JP4185179B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、各種半導体デバイスの製作において配線用金属材料の成膜等のために使用されるスパッタリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種半導体デバイスの製作においては、配線用金属材料の成膜等のためにスパッタリング装置が使用されている。例えば、各種FET(電界効果トランジスタ)のコンタクト部に形成されたコンタクトホール内に金属材料を埋め込んで配線する工程では、スパッタリングによってコンタクトホール内にアルミニウム膜を堆積させながら基板を高温に加熱し、アルミニウムのリフローによってコンタクトホール内をアルミニウムで埋め込み配線している。また、コンタクトホールに埋め込まれる金属配線材料と下地半導体との相互拡散による汚損を防止するため、金属配線材料と下地半導体との間に拡散防止膜を薄く堆積させることも行われている。この拡散防止膜は、例えばチタン薄膜の上に窒化チタン薄膜を積層した構造が採用され、同じくスパッタリングによって作成される場合が多い。
【0003】
図9は、このようなスパッタリングを行う従来のスパッタリング装置の概略構成を示した正面図である。図9に示すスパッタリング装置は、排気系21を備えた処理チャンバー2と、処理チャンバー2内に被スパッタリング面が露出するように配置されたターゲット221を有するカソード22と、カソード22に電力を与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電源222と、カソード22を臨む処理チャンバー2内の放電空間に所定のガスを導入するガス導入手段23と、スパッタリングされたターゲット221の材料が到達する処理チャンバー2内の所定位置に基板Sを配置するための基板ホルダー24と、基板ホルダー24を加熱することで間接的に基板Sを加熱するヒータ25と、基板ホルダー24に高周波電圧を印加して基板Sに自己バイアス電圧を誘起させる高周波電源26と、カソード22と基板ホルダー24との間のスパッタリング粒子飛行空間を取り囲むようにして設けられた筒状の防着シールド27と、基板ホルダー24に載置された基板Sを周縁を押圧して基板Sが動かないようにするクランプ9から主に構成されている。
【0004】
図9に示す装置において、カソード22は、前側(基板ホルダー24の側)にターゲット221を備えている。ガス導入手段23によって処理チャンバー2内に導入されたガスは、カソード電源222によって与えられた電力によって電離し、ターゲット221の前方の放電空間にスパッタリング放電が生じる。このスパッタリング放電によってターゲット221がスパッタリングされ、スパッタリングによって放出されたターゲット221の材料の粒子(通常は原子。以下、スパッタリング粒子と呼ぶ。)が基板Sに到達してターゲット221の材料の薄膜を堆積する。
【0005】
また、ヒータ25は、赤外線ランプ等の輻射加熱ヒータであり、処理チャンバー2内の基板ホルダー24の下側の位置に配置されている。そして、高周波電源26は、基板ホルダー24に高周波電圧を印加し、放電によって形成されたプラズマと高周波との相互作用により、基板Sに負の自己バイアス電圧を与える。負の自己バイアス電圧によってプラズマ中から正イオンが効率よく引き出されて基板Sに入射し、成膜のエネルギーに利用される。
【0006】
尚、カソード22と基板ホルダー24との間に設けられた防着シールド27は、ターゲット221からのスパッタリング粒子が基板S以外の不必要な場所に付着するのを効果的に防止する。例えば、処理チャンバー2の内壁面等にスパッタリング粒子が付着すると、所定の厚さに成長した後、内部ストレスによって剥離し、処理チャンバー2内をパーティクルとなって浮遊する。このパーティクルが基板Sに付着すると、局所的な膜厚異常や配線のショート等の欠陥を招く恐れがある。
防着シールド27は、上記のような問題を効果的に防止している。この防着シールド27は、処理チャンバー2の不必要な場所へのスパッタリング粒子の付着を防止するため、カソード22と基板ホルダー24との間のスパッタリング粒子飛行空間をできるだけくまなく取り囲むことが好ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成に係る従来のスパッタリング装置において、品質の良い薄膜を作成するには、成膜中の基板の温度管理が重要であるが、従来の装置では、基板ホルダーの下側に配置されたヒータによって間接的に温度制御しているため、温度制御の精度が悪かった。また、ヒータが真空中に露出しているため、ヒータからの脱ガスが基板の汚損の原因となる場合があった。
本願の発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、品質の良いスパッタリング成膜が行える実用的なスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項1記載の発明は、排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内に被スパッタリング面が露出するように配置されたターゲットを有するカソードと、カソードに電力を与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電源と、スパッタリングされたターゲットの材料が到達する処理チャンバー内の所定位置に基板を配置するための基板ホルダーとを備えたスパッタリング装置であって、
前記基板ホルダーは、基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックと、加熱ブロックに接合された導熱ブロックと、導熱ブロックに対して熱伝導性及び気密性良く設けられた静電吸着ブロックとを有しており、
加熱ブロックはステンレス製であって、導熱ブロックは銅製であり、静電吸着ブロックは誘電体製であり、
加熱ブロックは溝を有し、この溝にはヒータが填め込まれていて、溝の壁面とヒータとは熱伝導性の良い材料でロー付けされており、
加熱ブロックと導熱ブロックとは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、セパレーションチャンバーを介して加熱チャンバーとスパッタチャンバーとが気密に接続され、加熱チャンバーで基板を所定の温度に加熱した後、スパッタチャンバーで基板にスパッタリングによる成膜が行われるマルチチャンバータイプのスパッタリング装置であって、
前記加熱チャンバーは、基板が載置される加熱ステージを備え、この加熱チャンバーは、基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックと、加熱ブロックに接合された導熱ブロックと、導熱ブロックに対して熱伝導性及び気密性良く設けられた静電吸着ブロックとを有しており、
加熱ブロックはステンレス製であって、導熱ブロックは銅製であり、静電吸着ブロックは誘電体製であり、
加熱ブロックは溝を有し、この溝にはヒータが填め込まれていて、溝の壁面とヒータとは熱伝導性の良い材料でロー付けされており、
加熱ブロックと導熱ブロックとは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記ヒータは、前記基板ホルダーの中心軸に対して同軸円周状に複数設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1乃至3いずれかの構成において、前記加熱ブロックの前記導熱ブロックが設けられた側とは反対側には冷却ブロックが設けられており、冷却ブロックには、基板を冷却する冷媒の通路が形成されており、前記加熱ブロックと冷却ブロックとは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項4の構成において、前記冷媒通路は、前記基板ホルダーの中心軸を中心にした複数の同軸円周状の形状の部分を繋いだ形状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、前記請求項1乃至3いずれかの構成において、前記基板ホルダーには前記基板の温度を測定する放射温度計が設けられており、この放射温度計は、前記基板ホルダーの中央部分を貫通するようにして設けられた計測管に接続されており、前記ヒータは、この計測管を取り囲む形状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項7記載の発明は、前記請求項4又は5の構成において、前記基板ホルダーには前記基板の温度を測定する放射温度計が設けられており、この放射温度計は、前記基板ホルダーの中央部分を貫通するようにして設けられた計測管に接続されており、前記冷媒通路は、この計測管を取り囲む形状であるという構成を有す る。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図1は、本願発明の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成の一例を示す平面図である。図1に示すスパッタリング装置は、マルチチャンバータイプの装置であり、中央に配置されたセパレーションチャンバー1と、セパレーションチャンバーの周囲に設けられた複数の処理チャンバー2,3,4及び二つのロードロックチャンバー5とからなるチャンバー配置になっている。各チャンバー1,2,3,4,5は、専用又は兼用の排気系によって排気される真空容器であり、各チャンバー1,2,3,4,5同士の接続個所には不図示のゲートバルブが設けられている。
セパレーションチャンバー1内には搬送ロボット11が設けられている。搬送ロボット11は、一方のロードロックチャンバー5から基板Sを一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー2に送って順次処理を行うようになっている。そして、最後の処理を終了した後、他方のロードロックチャンバー5に戻すようになっている。
処理チャンバーの一つは、スパッタチャンバー2として構成される。また、他の処理チャンバーの一つは、スパッタリングの前に基板Sを加熱する加熱チャンバー3として構成され、さらに他の処理チャンバーの一つは、スパッタリング後に基板Sを冷却する冷却チャンバー4等として構成される。
図2は、図1に示すスパッタチャンバー2の概略構成を説明する正面図、図3は、図2に示すスパッタチャンバー2内に配置された基板ホルダー24の概略構成を示す正面断面図、図4は図3に示す基板ホルダー24内に埋設されたヒータ25の構成を説明する平面図、図5は図3に示す基板ホルダー24を構成する冷却ブロック244の構成を説明する平面図、図6は図3に示す基板ホルダー24の詳細を示す部分断面概略図である。
【0010】
図2に示すスパッタチャンバー2は、内部を排気する排気系21と、スパッタチャンバー2内に被スパッタリング面が露出するように配置されたターゲット221を有するカソード22と、カソード22に電力を与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電源222と、カソード22を臨むスパッタチャンバー2内の放電空間に所定のガスを導入するガス導入手段23と、スパッタリングされたターゲット221の材料が到達するスパッタチャンバー2内の所定位置に基板Sを配置するための基板ホルダー24と、基板ホルダー24内に設けられた不図示ヒータ25と、基板ホルダー24に高周波電圧を印加して基板Sに自己バイアス電圧を誘起させる不図示高周波電源26と、カソード22と基板ホルダー24との間のスパッタリング粒子飛行空間を取り囲むようにして設けられた筒状の防着シールド27とを備えている。
【0011】
カソード22は、マグネトロン放電のための磁石機構223と、磁石機構223の前側に配置されたターゲット221とから構成されている。磁石機構223は、中心に配置された柱状の中心磁石224と、中心磁石224を取り囲むリング状の周辺磁石225と、中心磁石224と周辺磁石とを繋ぐヨーク226とから構成されている。中心磁石224の前面と周辺磁石225の前面とは互いに異なる磁極になっており、図2に示すようなアーチ状の磁力線227がターゲット221を貫いて設定されるようになっている。カソード電源222がカソード22を介して放電空間に設定する電界は、アーチ状の磁力線227の頂点付近で磁界と直交する。このため、形成されるスパッタリング放電において、電子はマグネトロン運動を行うようになり、マグネトロン放電が達成される。
【0012】
次に、本実施形態の装置の大きな特徴点を成す基板ホルダー24の構成について、図3、図4、図5及び図6を使用して説明する。
図3に示す基板ホルダー24は、上面に基板Sが載置される部材である静電吸着ブロック241と、静電吸着ブロック241の下側に設けられた導熱ブロック242と、導熱ブロック242の下側に設けられた加熱ブロック243と、加熱ブロック243の下側に設けられた冷却ブロック244とから主に構成されている。
【0013】
静電吸着ブロック241は、後述する静電吸着機構246により上面に静電気を誘起して基板Sを静電吸着するものである。この静電吸着ブロック241は、アルミナ等の誘電体で形成されている。静電吸着ブロック241は、基板S(本実施形態ではほぼ円形の半導体ウェーハ)よりも少し径の小さい例えば円盤状である。
【0014】
導熱ブロック242は、加熱ブロック243からの熱を効率よく基板Sに伝えるためのものであり、銅等の熱伝導効率の良い材料で形成されている。この導熱ブロック242は、基板Sよりも少し径の大きい例えば円盤状である。
【0015】
加熱ブロック243は、導熱ブロック242と同じ径の例えば円盤状であり、材質的にはステンレス製である。そして、この導熱ブロック242の下端面には、ヒータ25が埋設されている。
ヒータ25は、本実施形態ではシースヒータが採用されている。即ち、内部に抵抗発熱電線を埋め込んだ棒状の発熱体をほぼ円環状に形成したヒータ25が採用されている。ヒータ25が設けられる部分には、ヒータ25の形状に合わせて加熱ブロック243の下面に溝が形成されている。そして、ヒータ25はこの溝の内部に填め込まれて設けられている。また、ヒータ25と溝の壁面との間は熱伝導性の良いニッケル等の材料でロー付けされている。そして、発熱ブロックの下側には、蓋板250が設けられており、ヒータ25が設けられた発熱ブロックの下端面を塞いでいる。このため、ヒータ25は真空雰囲気に露出することはなくなっている。
【0016】
また、図4に示す通り、上記ほぼ円環状のヒータ25は、基板ホルダー24の中心軸に対して同軸円周状に複数設けられている。この複数のヒータ25は、中心軸よりに位置して直列につながれている第一の群のヒータ25Aと、中心軸から遠い位置に位置して直列につながれている第二の群のヒータ25Bに分けられている。そして、第一の群のヒータ25Aにつながれた第一のヒータ電源251Aと、第二の群のヒータ25Bにつながれた第二のヒータ電源251Bとは、独立して制御されることが可能となっている。
【0017】
具体的に説明すると、成膜中の基板Sの温度は、基板Sの中央部分において高くなり易く、基板Sの周辺部分で低くなり易い。このため、第二の群のヒータ25Bへの供給電力を第一の群のヒータ25Aに比べて高くし、基板Sの面内温度分布がより均一になるように制御する。
【0018】
また、図3に示す通り、冷却ブロック244は、上記蓋板250に対して接触して設けられている。冷却ブロック244も、導熱ブロック242と同じ径の円盤状であり、材質的にはステンレス製である。この冷却ブロック244内には、冷媒通路2441が形成されている。冷媒通路2441は、図5に示す通り、基板ホルダー24の中心軸を中心にした複数の同心円周状の形状の部分を繋いだ形状である。図3に示すように、冷媒通路2441の一番中心軸よりの部分に冷媒導入口2442が設けられ、一番外側の部分に冷媒排出口2443が設けられている。従って、冷却ブロック244は、周辺部分よりも中央部分が比較的効率よく冷却される。これは、前述したように、基板Sの中央部分の温度が上がり易いためである。
【0019】
尚、図3に示すように、上記冷媒導入口2442には、冷媒導入管2444が接続されている。また、冷媒排出口2443には、冷媒排出管2445が接続されている。そして、冷媒導入管2444と冷媒排出管2445とを繋ぐようにしてサーキューレータ2446が設けられている。サーキュレータ2446は、冷却ブロック244との熱交換により加熱された冷媒を再び冷却して冷媒導入管2444に送り出し、冷媒導入口2442に一定の低い温度の冷媒を供給するよう構成されている。
【0020】
また、図3に示すように、基板ホルダー24には、基板Sの温度を測定する放射温度計245が設けられている。具体的には、基板ホルダー24の中央部分を気密に貫通させるようにして計測管2451が設けられている。計測管2451の先端は、静電吸着ブロック241の基板載置面の少し下方に位置している。また、計測管2451の下端には、放射温度計245が接続されている。放射温度計245は、基板Sの裏面からの放射のみを検出するよう、その計測の見込み角が充分小さく設定されている。
【0021】
次に、基板Sを静電吸着ブロック241に吸着する静電吸着機構246について図6を使用して説明する。図6は、図3とは異なる方向での断面図である。
静電吸着機構246は、静電吸着ブロック241内に埋設された一対の吸着電極2461と、一対の吸着電極2461間に直流電圧を印加する吸着電源2462とから主に構成されている。一対の吸着電極2461は、基板Sと平行な面内に配置されている。一対の吸着電極2461は、中心部分を小さく円形にくりぬいて形成された円環状を二つに割ったような形状である。
【0022】
また、基板ホルダー24には、吸着電極2461に直流電圧を導入するための絶縁管2463が設けられている。絶縁管2463の先端は、静電吸着ブロック241内に達しており、その先端と吸着電極2461とを繋ぐ接続体2464が気密に設けられている。そして、絶縁管2463の内部には、接続体2464に繋がれた不図示の配線が設けられており、この配線が吸着電源2462に繋がっている。接続体2464を介して一対の吸着電極2461間に直流電圧が印加されると、静電吸着ブロック241が誘電分極して基板載置面に静電気が誘起し、基板Sが吸着されるようになっている。
【0023】
尚、一対の吸着電極2461に同じ負の直流電圧を印加するようにしてもよい。吸着電極2461が負の電圧になると、静電吸着ブロック241の表面には正電荷が誘起される。一方、後述するように、スパッタリング放電により形成されたプラズマと高周波との相互作用により基板Sに負の自己バイアス電圧が与えられるから、静電吸着ブロック241の表面に正電荷を誘起することで、基板Sを静電的に吸着することができる。この場合は、一対の吸着電極2461でなく、一枚の吸着電極2461でも良い。
【0024】
また、同様に図6を使用して、基板Sに自己バイアス電圧を誘起する高周波電源26について説明する。本実施形態における高周波電源26は、上記吸着電極2461に高周波電圧を印加するよう構成されている。即ち、従来のような基板ホルダー24全体ではなく、静電吸着ブロック241内の吸着電極2461にのみ高周波電圧を印加するよう構成されている。
【0025】
尚、高周波電源26と基板ホルダー24との間には、不図示のマッチングボックスが設けられる。マッチングボックスは、マッチングボックスから負荷側(基板ホルダー24側)のインピーダンスを調整して、反射波等を抑制する。また、吸着電源2462と基板ホルダー24との間には、高周波が吸着電源2462に到達するのを防止する高周波フィルタ回路等が設けられる。
【0026】
上述した基板ホルダー24の構成において、各導熱ブロック242と加熱ブロック243及び加熱ブロック243と冷却ブロック244の界面は、拡散接合の手法によって接触性良く接合されている。拡散接合は、二つの部材を当接させて数トン程度の圧力を加えるとともに両者を1000℃程度まで加熱することで接合する手法である。この手法によると、両者の界面の接触性や気密性が向上する上、処理チャンバー内に設けた後の脱ガスが抑制される。このため、基板Sに対する温度制御の精度向上や基板Sの汚損防止の効果に優れている。
【0027】
例えば導熱ブロック242と加熱ブロック243等をネジ止めによって固定する方法では、ネジ止めの僅かな締め付け力の違いから熱容量な熱伝導性等の熱的条件が変化する問題がある。例えば複数のネジでネジ止めしている場合には、各ネジの締め付け力の僅かな違いから熱伝導性にばらつきが生じて基板Sに対して均一な加熱ができなかった。
また、装置の運搬等の際にネジに僅かなゆるみが生じて締め付けが低下すると、熱的条件が変化するため、設定された加熱条件では予定された温度に加熱することができなくなり、加熱制御の再現性が低下する問題があった。
【0028】
これに対し、拡散接合を行う本実施形態では、基板ホルダー24が一つの固体として一体化するので、ネジ止めの方式で見られた上記問題は生じない。例えば、基板Sを450℃に加熱する場合、ネジ止めの場合には450℃±10%の再現性であったのに対し、本実施形態では450℃±3%の再現性に改善される。
【0029】
また、図3に示すように、静電吸着ブロック241と導熱ブロック242との間には、カーボンシート249が挟み込まれている。カーボンシート249は、静電吸着ブロック241と導熱ブロック242との間の熱伝導性及び気密性を向上させている。
【0030】
さらに、図2に示すような、本実施形態の装置では、基板ホルダー24を上下動させる移動機構28が設けられている。移動機構28の構成について、再び図2を使用して説明する。
まず、スパッタチャンバー2の底板部分201には、基板ホルダー24の支柱部分248を挿通させた開口が設けられている。基板ホルダー24の支柱部分248は開口を通して下方に延び、その下端部分が移動機構28によって保持されている。
【0031】
移動機構28は、支柱部分248の下端を保持した保持アーム281と、保持アーム281を上下動させる直線運動源282と、直線運動源282による直線運動をガイドするリニアガイド283と、直線運動源282を制御する制御部284とから主に構成されている。制御部284によって直線運動源282が駆動されると、アーム281を介して基板ホルダー24が上下動するようになっている。
【0032】
尚、底板部分201の下方に延びる支柱部分248を取り囲むようにしてベローズ285が設けられている。ベローズ285は、底板部分201の開口の縁と保持アーム281とを気密に繋ぎ、基板ホルダー24の上下動を許容しつつ、底板部分201の気密を保持している。
【0033】
また、本実施形態において、カソード22と基板ホルダー24との間の空間を取り囲むようにして防着シールド27が設けられている。防着シールド27は、交換自在に配置されており、ターゲット221からのスパッタリング粒子が基板S以外の不必要な場所に付着するのを効果的に防止している。
【0034】
次に、図1に示す加熱チャンバー3の構成について説明する。図7は、図1に示す加熱チャンバー3の概略構成を説明する正面図である。図7に示す加熱チャンバー3は、内部を排気する排気系31と、基板Sが載置されて加熱される加熱ステージ34とを備えている。
【0035】
排気系31は、加熱チャンバー3内で基板Sが汚損されることがないように、加熱チャンバー3内を排気するものである。排気系31は、例えば10-7Torr程度の圧力まで加熱チャンバー3内を排気することが可能に構成される。尚、加熱チャンバー3内に所定の不活性ガスを導入するガス導入手段が必要に応じて設けられる。
【0036】
加熱ステージ34は、基板ホルダー24と同様の構成である。即ち、加熱ステージ34上面に基板Sが載置される部材である静電吸着ブロック341と、静電吸着ブロック341の下側に設けられた導熱ブロック342と、導熱ブロック342の下側に設けられた加熱ブロック343とから構成されている。
【0037】
次に、図1に示す冷却チャンバー4の構成について説明する。図8は、図1に示す冷却チャンバー4の概略構成を説明する正面図である。図8に示す冷却チャンバー4は、内部を排気する排気系41と、基板Sが載置されて冷却される冷却ステージ44とを備えている。
【0038】
排気系41は、冷却チャンバー4内で基板Sが汚損されることがないように、冷却チャンバー4内を排気するものである。排気系41は、例えば10-7Torr程度の圧力まで冷却チャンバー4内を排気することが可能に構成される。尚、冷却チャンバー4内に所定の不活性ガスを導入して対流等による熱放散を抑制するガス導入手段が必要に応じて設けられる。
【0039】
冷却ステージ44は、加熱のための構成が無いことを除いて図3に示す基板ホルダー24と同様の構成である。即ち、上面に基板Sが載置される部材である静電吸着ブロック441と、静電吸着ブロック441の下側に設けられた導熱ブロック442と、導熱ブロック442に下側に設けられた冷却ブロック444とから構成されている。
【0040】
上記構成に係る本実施形態のスパッタリング装置の動作について説明する。
まず、図1に示すロードロックチャンバー5内に収容されている未処理の一枚の基板Sをセパレーションチャンバー1内の搬送ロボット11が取り出して加熱チャンバー3に搬送し、基板Sは図7に示す加熱ステージ34に載置される。不図示のゲートバルブが閉じて、排気系31によって加熱チャンバー3内の圧力が所定の圧力に維持される。加熱ステージ34では、ヒータ35が予め動作して加熱ステージ34を所定温度に加熱している。基板Sが載置されて不図示の静電吸着機構が動作すると、基板Sが所定の温度まで急速に加熱される。この加熱温度は、例えば150〜450℃程度である。尚、加熱される基板Sの温度は、放射温度計345によって計測されて確認される。
【0041】
上記加熱を所定時間行った後、基板Sは図1に示す搬送ロボット11によってスパッタチャンバー2に送られ、基板Sは、図3に示す基板ホルダー24上に載置される。この際、基板ホルダー24は、所定の下方待機位置に位置している場合があり、この場合は、基板Sの載置動作の前又は後に移動機構によって基板ホルダー24を上方の処理位置に移動させる。また、基板Sの載置後に図6に示す静電吸着機構246が動作し、基板Sを図3に示す基板ホルダー24に静電吸着させる。尚、基板ホルダー24内のヒータ25及びサーキュレータ2446が予め動作しており、基板Sは基板ホルダー24に吸着されることによってこの温度に温度制御される。
【0042】
スパッタチャンバー2の内部は予め所定圧力まで排気されており、基板Sの載置してゲートバルブを閉じた後、図2に示すガス導入手段23を動作させてアルゴン等のスパッタリング率の高い所定のガスを所定の流量で導入する。排気系21を制御してスパッタチャンバー2の圧力を所定の値に保ちながら、カソード電源222を動作させ、カソード22に所定の電圧を印加する。これによって、スパッタリング放電が生じてターゲット221がスパッタリングされ、放出されたスパッタリング粒子が基板Sに達して所定の薄膜が基板S上に堆積する。
【0043】
並行して図6に示す高周波電源26が動作しており、基板Sには負の自己バイアス電圧が誘起される。この負の自己バイアス電圧によってプラズマ中から正イオンが効率よく引き出されて基板Sに入射し、成膜のエネルギーに利用される。
また、成膜中の基板Sの温度は、図3に示す放射温度計245によって計測されている。この計測結果は、ヒータ25を駆動するヒータ電源251A,Bに送られ、基板Sの温度がフィードバック制御される。
尚、図2に示すターゲット221と基板Sとの距離は、予め最適な値に調整される。即ち、基板ホルダー24が移動機構28によって上下動し、ターゲット221とターゲット221との距離が最適な値に調整される。尚、ターゲット221が移動することで基板ホルダー24とターゲット221の距離が変化する構成であっても良い。
【0044】
上記成膜動作を所定時間行って所定の厚さの薄膜を作成した後、カソード電源222、ガス導入手段23、静電吸着機構246、ガス供給手段247、高周波電源26の動作をそれぞれ停止させた後、排気系21によってスパッタチャンバー2内を再度排気する。その後、ゲートバルブを開けて搬送ロボット11が基板Sをスパッタチャンバー2から搬出し、冷却チャンバー4に搬送する。
【0045】
基板Sは、図8に示す冷却チャンバー4内の冷却ステージ44に載置される。冷却ステージ44は、冷媒通路441内への冷媒の流通によって予め所定の温度に冷却されている。基板Sが冷却ステージ44に載置されて静電吸着機構446が動作すると、基板Sは急速に冷却される。放射温度計445によって基板Sの温度が所定の温度に低下したのを確認すると、基板Sは、冷却チャンバー4から搬出され、ロードロックチャンバー5に送られる。これで、一枚の基板に対する一連の成膜処理が終了する。
【0046】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項1の発明によれば、基板ホルダー内に設けられたヒータによって制御性よく基板の温度管理ができるので、この点で品質の良い薄膜の作成に貢献できる。
また、請求項2の発明によれば、加熱ステージ内に設けられたヒータによって制御性よく基板の温度管理ができるので、この点で品質の良い薄膜の作成に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成を示す平面図である。
【図2】図1に示すスパッタチャンバーの概略構成を示す正面図である。
【図3】図2に示す基板ホルダー24の概略構成を示す正面断面図である。
【図4】図3に示す基板ホルダー24内に埋設されたヒータ25の構成を説明する平面図である。
【図5】図3に示す基板ホルダー24を構成する冷却ブロック244の構成を説明する平面図である。
【図6】図2に示す基板ホルダー24の概略構成を示す断面図であり、図3とは異なる方向での断面図である。
【図7】図1に示す加熱チャンバー3の概略構成を説明する正面図である。
【図8】図1に示す冷却チャンバー4の概略構成を説明する正面図である。
【図9】従来のスパッタリング装置の概略構成を示した正面図である。
【符号の説明】
1 セパレーションチャンバー
11 搬送ロボット
2 処理チャンバー
21 排気系
22 カソード
221 ターゲット
222 カソード電源
223 磁石機構
23 ガス導入手段
24 基板ホルダー
241 静電吸着ブロック
242 導熱ブロック
243 加熱ブロック
244 冷却ブロック
246 静電吸着機構
25 ヒータ
26 高周波電源
3 加熱チャンバー
34 加熱ステージ
342 導熱ブロック
343 加熱ブロック
35 ヒータ
4 冷却チャンバー
44 冷却ステージ
442 導熱ブロック
444 冷却ブロック
5 ロードロックチャンバー

Claims (7)

  1. 排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内に被スパッタリング面が露出するように配置されたターゲットを有するカソードと、カソードに電力を与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電源と、スパッタリングされたターゲットの材料が到達する処理チャンバー内の所定位置に基板を配置するための基板ホルダーとを備えたスパッタリング装置であって、
    前記基板ホルダーは、基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックと、加熱ブロックに接合された導熱ブロックと、導熱ブロックに対して熱伝導性及び気密性良く設けられた静電吸着ブロックとを有しており、
    加熱ブロックはステンレス製であって、導熱ブロックは銅製であり、静電吸着ブロックは誘電体製であり、
    加熱ブロックは溝を有し、この溝にはヒータが填め込まれていて、溝の壁面とヒータとは熱伝導性の良い材料でロー付けされており、
    加熱ブロックと導熱ブロックとは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されていることを特徴とするスパッタリング装置。
  2. セパレーションチャンバーを介して加熱チャンバーとスパッタチャンバーとが気密に接続され、加熱チャンバーで基板を所定の温度に加熱した後、スパッタチャンバーで基板にスパッタリングによる成膜が行われるマルチチャンバータイプのスパッタリング装置であって、
    前記加熱チャンバーは、基板が載置される加熱ステージを備え、この加熱チャンバーは、基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックと、加熱ブロックに接合された導熱ブロックと、導熱ブロックに対して熱伝導性及び気密性良く設けられた静電吸着ブロックとを有しており、
    加熱ブロックはステンレス製であって、導熱ブロックは銅製であり、静電吸着ブロックは誘電体製であり、
    加熱ブロックは溝を有し、この溝にはヒータが填め込まれていて、溝の壁面とヒータとは熱伝導性の良い材料でロー付けされており、
    加熱ブロックと導熱ブロックとは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されていることを特徴とするスパッタリング装置。
  3. 前記ヒータは、前記基板ホルダーの中心軸に対して同軸円周状に複数設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載のスパッタリング装置。
  4. 前記加熱ブロックの前記導熱ブロックが設けられた側とは反対側には冷却ブロックが設けられており、冷却ブロックには、基板を冷却する冷媒の通路が形成されており、前記加熱ブロックと冷却ブロックとは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のスパッタリング装置。
  5. 前記冷媒通路は、前記基板ホルダーの中心軸を中心にした複数の同軸円周状の形状の部分を繋いだ形状であることを特徴とする請求項4記載のスパッタリング装置。
  6. 前記基板ホルダーには前記基板の温度を測定する放射温度計が設けられており、この放射温度計は、前記基板ホルダーの中央部分を貫通するようにして設けられた計測管に接続されており、前記ヒータは、この計測管を取り囲む形状であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のスパッタリング装置。
  7. 前記基板ホルダーには前記基板の温度を測定する放射温度計が設けられており、この放射温度計は、前記基板ホルダーの中央部分を貫通するようにして設けられた計測管に接続されており、前記冷媒通路は、この計測管を取り囲む形状であることを特徴とする請求項4又は5記載のスパッタリング装置。
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