JP4179047B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングにより薄膜を形成するためのプラズマ処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路（以下「ＩＣ」と称す）の製造工程では誘電体の成膜が種々行われる。その目的は、例えば層間絶縁膜、エッチングや選択的なイオン注入や選択的な電極の形成のためのマスク、パッシベーション、キャパシタの誘電体膜等である。目的により材質やプラズマ処理方法が選ばれる。たとえば、ＣＶＤ、ドライエッチング、スパッタリング等種々用いられている。近年ＩＣの小型化のためにキャパシタの誘電体膜にチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）やチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）等の高誘電体物質のプラズマ処理を行うことが検討されている。さらにセンサやアクチュエータ、不揮発性メモリデバイス用にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ストロンチウムビスマスタンタレート（ＳＢＴ）といった強誘電体物質のプラズマ処理も検討されている。
【０００３】
従来のスパッタリングを行うプラズマ処理装置を、図面を参照して説明する。図５は複数の基板を連続処理可能なスパッタ装置を概念的に示す縦断面図である。従来のスパッタリング装置は真空引き可能な真空容器４１でスパッタ室を形成し、スパッタ室の下方にはターゲット４８が下部電極４５に固定保持される。下部電極４５は容器４１とは電気的に絶縁されている。そして下部電極４５はターゲット４８の温度が上昇するのを防ぐために水冷機構を内蔵するが図示を略している。
【０００４】
そして、スパッタ室の上方には可動式基板保持機構４２が下部電極４５に対向して平行に配置される。そして、この可動式基板保持機構４２は真空容器４１と電気的に絶縁されており、浮遊電位である。そして、可動式基板保持機構４２上に基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、例えば半導体ウェハが載置される。そして、可動式基板保持機構４２は基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを所定の温度に維持するための加熱機構を内蔵するが図示していない。さらに、ターゲット４８と可動式基板保持機構４２および基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間には可動式シャッタ４７が載置され、電気的に接地されている。
【０００５】
そして、下部電極４５と真空容器４１（接地）間に高周波電源４６により、所定の高周波電力が所定の負のＤＣバイアスのもとに与えられる。
【０００６】
このスパッタリング装置で成膜処理を行うには、まず、可動式基板保持機構４２上に基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ（例えばウェハ）を載置し、図示しない排気口につながる真空ポンプ（図示せず）により真空に引き、次に、図示しないガス導入口から所定のガス（例えばＡｒガス）を所定流量導入しつつ排気口（図示せず）と真空ポンプ（図示せず）との間に介在する可変コンダクタンスバルブ（図示せず）を調節して所定の圧力に調節する。そして、高周波電力を印加してプラズマを発生させターゲット４８をスパッタする。その際、ターゲット４８最表面は不純物が付着しているため、スパッタリングを開始した直後のスパッタ粒子を基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着させないために可動式シャッタ４７を基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の間に挿入しておく（プリスパッタ）。しばらくスパッタリングを続け、ターゲット４８表面がスパッタされ、新鮮な面が露出したところで、可動式シャッタ４７をターゲットと基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間から退避させ、被処理基板４３ａへ薄膜を形成する。
【０００７】
そこで、ターゲット４８から飛散する成分は被処理基板４３ａ上に積もって成膜される。そして、ターゲット４８から飛散する成分は基板４３ａに向かうものばかりではなく、他の方向に向かうものもある。それが真空容器４１の内壁やその他の図示しないスパッタ室内の構造物に付着するとその清掃が困難なので下部電極４５と可動式基板保持機構４２を取り囲むように防着板４４を配置する。防着板４４は金属でなり、真空容器４１に電気的につながり接地電位となっていて、着脱容易として表面に付着したスパッタ物質が厚くなるととりはずして清掃するようにしている。そして、防着板４４は基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの出し入れのために部分的に待避可能となっているが図示を省略している。
【０００８】
また、特許文献１には、イオンプレーティング装置においてプラズマ密度の高均一化および高密度プラズマ形成のために可動式シャッタを浮遊電位にすることも開示されており、さらに、特許文献２には、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置においてパーティクル低減のために可動式シャッタを浮遊電位とすることが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２５６１４８号公報
【特許文献２】
特開平７−５８０３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のスパッタリングを行うプラズマ処理装置では、プリスパッタが終了し、可動式シャッタ退避時にプラズマが可動式シャッタ移動方向に引っ張られ、結果的にターゲット直上にある被処理基板以外の基板もプラズマにさらされてしまい、不良となるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行えるプラズマ処理装置および方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが浮遊電位であることを特徴とする。
【００１３】
本願第２の発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式基板保持機構と前記基板は浮遊電位であり、かつ、前記可動式シャッタが浮遊電位かつ前記基板保持機構と前記基板と同電位であり、かつ、少なくとも可動時は接地電位となる電位切り替え機構を有することを特徴とする。
【００１４】
本願第３の発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが接地電位であり、少なくとも可動時は浮遊電位となる電位切り替え機構を有することを特徴とする。
【００１５】
本願第１から３の発明のプラズマ処理装置において、好適には前記薄膜が誘電体であることが望ましい。更に好適には前記基板が少なくとも３００℃以上に加熱できる基板加熱機構を有することが望ましい。さらに好適には前記可動式シャッタを前記基板と前記ターゲットの間に挿入した際、前記ターゲットと前記可動式シャッタ間の距離が５０ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には前記可動式シャッタを前記基板と前記ターゲットの間に挿入した際、前記ターゲットと前記可動式シャッタ間の距離が３０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
本願第４の発明のプラズマ処理方法は、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された浮遊電位の前記可動式シャッタと浮遊電位の前記可動式基板保持機構とを電気的に接続し導電位とする工程と、前記ターゲットと前記可動式シャッタの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本願第５の発明のプラズマ処理方法は、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された接地電位の前記可動式シャッタと、前記ターゲットの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを浮遊電位に切り替える工程と、浮遊電位となった前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。これは真空容器４１内に複数の基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ（例えば、Ｓｉ基板）を投入し連続的にスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ2薄膜を形成するプラズマ処理装置の例である。
【００１９】
図１において真空容器４１の下部にターゲット４８（ターゲットとしては、所望の絶縁膜を構成する元素でできたもの、もしくは反応性ガスと反応して所望の絶縁物を形成することができる材料が好ましいが、今回はＳｉＯ2を用いた）および下部電極４５を配し、真空容器４１の上部に基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを複数枚配置可能な可動式基板保持機構４２、ターゲット４８直上の基板４３ａに成膜を行い、終わると可動式基板保持機構４２が移動し次の基板４３ｂに成膜を行う。
【００２０】
また、ターゲット４８を囲むようにＳＵＳ性で筒状の二重防着板１１ａ、１１ｂが設けられており、内側防着板１１ａおよび、外側防着板１１ｂは接地電位である。上部に行くに従って二枚の防着板１１ａ、１１ｂ間の距離が離れて行き、最上部ではシース厚み以上の間隔（今回は１０ｍｍとした）となっている。
【００２１】
また、ターゲット４８と基板４３ａの間に可動式シャッタ４７が挿入できるように二重防着板１１ａ、１１ｂは上下に二分割されている。この真空容器４１中にＡｒとＯ2の混合ガスを導入した。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、あるいは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2、Ｎ2、等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ2、窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入する。可動式シャッタ４７はセラミック等の絶縁物１２を介して真空容器４１と接続されており浮遊電位である。この可動式シャッタ４７をターゲット４８と基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間に挿入した状態で、下部電極４３−真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット４７が導電性のものであれば直流電力でもよい）。
【００２２】
すると、ターゲット４７直上にプラズマが発生し、プリスパッタが開始され、ターゲット４７からスパッタされたＳｉＯ2は可動式シャッタ４７に付着し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着することはない。ターゲット４８最表面がスパッタされ新鮮な面が露出したころに可動式シャッタ４７を退避させ、基板４３ａへのＳｉＯ2薄膜の形成を開始した。その際、可動式シャッタ４７は浮遊電位であるためプラズマが引っ張られることはなかった。
【００２３】
以上のことにより、プラズマが二重防着板１１ａ、１１ｂの外側に広がることがなく、被処理基板４３ａ以外の基板４３ｂ、４３ｃにプラズマがあたることなく安定してプラズマ処理を行うことができた。
【００２４】
なお、本実施の形態１で示した例は基板加熱機構を有していないが、３００℃以上に基板加熱が可能な基板加熱機構を有していても良い。また、可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は明示していないが５０ｍｍ以下であることが望ましく、更に望ましくは３０ｍｍ以下である。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図である。これは真空容器４１内に複数の基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ（例えばＳｉ基板）を投入し連続的にスパッタリングにより誘電体であるＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）薄膜を形成するプラズマ処理装置の例である。第１の実施の形態との相違点は、可動式シャッタ４７の電位を接地電位と浮遊電位に切り替える電位切り替えスイッチ２２を具備している点である。また、基板加熱機構２１を有しておりＳｉ基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを３００℃以上に加熱することができる点である。基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃが加熱されるために可動式シャッタ４７が基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに近いと基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの温度が変化してしまうために、可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は約３０ｍｍと近く配置し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃからは遠ざけている点である。
【００２６】
まず、基板加熱機構２１により基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを３５０℃に加熱した。次に、この真空容器４１中にＡｒとＯ2の混合ガスを導入した。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、あるいは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2、Ｎ2、等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ2、窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入する。
【００２７】
可動式シャッタ４７は、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の間に挿入しておき電位は接地電位にしておく。そして、下部電極４５と真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット４８が導電性のものであれば直流電力でもよい）。すると、ターゲット４８直上にプラズマが発生し、プリスパッタが開始され、ターゲット４８からスパッタされたＳＴＯは可動式シャッタ４７に付着し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着することはない。
【００２８】
また、可動式シャッタ４７は接地電位であるので、可動式シャッタ４７とターゲット４８の間が３０ｍｍと近いにもかかわらず安定してプラズマを発生することができた。ターゲット４８最表面がスパッタされ新鮮な面が露出したころに、電位切り替えスイッチ２２で可動式シャッタ４７を浮遊電位にした後に可動式シャッタ４７を退避させ、基板４３ａへのＳＴＯ薄膜の形成を開始した。その際、可動式シャッタ４７は浮遊電位であるためプラズマが引っ張られることはなかった。
【００２９】
以上のことにより、プリスパッタ時に安定してプラズマを発生させることができ、かつプラズマが二重防着板１１ａ、１１ｂの外側に広がることがなく、被処理基板４３ａ以外の基板４３ｂ、４３ｃにプラズマがあたることなく安定してプラズマ処理を行うことができた。
【００３０】
なお、この実施の形態２で示した例は可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は３０ｍｍであるが基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の距離が十分はなれていれば５０ｍｍ以下であっても良い。
【００３１】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す図である。これは真空容器４１内に複数の基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを投入し連続的にスパッタリングによりＳｉＯ2薄膜を形成するプラズマ処理装置の例である。第１の実施の形態との相違点は浮遊電位である可動式シャッタ４７と浮遊電位である可動式基板保持機構４２を電気的に接続する、接続機構３１を具備している点である。
【００３２】
この真空容器４１中にＡｒとＯ2の混合ガスを導入した。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、あるいは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2、Ｎ2、等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ2、窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入する。浮遊電位の可動式シャッタ４７は基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の間に挿入しておき、接続機構３１により浮遊電位の可動式基板保持機構４２と浮遊電位の可動式シャッタ４７を電気的に接続しておく。そして下部電極４５と真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット４８が導電性のものであれば直流電力でもよい）。すると、ターゲット４８直上にプラズマが発生し、プリスパッタが開始され、ターゲット４８からスパッタされたＳｉＯ2は可動式シャッタ４７に付着し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着することはない。このとき、可動式シャッタ４７と可動式基板保持機構４２は同電位であるために、可動式シャッタ４７と可動式基板保持機構４２との間で異常放電が起こることなく、安定してプラズマを発生することができた。ターゲット４８最表面がスパッタされ新鮮な面が露出したところに、可動式シャッタ４７を退避させ、基板４３ａへのＳｉＯ2膜の形成を開始した。その際、可動式シャッタ４７は浮遊電位であるためプラズマが引っ張られることはなかった。
【００３３】
以上のことにより、プリスパッタ時に異常放電がおこり被処理基板４３ａを不良にすることなく安定してプラズマを発生させることができ、かつ、プラズマが二重防着板１１ａ、１１ｂの外側に広がることがなく、被処理基板４３ａ以外の基板４３ｂ、４３ｃにプラズマが当たることがなく安定してプラズマ処理を行うことができた。
【００３４】
なお、この実施の形態３で示した例は基板加熱機構を有していないが、３００℃以上に基板加熱が可能な基板加熱機構を有していても良い。また可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は明示していないが５０ｍｍ以下であることが望ましく、更に望ましくは、３０ｍｍ以下である。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願第１発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが浮遊電位であるために、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行える。
【００３６】
また、本願第２発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と、前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式基板保持機構と前記基板は浮遊電位であり、かつ、前記可動式シャッタが浮遊電位かつ前記基板保持機構と前記基板と同電位であり、かつ、少なくとも可動時は接地電位となる電位切り替え機構を有するため、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ時に安定してプラズマを発生させることができるプラズマ処理装置を提供するものである。
【００３７】
また、本願第３発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが接地電位であり、少なくとも可動時は浮遊電位となる電位切り替え機構を有するため、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ中に異常放電が起きることのないプラズマ処理装置を提供するものである。
【００３８】
また、本願第４発明のプラズマ処理方法によれば、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された浮遊電位の前記可動式シャッタと浮遊電位の前記可動式基板保持機構とを電気的に接続し導電位とする工程と、前記ターゲットと前記可動式シャッタの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むために、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ時に安定してプラズマを発生させることができるプラズマ処理方法を提供するものである。
【００３９】
また、本願第５発明のプラズマ処理方法によれば、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された接地電位の前記可動式シャッタと、前記ターゲットの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを浮遊電位に切り替える工程と、浮遊電位となった前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むために、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ中に異常放電が起きることのないプラズマ処理方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【図２】本発明の第２の実施例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【図３】本発明の第３の実施例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【図４】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ 二重防着板
１２ 絶縁物
２１ 基板加熱機構
２２ 電位切り替え機構
３１ 接続機構
４１ 真空容器
４２ 可動式基板保持機構
４３ａ 基板（被処理）
４３ｂ、４３ｃ 基板（被処理以外）
４４ 防着板
４５ 下部電極
４６ 高周波電源
４７ 可動式シャッタ
４８ ターゲット
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングにより薄膜を形成するためのプラズマ処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路（以下「ＩＣ」と称す）の製造工程では誘電体の成膜が種々行われる。その目的は、例えば層間絶縁膜、エッチングや選択的なイオン注入や選択的な電極の形成のためのマスク、パッシベーション、キャパシタの誘電体膜等である。目的により材質やプラズマ処理方法が選ばれる。たとえば、ＣＶＤ、ドライエッチング、スパッタリング等種々用いられている。近年ＩＣの小型化のためにキャパシタの誘電体膜にチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）やチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）等の高誘電体物質のプラズマ処理を行うことが検討されている。さらにセンサやアクチュエータ、不揮発性メモリデバイス用にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ストロンチウムビスマスタンタレート（ＳＢＴ）といった強誘電体物質のプラズマ処理も検討されている。
【０００３】
従来のスパッタリングを行うプラズマ処理装置を、図面を参照して説明する。図５は複数の基板を連続処理可能なスパッタ装置を概念的に示す縦断面図である。従来のスパッタリング装置は真空引き可能な真空容器４１でスパッタ室を形成し、スパッタ室の下方にはターゲット４８が下部電極４５に固定保持される。下部電極４５は容器４１とは電気的に絶縁されている。そして下部電極４５はターゲット４８の温度が上昇するのを防ぐために水冷機構を内蔵するが図示を略している。
【０００４】
そして、スパッタ室の上方には可動式基板保持機構４２が下部電極４５に対向して平行に配置される。そして、この可動式基板保持機構４２は真空容器４１と電気的に絶縁されており、浮遊電位である。そして、可動式基板保持機構４２上に基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、例えば半導体ウェハが載置される。そして、可動式基板保持機構４２は基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを所定の温度に維持するための加熱機構を内蔵するが図示していない。さらに、ターゲット４８と可動式基板保持機構４２および基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間には可動式シャッタ４７が載置され、電気的に接地されている。
【０００５】
そして、下部電極４５と真空容器４１（接地）間に高周波電源４６により、所定の高周波電力が所定の負のＤＣバイアスのもとに与えられる。
【０００６】
このスパッタリング装置で成膜処理を行うには、まず、可動式基板保持機構４２上に基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ（例えばウェハ）を載置し、図示しない排気口につながる真空ポンプ（図示せず）により真空に引き、次に、図示しないガス導入口から所定のガス（例えばＡｒガス）を所定流量導入しつつ排気口（図示せず）と真空ポンプ（図示せず）との間に介在する可変コンダクタンスバルブ（図示せず）を調節して所定の圧力に調節する。そして、高周波電力を印加してプラズマを発生させターゲット４８をスパッタする。その際、ターゲット４８最表面は不純物が付着しているため、スパッタリングを開始した直後のスパッタ粒子を基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着させないために可動式シャッタ４７を基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の間に挿入しておく（プリスパッタ）。しばらくスパッタリングを続け、ターゲット４８表面がスパッタされ、新鮮な面が露出したところで、可動式シャッタ４７をターゲットと基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間から退避させ、被処理基板４３ａへ薄膜を形成する。
【０００７】
そこで、ターゲット４８から飛散する成分は被処理基板４３ａ上に積もって成膜される。そして、ターゲット４８から飛散する成分は基板４３ａに向かうものばかりではなく、他の方向に向かうものもある。それが真空容器４１の内壁やその他の図示しないスパッタ室内の構造物に付着するとその清掃が困難なので下部電極４５と可動式基板保持機構４２を取り囲むように防着板４４を配置する。防着板４４は金属でなり、真空容器４１に電気的につながり接地電位となっていて、着脱容易として表面に付着したスパッタ物質が厚くなるととりはずして清掃するようにしている。そして、防着板４４は基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの出し入れのために部分的に待避可能となっているが図示を省略している。
【０００８】
また、特許文献１には、イオンプレーティング装置においてプラズマ密度の高均一化および高密度プラズマ形成のために可動式シャッタを浮遊電位にすることも開示されており、さらに、特許文献２には、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置においてパーティクル低減のために可動式シャッタを浮遊電位とすることが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２５６１４８号公報
【特許文献２】
特開平７−５８０３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のスパッタリングを行うプラズマ処理装置では、プリスパッタが終了し、可動式シャッタ退避時にプラズマが可動式シャッタ移動方向に引っ張られ、結果的にターゲット直上にある被処理基板以外の基板もプラズマにさらされてしまい、不良となるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行えるプラズマ処理装置および方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが浮遊電位であることを特徴とする。
【００１３】
本願第２の発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式基板保持機構と前記基板は浮遊電位であり、かつ、前記可動式シャッタが浮遊電位かつ前記基板保持機構と前記基板と同電位であり、かつ、少なくとも可動時は接地電位となる電位切り替え機構を有することを特徴とする。
【００１４】
本願第３の発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが接地電位であり、少なくとも可動時は浮遊電位となる電位切り替え機構を有することを特徴とする。
【００１５】
本願第１から３の発明のプラズマ処理装置において、好適には前記薄膜が誘電体であることが望ましい。更に好適には前記基板が少なくとも３００℃以上に加熱できる基板加熱機構を有することが望ましい。さらに好適には前記可動式シャッタを前記基板と前記ターゲットの間に挿入した際、前記ターゲットと前記可動式シャッタ間の距離が５０ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には前記可動式シャッタを前記基板と前記ターゲットの間に挿入した際、前記ターゲットと前記可動式シャッタ間の距離が３０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
本願第４の発明のプラズマ処理方法は、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された浮遊電位の前記可動式シャッタと浮遊電位の前記可動式基板保持機構とを電気的に接続し導電位とする工程と、前記ターゲットと前記可動式シャッタの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本願第５の発明のプラズマ処理方法は、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された接地電位の前記可動式シャッタと、前記ターゲットの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを浮遊電位に切り替える工程と、浮遊電位となった前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。これは真空容器４１内に複数の基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ（例えば、Ｓｉ基板）を投入し連続的にスパッタリングにより誘電体であるＳｉＯ2薄膜を形成するプラズマ処理装置の例である。
【００１９】
図１において真空容器４１の下部にターゲット４８（ターゲットとしては、所望の絶縁膜を構成する元素でできたもの、もしくは反応性ガスと反応して所望の絶縁物を形成することができる材料が好ましいが、今回はＳｉＯ2を用いた）および下部電極４５を配し、真空容器４１の上部に基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを複数枚配置可能な可動式基板保持機構４２、ターゲット４８直上の基板４３ａに成膜を行い、終わると可動式基板保持機構４２が移動し次の基板４３ｂに成膜を行う。
【００２０】
また、ターゲット４８を囲むようにＳＵＳ性で筒状の二重防着板１１ａ、１１ｂが設けられており、内側防着板１１ａおよび、外側防着板１１ｂは接地電位である。上部に行くに従って二枚の防着板１１ａ、１１ｂ間の距離が離れて行き、最上部ではシース厚み以上の間隔（今回は１０ｍｍとした）となっている。
【００２１】
また、ターゲット４８と基板４３ａの間に可動式シャッタ４７が挿入できるように二重防着板１１ａ、１１ｂは上下に二分割されている。この真空容器４１中にＡｒとＯ2の混合ガスを導入した。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、あるいは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2、Ｎ2、等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ2、窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入する。可動式シャッタ４７はセラミック等の絶縁物１２を介して真空容器４１と接続されており浮遊電位である。この可動式シャッタ４７をターゲット４８と基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間に挿入した状態で、下部電極４３−真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット４７が導電性のものであれば直流電力でもよい）。
【００２２】
すると、ターゲット４７直上にプラズマが発生し、プリスパッタが開始され、ターゲット４７からスパッタされたＳｉＯ2は可動式シャッタ４７に付着し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着することはない。ターゲット４８最表面がスパッタされ新鮮な面が露出したころに可動式シャッタ４７を退避させ、基板４３ａへのＳｉＯ2薄膜の形成を開始した。その際、可動式シャッタ４７は浮遊電位であるためプラズマが引っ張られることはなかった。
【００２３】
以上のことにより、プラズマが二重防着板１１ａ、１１ｂの外側に広がることがなく、被処理基板４３ａ以外の基板４３ｂ、４３ｃにプラズマがあたることなく安定してプラズマ処理を行うことができた。
【００２４】
なお、本実施の形態１で示した例は基板加熱機構を有していないが、３００℃以上に基板加熱が可能な基板加熱機構を有していても良い。また、可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は明示していないが５０ｍｍ以下であることが望ましく、更に望ましくは３０ｍｍ以下である。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図である。これは真空容器４１内に複数の基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃ（例えばＳｉ基板）を投入し連続的にスパッタリングにより誘電体であるＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）薄膜を形成するプラズマ処理装置の例である。第１の実施の形態との相違点は、可動式シャッタ４７の電位を接地電位と浮遊電位に切り替える電位切り替えスイッチ２２を具備している点である。また、基板加熱機構２１を有しておりＳｉ基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを３００℃以上に加熱することができる点である。基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃが加熱されるために可動式シャッタ４７が基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに近いと基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃの温度が変化してしまうために、可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は約３０ｍｍと近く配置し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃからは遠ざけている点である。
【００２６】
まず、基板加熱機構２１により基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを３５０℃に加熱した。次に、この真空容器４１中にＡｒとＯ2の混合ガスを導入した。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、あるいは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2、Ｎ2、等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ2、窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入する。
【００２７】
可動式シャッタ４７は、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の間に挿入しておき電位は接地電位にしておく。そして、下部電極４５と真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット４８が導電性のものであれば直流電力でもよい）。すると、ターゲット４８直上にプラズマが発生し、プリスパッタが開始され、ターゲット４８からスパッタされたＳＴＯは可動式シャッタ４７に付着し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着することはない。
【００２８】
また、可動式シャッタ４７は接地電位であるので、可動式シャッタ４７とターゲット４８の間が３０ｍｍと近いにもかかわらず安定してプラズマを発生することができた。ターゲット４８最表面がスパッタされ新鮮な面が露出したころに、電位切り替えスイッチ２２で可動式シャッタ４７を浮遊電位にした後に可動式シャッタ４７を退避させ、基板４３ａへのＳＴＯ薄膜の形成を開始した。その際、可動式シャッタ４７は浮遊電位であるためプラズマが引っ張られることはなかった。
【００２９】
以上のことにより、プリスパッタ時に安定してプラズマを発生させることができ、かつプラズマが二重防着板１１ａ、１１ｂの外側に広がることがなく、被処理基板４３ａ以外の基板４３ｂ、４３ｃにプラズマがあたることなく安定してプラズマ処理を行うことができた。
【００３０】
なお、この実施の形態２で示した例は可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は３０ｍｍであるが基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の距離が十分はなれていれば５０ｍｍ以下であっても良い。
【００３１】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す図である。これは真空容器４１内に複数の基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃを投入し連続的にスパッタリングによりＳｉＯ2薄膜を形成するプラズマ処理装置の例である。第１の実施の形態との相違点は浮遊電位である可動式シャッタ４７と浮遊電位である可動式基板保持機構４２を電気的に接続する、接続機構３１を具備している点である。
【００３２】
この真空容器４１中にＡｒとＯ2の混合ガスを導入した。導入するガスとしては不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等がある）のみ、あるいは、不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2、Ｎ2、等があるが成膜したい物質が酸化物ならＯ2、窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入する。浮遊電位の可動式シャッタ４７は基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃとターゲット４８の間に挿入しておき、接続機構３１により浮遊電位の可動式基板保持機構４２と浮遊電位の可動式シャッタ４７を電気的に接続しておく。そして下部電極４５と真空容器４１間に１ｋＷ高周波電力を印加した（ターゲット４８が導電性のものであれば直流電力でもよい）。すると、ターゲット４８直上にプラズマが発生し、プリスパッタが開始され、ターゲット４８からスパッタされたＳｉＯ2は可動式シャッタ４７に付着し、基板４３ａ、４３ｂ、４３ｃに付着することはない。このとき、可動式シャッタ４７と可動式基板保持機構４２は同電位であるために、可動式シャッタ４７と可動式基板保持機構４２との間で異常放電が起こることなく、安定してプラズマを発生することができた。ターゲット４８最表面がスパッタされ新鮮な面が露出したところに、可動式シャッタ４７を退避させ、基板４３ａへのＳｉＯ2膜の形成を開始した。その際、可動式シャッタ４７は浮遊電位であるためプラズマが引っ張られることはなかった。
【００３３】
以上のことにより、プリスパッタ時に異常放電がおこり被処理基板４３ａを不良にすることなく安定してプラズマを発生させることができ、かつ、プラズマが二重防着板１１ａ、１１ｂの外側に広がることがなく、被処理基板４３ａ以外の基板４３ｂ、４３ｃにプラズマが当たることがなく安定してプラズマ処理を行うことができた。
【００３４】
なお、この実施の形態３で示した例は基板加熱機構を有していないが、３００℃以上に基板加熱が可能な基板加熱機構を有していても良い。また可動式シャッタ４７とターゲット４８間の距離は明示していないが５０ｍｍ以下であることが望ましく、更に望ましくは、３０ｍｍ以下である。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願第１発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが浮遊電位であるために、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行える。
【００３６】
また、本願第２発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と、前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式基板保持機構と前記基板は浮遊電位であり、かつ、前記可動式シャッタが浮遊電位かつ前記基板保持機構と前記基板と同電位であり、かつ、少なくとも可動時は接地電位となる電位切り替え機構を有するため、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ時に安定してプラズマを発生させることができるプラズマ処理装置を提供するものである。
【００３７】
また、本願第３発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理室を形成する容器内に、少なくとも２枚以上の基板保持できる可動式の基板保持部と、前記基板に形成する薄膜の材料で構成されたターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間の可動式シャッタ機構と、少なくとも一部の端部において向かい合う面間の距離がシース厚み以上である二重金属板で構成された防着板とを具備し、前記可動式シャッタが接地電位であり、少なくとも可動時は浮遊電位となる電位切り替え機構を有するため、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ中に異常放電が起きることのないプラズマ処理装置を提供するものである。
【００３８】
また、本願第４発明のプラズマ処理方法によれば、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された浮遊電位の前記可動式シャッタと浮遊電位の前記可動式基板保持機構とを電気的に接続し導電位とする工程と、前記ターゲットと前記可動式シャッタの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むために、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ時に安定してプラズマを発生させることができるプラズマ処理方法を提供するものである。
【００３９】
また、本願第５発明のプラズマ処理方法によれば、基板をターゲットの対向面に載置する工程と、前記ターゲットと前記基板との間に挿入された接地電位の前記可動式シャッタと、前記ターゲットの間にプラズマを発生させる工程と、前記可動式シャッタを浮遊電位に切り替える工程と、浮遊電位となった前記可動式シャッタを前記ターゲットと前記基板との間から退避させることで前記基板に前記ターゲット材料を成分とする薄膜を形成する工程とを含むために、プリスパッタが終了し可動式シャッタが退避しても被処理基板以外の基板がプラズマにさらされることなく、安定してスパッタリングが行え、かつプリスパッタ中に異常放電が起きることのないプラズマ処理方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【図２】本発明の第２の実施例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【図３】本発明の第３の実施例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【図４】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示した断面図
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ 二重防着板
１２ 絶縁物
２１ 基板加熱機構
２２ 電位切り替え機構
３１ 接続機構
４１ 真空容器
４２ 可動式基板保持機構
４３ａ 基板（被処理）
４３ｂ、４３ｃ 基板（被処理以外）
４４ 防着板
４５ 下部電極
４６ 高周波電源
４７ 可動式シャッタ
４８ ターゲット
Claims (1)
- 真空容器と、前記真空容器内に配置された基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に対向して設けられたターゲットと、前記基板保持台と前記ターゲットとの間に配設された可動式のシャッタ機構と、前記真空容器に環状に設けられ、かつ、互いに独立して配置された二重の防着板とを有するプラズマ処理装置において、
前記二重の防着板は接地されていると共に、夫々、前記シャッタ機構を挟んで２つに分割され、かつ、前記二重の防着板のうち内側の防着板は、前記防着板の２つの開口部のうち、前記ターゲット側の第１の開口部が、前記基板保持台側の第２の開口部よりも大となるように配置されていること
を特徴とするプラズマ処理装置。
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