパッタリングされ、基板ホルダ１１２上に固定された基板１１４上に所望の膜が形成される。特に成膜圧力は数１０ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒの間に設定されるが、この圧力ではターゲットからスパッタされた金属原子が電子との衝突により金属イオンとなる。印加される高周波電力の周波数が高い場合には、電子密度が高くなり、金属スパッタ原子のイオン化率も高くなる。圧力が高いほど、衝突頻度が高くなるので、イオン化率は高くなる。基板１１４が絶縁体板１１３上に置かれているため、基板１１４には自己バイアス電圧が加わる。スパッタ金属イオンは、基板１１４とプラズマの間に形成されたシースに発生する自己バイアス電圧によって基板表面に垂直に加速される。その結果、金属イオンの基板への入射角度が垂直となり、微細孔の内部においても段差被覆性のよい成膜を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の高周波マグネトロンスパッタリング装置は、次のような問題を有する。成膜の際に、プラズマ中で生成されるＡｒイオンや窒素イオンまたは金属イオンは、シース電圧によって加速され、大きなエネルギで基板１１４に入射するため、基板１１４のみならず、その周辺に存する各種のシールドも衝撃する。その結果、成膜中にシールドが加熱され、温度が上昇する。シールドは接地され接地電位に保持されているが、表面のシース電圧によってイオンが加速され入射することは、基板の上と同じである。このイオン入射によりシールドの温度は数百℃まで達する。このシールド温度の上昇は、シールドの熱的な歪みなどを生じさせ、成膜中における付着膜の剥がれを生じさせるなど、歩留まり低下を招くといった問題を提起する。特にチャンバシールド１１６はサイズが比較的に大きいため、熱的変形量も大きく、膜剥がれの頻度も高くなる。さらに、特に、チャンバシールド１１６の冷却は数本の支柱１１７から容器１０２へ熱を移動させることによって行っていたため、冷却時間が長くなるという傾向があった。この結果、生産を中止し、メンテナンスサイクルに入る場合に、冷却時間が必然的に長くなり、このためメンテナンス時間が長時間となり、装置稼動率を低下させるという問題を提起していた。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解決し、チャンバシールド等の熱の移動を容易にかつ効率的に行える機構と冷却作用を生じる温度調整装置とを設けることによりチャンバシールド等を迅速に冷却し、メンテナンス時間を短くし、高い生産性を実現し、膜剥がれを抑制してパーティクルの発生を低減し、歩留まりを向上した高周波マグネトロン等に基づくスパッタリング装置を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、上記温度調整装置において加熱作用を生じさせることにより、成膜前の段階ではチャンバシールドの脱ガスに利用する高周波マグネトロン等に基づくスパッタリング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】
本発明に係るスパッタリング装置（請求項１に対応）は、真空容器と、この容器内に配置されたターゲットと、このターゲットに対向する位置に設けられた基板ホルダと、容器の内部にガスを供給するガス供給機構と、ターゲットに電力を与える電力供給機構を備えるスパッタリング装置であり、容器は、容器壁部を含み、かつ容器壁部を加熱または冷却する温度調整装置を備え、さらに基板ホルダとターゲットとの間の空間を取り囲むように配置された内面シールド部材と、内面シールド部材と容器壁部との間に配置され、内面シールド部材を固定すると共に、容器壁部に固定される中間アダプタと、を備え、中間アダプタの厚さは、容器壁部と内面シールド部材との間の間隔よりも５０〜１０００μｍだけ小さくなるように設定され、中間アダプタは、容器壁部により上下から挟み込まれて固定される上縁部を有すると共に、上下方向の段差部を有し、内面シールド部材は、中間アダプタの段差部により窪んだ部分に掛けた状態で固定されているように構成されている。
【００１１】
上記の構成において、上記の内面シールド部材は、導電性材料からなるネジを介して中間アダプタの窪んだ部分に固定されていることを特徴とする（請求項２に対応）。
【００１２】
本発明に係るスパッタリング装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記温度調整装置は、成膜前には加熱作用を生じ中間アダプタの熱伝導を利用して内面シールド部材を加熱し、成膜中には冷却作用を生じ中間アダプタの熱伝導を利用して内面シールド部材を冷却することで特徴づけられている。温度調整装置は、成膜前の段階では加熱装置として機能し、成膜中には冷却装置として機能する。
【００１３】
上記のスパッタリング装置では、容器の外部に温度調整装置としてのジャケットが設けられ、シールド部材として最も大きな要素である内面シールド部材の容器の内面への取付けを、熱伝導性が良好で、冷却された状態にある容器に密接な状態で設けられた中間アダプタを介して行うようにした。ジャケットには、状況に応じて冷却媒体または加熱媒体が流され、容器を直接に冷却または加熱する。中間アダプタは、容器側壁部に覆うように設け、その良好な熱伝導性に基づいて、かつ容器を冷却または加熱するジャケットに基づき、内面シールド部材に対して冷却または加熱の作用を有効に生じさせる。このため、内面シールド部材の温度上昇を適切に抑制し、あるいは内面シールド部材の脱ガス（表面の水分を追い出す作用）を有効に行うことが可能になる。すなわち温度調整装置は、成膜前には内面シールド部材を加熱して脱ガスを効果的に行い、成膜中には内面シールド部材を冷却することにより温度上昇を抑制する。
【００１４】
上記の構成において、好ましくは、内面シールド部材はアルミニウム系材料で作られ、かつ表面がアルミニウム溶射で処理されていることを特徴とする（請求項４に対応）。この構成によって、内面シールド部材の熱伝導性を高め、内面シールド部材がプラズマからの作用で熱を発生したとしても、迅速に熱を逃がし、その温度上昇を抑制する。
【００１５】
上記の構成において、好ましくは、容器壁部は、接地電位に維持されていると共に、中間アダプタは、導電性部材であることを特徴とする（請求項５に対応）。
【００１７】
上記の構成において、好ましくは、中間アダプタの上縁部の厚みを変えることで、ターゲットと、基板ホルダ上の基板との間の間隔を変えるようにしたことを特徴とする（請求項６に対応）。この構成によれば、中間アダプタの上縁部の厚みを変更させるだけで、成膜分布や成膜速度の決定に大きな影響を及ぼすターゲット・基板間距離を自在に変更することができる。この場合において、中間アダプタの内側に設けられる内面シールド部材の高さ方向の寸法も、中間アダプタの厚み寸法の変更分だけ変更される。
【００１８】
上記の各構成において、好ましくは、基板ホルダの少なくとも上部の周囲を囲むように配置される基板ホルダシールド部材を有し、さらに、内面シールド部材はその下端全周部に内方に延びる鍔部を有し、かつ基板ホルダシールド部材はその下端全周部に外方に延びる鍔部を有し、内面シールド部材の鍔部と基板ホルダシールド部材の鍔部は、隙間を介して重なるように配置されていることを特徴とする（請求項７に対応）。この構成によれば、基板ホルダの周辺部分にもシールド部材を付設し、基板以外の箇所への膜付着を防止するようにしている。
【００１９】
上記の構成において、好ましくは、基板ホルダシールド部材は、基板の周囲に位置する上部シールド部材（外周シールド）と、基板ホルダの下部側に位置する下部シールド部材（下部シールド）とから成り、下部シールド部材は上記の鍔部を有し、かつ上部シールド部材はシールド絶縁体により保持されていることを特徴とする（請求項８に対応）。この構成によれば、基板の外周縁部で膜剥がれが生じたとしても、上部シールド部材が電気的に浮遊状態に保持されているため、異常放電の発生を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお図面で示された内容は、当業者であれば、本発明を理解できかつ実施できる程度に概念的に示すものである。従って図示された装置の各部のサイズ、壁部の厚み等は厳密には正確なものでない。
【００２１】
図１に従って本発明に係るスパッタリング装置の実施形態を説明する。このスパッタリング装置は、一例として高周波マグネトロンスパッタリング装置である。処理チャンバを構成する容器１１は、容器蓋として機能するリング状天井部１２と、底部と一体化して形成された円筒形の側壁部１３とから成る。天井部１２と側壁部１３から成る容器１１は導電性部材で作られている。天井部１２はメンテナンス時等のごとく必要の際には開閉自在となる構造を有している。天井部１２の開口部１２ａには円板状上部電極１４が、当該開口部を塞ぐごとくリング状絶縁体１５を介して電気的絶縁状態で取り付けられている。上部電極１４の下面（内側面）には板状ターゲット１６が固定されている。ターゲット１６は、スパッタリングされて基板の上に堆積される物質で作られている。ターゲット１６の周囲にはリング状のターゲットシールド１７が配置される。ターゲットシールド１７は天井部１２の下面に固定されている。
【００２２】
天井部１２は接地され、接地電位（ゼロ電位）に保持される。上部電極１４には高周波電力供給機構１８から高周波電力が供給される。高周波電力の周波数は例えば１３．５６〜３００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数であり、好ましくは１３．５６〜１００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数である。この高周波の電力はターゲット１６に供給される。上部電極１４の裏面側、すなわちターゲット１６の裏面側には、望ましい配列にある複数の磁石（マグネット）１９と、これらを固定し支持するヨーク板２０が配置される。ヨーク板２０を支持する構造の図示は省略されている。磁石１９とヨーク板２０は、容器１１の内部であってターゲット１６の前面空間に望ましい磁束分布を作るための磁気回路部を形成する。
【００２３】
容器１１の側壁部１３には排気ポート２１が形成される。この排気ポート２１を介して外部の排気機構２２が接続されている。容器１１の内部は、排気機構２２による排気作用で、所要の減圧レベルに保持される。また側壁部１３には、ガス導入ポートが形成され、これには配管２３とバルブ２４を介してガス供給機構２５が接続されている。ガス供給機構２５によれば、Ａｒ（アルゴン）やＮ₂（窒素）のガスが供給される。また側壁部１３も接地され、接地電位に保持されている。
【００２４】
容器１１において、天井部１２と側壁部１３の間には中間アダプタ３１が配置される。中間アダプタ３１は、本体部分を形成する円筒部３１ａと、リング状天井部１２と側壁部１３の上端部との間に挟み込まれる水平上縁部３１ｂとから成る。中間アダプタ３１は熱伝導性が良好な材質で作られている。円筒部３１ａは容器１１内でその軸方向（図中垂直方向）に延びており、かつ容器１１の側壁部１３の内面を、少なくとも所定高さ以上の部分を全面的に覆うごとく、円筒部３１ａと側壁部１３の間を狭い間隔であけてまたは円筒部３１ａと側壁部１３を接触させて、配置されている。上縁部３１ｂは円筒部３１ａの上端部の全周に沿って径方向（図中水平方向）の外方に向かうごとく形成されている。組付け構造において、中間アダプタ３１の上縁部３１ｂの上面と天井部１２の間にはリング状シール部材３２が設けられ、かつ上縁部３１ｂの下面と側壁部１３の上端部との間にもリング状シール部材３３が設けられている。なお中間アダプタ３１の円筒部の内面の上端部には段差部３１ｃが全周に沿って形成されている。
【００２５】
中間アダプタ３１の上記段差３１ｃには、下端に鍔３４ａを備えた円筒形のチャンバシールド３４が、ネジ３５で固定されている。チャンバシールド３４は、容器１１の内部に膜が付着するのを防止する。チャンバシールド３４は中間アダプタ３１の内面を覆うごとく、中間アダプタ３１の内面との間を狭い間隔であけてまたは当該内面に接触する状態で配置されている。
【００２６】
容器１１の内部の下側には基板ホルダ４１が設けられている。基板ホルダ４１の上面に基板４２が搭載される。基板ホルダ４１は、熱伝導度の高いＡｌ（アルミニウム）系材料で作られている。基板ホルダ４１は、拡散溶接によって接合された上プレート４３ａと下プレート４３ｂから成る円板状の上部部材４３と、円板状の下部部材４４を備える。重ね合せて配置された上部部材４３と下部部材４４はネジ４５で結合されている。下部部材４４の支柱部４４ａが、容器１１の底部に取り付けられることにより、基板ホルダ４１は容器１１の内部に固定される。基板ホルダ４１の上面は、前述のターゲット１６に対して略平行な状態で対向している。
【００２７】
上部部材４３の内部には一本につながっている流路４６が形成されている。この流路４６の両端部は、それぞれ、下部部材４４の支柱部４４ａを通って垂直な方向に設けられた溶媒配管４７，４８に接続されている。溶媒配管４７，４８の外端部分はさらに外部に延設され、溶媒供給機構４９に接続されている。溶媒供給機構４９は、溶媒を供給すると共に当該溶媒（液体）の温度制御を行う機能を有する。溶媒供給機構４９から供給される溶媒の温度は−５０℃から１５０℃の間の一定温度に制御されている。どの温度に制御するかは、目的に応じて決められる。溶媒供給機構４９から基板ホルダ４１に供給される溶媒は、溶媒配管４７，４８、流路４６を循環して流れる。これによって基板ホルダ４１の温度を所望の温度に保持する。上記流路４６は、溶媒の流れについて淀みが生じないように作られていることが望ましい。
【００２８】
基板ホルダ４１の内部には熱電対５０が設けられ、熱電対５０によって基板ホルダ４１の温度が検出される。上記のごとく溶媒の温度は溶媒供給機構４９によって制御されるが、より正確に制御するために、熱電対５０で基板ホルダ４１の温度をモニタし、温度制御部５１と帰還回路５２を通して、溶媒供給機構機構４９に基づく温度制御にフィードバックさせる。
【００２９】
基板ホルダ４１の上部部材４３の上には基板４２を固定するための静電吸着機構が設けられる。この静電吸着機構は、図１および部分的に拡大して示された図２に示すごとく、上部部材４３の上に固定される一定の厚みを有する静電吸着板６１と、その内部に埋設された静電吸着電極６２とから構成されている。静電吸着板６１は、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウム等の誘電体で作られている。静電吸着電極６２には、絶縁管６３により保護された電極棒６４が電気的に接続されている。絶縁管６３は、電極棒６４を、周囲の部分と電気的に絶縁させる。電極棒６４の外側端部は静電チャック電圧制御機構６５に接続されている。かかる電極棒６４によって、静電吸着電極６２に静電吸着（静電チャック）のための電圧が印加される。
【００３０】
静電吸着板６１は、基板ホルダ４１の上部部材４３の上面に、低融点の金属、例えばインジウム系の合金材料を用いて溶着にて接合されている。この接合によって基板ホルダ４１と静電吸着板６１との間の熱伝導は極めて良好になり、容器１１の内部の減圧雰囲気においても基板ホルダ４１と静電吸着板６１の温度は同一となる。静電吸着板６１によって固定される基板４２も同様に基板ホルダ４１と同様な温度となる。特に静電吸着板６１との間に形成される基板４２の裏面空間にＡｒ（またはＨｅ等）のガスを流すことにより熱伝導性を高めることが望ましい。図示例では、静電吸着板６１の表面に溝６６やエンボス加工が施され、基板４１と静電吸着板６１の間に上記裏面空間が形成される。溝６６にはバルブ６７を備えたガス供給配管６８が接続されている。このガス供給配管６８を通してガス供給機構６９から溝６６に上記のＡｒガスが導入される。
【００３１】
上記の構成に基づけば、成膜中に基板４２がイオン衝撃を受けて加熱されたとしても、基板４２から静電吸着板６１や基板ホルダ４１に熱が良好に伝導し、基板４２に与えられる熱が速やかに基板ホルダ４１に逃げるので、基板の温度は上昇しないか、または或る一定以上の温度上昇が生じない。さらに基板ホルダ４１における冷却効率が良好であるので、基板ホルダ４１と電着吸着板６１の温度が成膜後非常に急速に溶媒による設定温度に回復する。また基板ホルダ４１の下部部材４４は接地されているので、下部部材４４と上部部材４３は接地電位に保持されており、基板ホルダ４１は電気的に安定な状態に保持されている。
【００３２】
基板ホルダ４１において、基板４２および静電吸着板６１の周囲に配置されるリング形状の外周シールド７１と、この外周シールド７１の下側に位置し径方向の外方に延びる鍔７２ａを有する下部シールド７２とが設けられる。外周シールド７１と下部シールド７２は、段付きリング形状を有し、基板ホルダ４１への膜の付着を防止している。外周シールド７１と下部シールド７２との間にはシールド絶縁体７３が設けられており、外周シールド７１は電気的にフローティング（浮遊）状態に維持されている。外周シールド７１をフローティング状態に維持することにより、基板４２の端部で膜剥がれが生じたとしても、異常放電が起こるのを防止することができる。
【００３３】
容器１１の天井部１２、側壁部１３、底部等の外面には、容器１１の温度を調整するための熱媒体（液体または気体）を流すジャケット７４が付設されている。ジャケット７４に流される熱媒体に基づいて容器１１の温度は状況に応じて調整される。成膜が行われる前の段階では加熱するための熱媒体（温度の高い加熱媒体）がジャケット７４に流され、ジャケット７４は加熱作用を生じる加熱装置として機能する。このとき容器１１は直接に加熱され、さらに中間アダプタ３１を介してチャンバシールド３４も加熱されることになる。成膜の際には冷却するための熱媒体（温度の低い冷却媒体）がジャケット７４に流され、ジャケット７４は冷却作用を生じる冷却装置として機能する。このとき容器１１は直接に冷却され、さらに中間アダプタ３１を介してチャンバシールド３４も冷却されることになる。なお図１において、ジャケット７４に対して冷却用または加熱用の熱媒体を供給するための供給機構の図示、熱媒体の温度状態を制御する制御手段の図示は省略されている。
【００３４】
基板ホルダ４１の下部部材４４の支柱部４４ａの下端にはボックス７５が取り付けられている。ボックス７５の内部には、下部部材４４の支柱部４４Ａの下端から引き出される前述の溶媒配管４７，４８、熱電対５０に接続される電気配線、電極棒６４に接続される配線、ガス供給配管６８等が収容されている。ボックス７５には、溶媒配管４７，４８を取り付けるための接続管７６が取り付けられる。接続管７６には結露防止材７７が付設されている。なおボックス７５には乾燥窒素（Ｎ₂）供給機構７８が付設され、これによりボックス７５の内部には乾燥窒素が充填された状態に保持されている。
【００３５】
上記の構成において、基板成膜前に、図示されない基板搬送機構によって基板４２が容器１１内に搬入され、基板ホルダ４１の静電吸着板６１の上に搭載される。静電吸着電極６２に所要の電圧が印加されると、静電吸着力が作用し、基板４２は基板ホルダ４１の上に固定される。次にガス供給機構２５によって、配管２３とバルブ２４を通して一定流量のＡｒガス、またはＡｒガスと窒素ガスの混合ガスが導入され、容器１１内は一定の圧力に保持される。次にターゲット１６に結合された上部電極１４に一定電力の高周波電力が印加され、容器１１内のターゲット１６と基板ホルダ４１の間にプラズマが生成され、プラズマによってターゲット１６がスパッタリングされ、基板４２の上に所望の薄膜が形成される。特に成膜圧力は数１０ｍＴｏｒｒから２００ｍＴｏｒｒの間に設定されるが、この圧力ではターゲット１６からスパッタされた金属原子が電子や励起されたＡｒ原子との衝突により、金属イオンとなる。印加される高周波電力の周波数が高い場合には、電子密度が高くなり、金属スパッタ原子のイオン化率は高くなる。成膜圧力が高いほど衝突頻度が高くなるので、イオン化率も高くなる。スパッタ金属イオンは、基板４２とプラズマの間に形成されるシースにおいて、シースに掛かる電圧によって基板４２の表面に垂直になるように加速される。その結果、金属イオンの基板４２への入射角度が垂直になり、基板表面上の微細孔の内部にも段差被覆性が良好な状態で成膜を行うことが可能となる。
【００３６】
プラズマによるターゲット１６のスパッタリングに基づく基板４２への成膜において、スパッタ金属イオンは、基板４２以外の各種のシールドに対しても入射し、当該シールドの部分にも膜が付着する。シールドにはさらにＡｒイオンや窒素イオンなども入射する。これらのイオンは、チャンバシールド３４の表面に生じるシース電圧によって加速され、チャンバシールド３４に入射される。その結果、ターゲットシールド１７やチャンバシールド３４の温度は成膜中に上昇する。特に高周波マグネトロンスパッタリングの場合には、容器１１内に生成されるプラズマがシールド３４，１７の内面全体に接するごとく広がるために、直流スパッタリングに比較して各シールドの温度は高くなる。
【００３７】
そこで本実施形態による高周波マグネトロンスパッタリング装置では、前述の構成に基づき以下のごとくプラズマからのイオン入射によるシールドの温度上昇を防止するようにしている。
【００３８】
中間アダプタ３１が容器１１の側壁部１３と天井部１２の間にその上縁部３１ｂが挟まれて固定され、チャンバシールド３４はこの中間アダプタ３１の内側に配置され、取り付けられている。上記の成膜中には、容器１１において天井部１２、側壁部１３、底部はジャケット７４に流れる冷却用熱媒体によって冷却された状態で保持されている。全体として円筒形を有する中間アダプタ３１は、容器１１の側壁部１３の内周面に沿って狭い間隔でまたは接触された状態で配置され、その上縁部３１ｂが冷却された天井部１２と側壁部１３に挟まれている。中間アダプタ３１は熱伝導性の良好な材質で形成されている。
【００３９】
中間アダプタ３１の上縁部３１ｂの厚みは自由に変更することが可能である。中間アダプタ３１の上縁部３１ｂの厚みを変更すると、基板ホルダ４１上に固定された基板４２とターゲット１６との間の距離を変更することができる。この場合にはチャンバシールド３４の軸方向の長さも中間アダプタ３１の軸方向長さと一致するように変更する。ターゲット・基板間距離は成膜分布や成膜速度を決定するパラメータの１つである。
【００４０】
中間アダプタ３１の円筒部３１ａの寸法は、その高さ（軸方向長さ）がチャンバシールド３４の高さと本質的に同じであり、その厚さが、容器１１の側壁部１３の内周面とチャンバシールド３４の外周面との間の距離よりも５０〜１０００μｍだけ小さくなるように、設計されている。中間アダプタ３１は、両側に位置する容器１１の側壁部１３とチャンバシールド３４のそれぞれに対して、狭い間隔をあけて、または接触させて、または密着させた状態で取り付けられている。さらにチャンバシールド３４とターゲットシールド１６は、熱伝導の良好なＡｌ系材料で作られ、その表面にはＡｌ溶射が施されている。容器１１内で生成されたプラズマよりチャンバシールド３４やターゲットシールド１６に供給される熱は、中間アダプタ３１との接触面からの固体熱伝導、およびシールドの外周から中間アダプタ３１の円筒部３１ａの内周面へのガスによる熱伝導により移動する。特に、チャンバシールド３４は中間アダプタ３１と外周部分が全体にわたってネジ３５で固定され、接触されていること、および好ましくはチャンバシールド３４の垂直な円筒形部分の外周面の面全体が冷却された中間アダプタ３１と極めて接近した距離に置かれて、狭い間隔（隙間）におけるガスによる熱伝導で冷却されているため、成膜中におけるチャンバシールド３４等の温度上昇は抑制され、所望の或る一定温度に保たれる。以上のように、成膜中には、チャンバシールド３４はその温度上昇を防止するために冷却される。
【００４１】
なお成膜を行う前の段階では、ジャケット７４に対して加熱用の熱媒体を流す。この熱媒体は例えば１５０℃の温度に保持され、この熱媒体に基づきかつ中間アダプタ３１の熱伝導作用によってチャンバシールド３４等は所要の高温状態に保持される。チャンバシールド３４では、このような高温に保持されることにより、表面の水分を追い出すという脱ガス作用が生じる。こうしてジャケット７４に基づくチャンバシールド３４の加熱によって、主に成膜前の基板の予備加熱（プレヒート）に併せて、チャンバシールド３４の表面から余分の水分（その他のガス）を放出させる。なお加熱手段としては、ジャケット７４と異なるヒータを別途に設けることも可能である。
【００４２】
本実施形態の構成によれば、プラズマからのイオン入射による基板４２の加熱で基板が温度上昇を防止するため、基板ホルダ４１には溶媒が流れる流路４６を形成して基板を冷却するための構造を付与しているので、基板４２から間接的にチャンバシールド３４に熱が伝わり、その温度を上昇させるということは生じない。さらに、ターゲットシールド１７も、ジャケット７４によって冷却された天井部１２に取り付けられ、接触しているので、成膜中冷却状態に保持されている。
【００４３】
また中間アダプタ３１は、容器１１の側壁部１３と天井部１２に挟まれ、かつチャンバシールド３４はネジ３５で中間アダプタ３１に固定されているので、中間アダプタ３１とチャンバシールド３４は接地電位に保持されており、電気的にも安定している。
【００４４】
また本実施形態では、溶媒供給機構４９から流路４６に供給される溶媒が露点以下の温度で供給される場合にはその近傍に配置される電気配線等が露結するおそれがあるので、前述のごとく乾燥窒素が充満されたボックス７５を取り付けている。これにより、例えば−５０℃まで安定した装置の稼動を補償することができる。
【００４５】
本実施形態で説明された上記の高周波マグネトロンスパッタリング装置において典型的な成膜条件は、次の通りである。
【００４６】
ターゲット１６はタンタル（Ｔａ）であり、基板４２の上にＴａＮ膜を形成する場合において、基板ホルダ４１の温度は２０℃、ＡｒガスとＮ₂ガスの混合ガスを導入し、Ｎ₂ガスの流量比が１〜５０％であり、成膜圧力が１０〜３００ｍＴｏｏｒ、６０ＭＨｚの高周波電力は１〜１０ｋＷ、基板４２とターゲット１６の間の距離は５０〜１５０ｍｍである。なお高周波電力の周波数は、１３．５６〜３００ＭＨｚの範囲に含まれる周波数に変更することができる。
【００４７】
上記の成膜条件の下で高周波マグネトロンスパッタリングによる成膜を行ったところ、チャンバシールド３４等のシールド部材の温度上昇は１００℃程度に抑制され、シールド部材の熱的変形は僅かしか生ぜず、そのため、シールド表面からの膜剥がれもなく、パーティクルの発生が非常に少なく、歩留まりが高くなるという結果を得た。さらにシールド部材の冷却時間が従来装置の１／５程度と短くなり、メンテンナンス時間が短くなり、装置稼動率が向上するという利点が得られた。
【００４８】
前述の実施形態の説明は本発明の好ましい具体例を明らかにしたものであり、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲から逸脱しない限りにおいて任意に変更することができるものである。冷却装置または加熱装置として機能するジャケットすなわち温度調整装置を、基板ホルダの温度を調整する装置と共に共通の装置として構成することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ターゲットをスパッタリングして基板上に膜を堆積させる高周波マグネトロン等のスパッタリング装置において、成膜時に、冷却作用を生じる温度調整装置で冷却された容器へ熱を逃がす作用を発揮する中間アダプタを利用してチャンバシールドを設けるようにしたため、成膜中においてもシールド部材の温度上昇を適切に抑制することができ、膜剥がれを少なくすることができる。さらに同様な構成に基づいて、成膜後のシールドの冷却時間を短縮でき、高周波マグネトロン等のスパッタリング装置の歩留まりを向上し、生産性を高めることができる。
【００５０】
上記スパッタリング装置において、成膜前の段階では、加熱作用を生じる温度調整装置によって加熱された容器からの熱を中間アダプタでチャンバシールドへ伝えるようにしたため、成膜前にシールド部材の温度を高め、脱ガスを簡単な構成でかつ効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の代表的な実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１中の要部拡大縦断面図である。
【図３】従来の高周波マグネトロンスパッタリング装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１容器
１２天井部
１３側壁部
１４上部電極
１６ターゲット
１７ターゲットシールド
３１中間アダプタ
３１ａ円筒部
３１ｂ上縁部
３４チャンバシールド
４１基板ホルダ
４２基板
６１静電吸着板
６２静電吸着電極
６６溝
７１外周シールド
７２下部シールド
７４ジャケット（温度調整装置）

Claims

真空容器と、この容器内に配置されたターゲットと、このターゲットに対向する位置に設けられた基板ホルダと、前記容器の内部にガスを供給するガス供給機構と、前記ターゲットに電力を与える電力供給機構を備えるスパッタリング装置において、
前記容器は、容器壁部を含み、かつ前記容器壁部を加熱または冷却する温度調整装置を備え、
前記基板ホルダと前記ターゲットとの間の空間を取り囲むように配置された内面シールド部材と、
前記内面シールド部材と前記容器壁部との間に配置され、前記内面シールド部材を固定すると共に、前記容器壁部に固定される中間アダプタと、を備え、
前記中間アダプタの厚さは、前記容器壁部と前記内面シールド部材との間の間隔よりも５０〜１０００μｍだけ小さくなるように設定され、
前記中間アダプタは、前記容器壁部により上下から挟み込まれて固定される上縁部を有すると共に、上下方向の段差部を有し、
前記内面シールド部材は、前記中間アダプタの前記段差部により窪んだ部分に掛けた状態で固定されていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記内面シールド部材は、導電性材料からなるネジを介して前記中間アダプタの窪んだ部分に固定されていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
前記温度調整装置は、成膜前には加熱作用を生じ前記中間アダプタの熱伝導を利用して前記内面シールド部材を加熱し、成膜中には冷却作用を生じ前記中間アダプタの熱伝導を利用して前記内面シールド部材を冷却することを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリング装置。
前記内面シールド部材はアルミニウム系材料で作られ、かつ表面がアルミニウム溶射で処理されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
前記容器壁部は、接地電位に維持されていると共に、前記中間アダプタは、導電性部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
前記中間アダプタの前記上縁部の厚みを変えることで、前記ターゲットと、前記基板ホルダ上の基板との間の間隔を変えるようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
前記基板ホルダの少なくとも上部の周囲を囲むように配置される基板ホルダシールド部材を有し、
前記内面シールド部材はその下端全周部に内方に延びる鍔部を有し、かつ前記基板ホルダシールド部材はその下端全周部に外方に延びる鍔部を有し、前記内面シールド部材の前記鍔部と前記基板ホルダシールド部材の前記鍔部は、隙間を介して重なるように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
前記基板ホルダシールド部材は、前記基板の周囲に位置する上部シールド部材と、前記基板ホルダの下部側に位置する下部シールド部材とから成り、前記下部シールド部材は前記鍔部を有し、かつ前記上部シールド部材はシールド絶縁体により保持されていることを特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。