JP4450472B2 - スパッタリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置にかかり、特に、異常放電を防止した真空処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3を参照し、符号130はスパッタリング装置であり、真空槽131を有している。該真空槽131は、底板122と、底板122上に配置された筒状のチャンバー本体120と、チャンバー本体120の蓋となる天板107とで構成されている。
【0003】
天板107には、絶縁部材126を介して、バッキングプレート103が配置されており、該バッキングプレート103の底板122に対向する面上には、誘電体から成るターゲット101が固定されている。ターゲット101の周囲には、ターゲット101の構成材料の一成分から成るシールドリング102が配置されている。
【0004】
底板122上には、ランプユニット118が配置されており、該ランプユニット118上には、プラテン116が載せられている。ランプユニット118の周囲には、アースブロック115が配置されており、更に、その周囲には、防着リング114が配置されている。
【0005】
上記の底板122と、アースブロック115と、天板107と、防着リング114とは、接地電位に置かれている。他方、バッキングプレート103は、絶縁部材126によって天板107とは絶縁されている。そして、そのバッキングプレート103は、真空槽131外に配置された電源に接続されており、所望の電圧(DC電圧とRF電圧)を印加できるように構成されている。
【0006】
バッキングプレート103裏面側には磁気回路104が配置されており、真空雰囲気中でプラテン116上に成膜対象の基板117を載置し、真空槽131内にスパッタリングガスを導入し、磁気回路104を回転させながらバッキングプレート103に交流電圧を印加すると、バッキングプレート103がカソード電極となり、真空槽131及びアースブロック115がアノード電極となり、その間に放電が誘起され、ターゲット101表面がマグネトロンスパッタされる。
【0007】
このスパッタリング装置130内には、防着容器132が配置されている。防着容器132は、シールド板109と、上部防着容器110と、下部防着容器111とで構成されている。シールド板109と、上部及び下部防着容器110、111は、筒状に形成されており、シールド板109は、上部防着容器110の内側に配置され、上記ターゲット101及びシールドリング102が、シールド板109の内側に収容されている。
【0008】
底板122には、絶縁碍子140を介して昇降ロッド113が挿通されており、その上端部には接地台座112が配置されている。下部防着容器111は、その接地台座112上に取り付けられており、昇降ロッド113を下方に移動させた状態では、下部防着容器111は、若干のオーバーラップを介して上部防着容器110の下方に位置するようにされている。その状態では、プラテン116及びその上に載置された基板117は、下部防着容器111内に収容されるようになっている。
【0009】
プラテン116上に載置された基板117は、ターゲット101に対向するようになっている。ターゲット101がスパッタリングされると、スパッタリング粒子は基板117表面に到達し、誘電体から成る薄膜が形成される。このとき、基板117方向に飛行しないスパッタリング粒子は、防着容器132内壁に付着し、真空槽131内壁には付着しないようになっている。従って、ある程度薄膜が付着したら、新しい防着容器132と交換することで、真空槽131内にパーティクルが発生しないようになっている。
【0010】
上述のシールド板109と、上部防着容器110は、アースとは絶縁されたガスリング108を介して天板107に固定されており、また、下部防着容器111は、接地台座112上に配置されており、シールド板109と上部及び下部防着容器110、111は、電源や真空槽131とは接続されておらず、フローティング電位におかれている。これは付着した膜がプラズマダメージによりパーティクルになるのを防止するためである。
【0011】
この状態では、防着容器132及び防着リング114によりターゲット101を含む放電空間が囲まれているため、バッキングプレート103に電圧を印加しても、防着容器132と真空槽131との間には放電は発生しないはずであるが、バッキングプレート103へ大きな電圧を印加した場合は、防着容器132の外部に漏れ出た高速粒子等がトリガとなり、防着容器132を介し、防着容器132と真空槽131との間に(異常)放電が発生してしまう。また、この時真空槽131の表面には、アーキング(異常放電)が生じ易い。
【0012】
上記のような異常放電が発生すると、基板117上の成膜速度が変化したり、形成される薄膜中にパーティクルが混入したり、真空槽内面を傷つけたりする原因となるため、対策が望まれている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、防着容器外部に(異常)放電が発生しない真空処理装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、真空槽と、該真空槽内に配置された防着容器とを有し、前記防着容器内に基板を配置し、該基板を真空雰囲気中で処理する真空処理装置であって、前記防着容器は、上部防着容器と下部防着容器とから成り、前記上部防着容器は、前記真空槽と同電位の上部外側容器と、該上部外側容器内に配置され、フローティング電位の上部内側容器とを有し、前記下部防着容器は、前記真空槽と同電位の下部外側容器と、該下部外側容器内に配置され、フローティング電位の下部内側容器とを有し、上部外側容器の下端は、内側に折れ曲がって前記上部内側容器の下端に面し、下部内側容器の上端は外側に折れ曲がって前記下部外側容器の上端と対面し、前記上部外側容器と前記上部内側容器の間と、前記下部外側容器と前記下部内側容器の間と、前記下部外側容器と前記上部内側容器との間は、それぞれ0.5mm以上5mm以下の距離で離間され、前記防着容器の内側にプラズマが形成されることを特徴とするスパッタリング装置。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のスパッタリング装置であって、前記外側容器と前記内側容器の間には絶縁物が充填されていることを特徴とする。
【0015】
本発明は上記のように構成されており、内部に防着容器が配置された真空槽を有している。真空槽に薄膜が付着した場合には、パーティクルの原因となるが、この防着容器内に基板を配置し、成膜処理を行うと、薄膜は防着容器の内壁に付着しても、真空槽の内壁には付着しない。防着容器を着脱自在に構成しておき、薄膜がある程度付着すると交換又は洗浄するようにすれば、パーティクルのない環境で真空処理を行うことができる。
【0016】
この防着容器は外側容器と内側容器とに分離されており、電気的に互いに絶縁されている。外側容器と内側容器の間を近接させておく(真空雰囲気中で、通常の成膜処理に用いる電圧では放電が生じない程度まで近接させておく)と、容器間では放電は生じない。
【0017】
外側容器を真空槽と同電位におき、内側容器をフローティング電位においた場合、内側容器はプラズマ電位に近い電位になるが、外側容器と内側容器の間では放電は発生しないため、内側容器表面がアース電位に近くなって表面がプラズマによりダメージを受けることによるパーティクルの発生や、防着容器外側での(異常)放電が防止される。
なお、外側容器と内側容器の間には絶縁物を充填してもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1を参照し、符号30は、本発明の一実施形態の真空装置(スパッタリング装置)を示している。この真空装置30は、底板22と、チャンバー本体20と、天板7とで構成された真空槽31を有している。
【0019】
チャンバー本体20は角形に近い形の筒状にされており、底板22上に配置されている。チャンバー本体20の上端部には、天板7及びシートフランジ41とが配置されている。
【0020】
シートフランジ41には、絶縁部材26を介して、銅製のバッキングプレート3が配置されており、該バッキングプレート3のチャンバー本体20側の面上には、誘電体から成るターゲット1が固定されている(誘電体から成るターゲットには、STO、BST、PZT、SBT、SiO2、Ta2O5、Al2O3等がある)。
【0021】
ターゲット1の周囲には、ターゲット1を構成する材料から成るシールドリング2が配置されている。
【0022】
底板22上には、ランプユニット18が配置されており、該ランプユニット18上には、プラテン16が載せられている。ランプユニット18は、図示しない電源に接続されており、プラテン16上に載置された基板17を裏面から加熱できるように構成されている。
【0023】
ランプユニット18の周囲には、アルミニウム合金から成るアースブロック15が配置されており、更に、その外側には、防着リング14が配置されている。
【0024】
バッキングプレート3は、真空槽31外に配置されたDC電源及びRF電源に接続されている。底板22と、アースブロック15と、天板7と、シートフランジ41と、防着リング14とは、接地電位に置かれている。他方、バッキングプレート3は、絶縁部材26及びシートフランジ41を介して天板7に取り付けられている。従って、バッキングプレート3は、天板7とは絶縁されており、所望電圧(DC電圧、RF電圧、DC電圧にRF電圧を重畳した電圧)が印加できるように構成されている。
【0025】
真空槽31内を真空雰囲気にし、プラテン16上に成膜対象の基板17を載置し、真空槽31内にスパッタリングガスを導入し、バッキングプレート3をカソード電極としてRF電圧を印加すると、真空槽31及びアースブロック15及び防着リング14がアノード電極となり、ターゲット1表面がスパッタされる。バッキングプレート3の裏面側には磁気回路4が配置されており、その磁気回路4を回転させるとターゲット1の全表面をマグネトロンスパッタすることができる。
【0026】
このスパッタリング装置30では、シールド板9と、上部防着容器10と、下部防着容器11とで構成された防着容器32を有している。シールド板9、上部防着容器10、下部防着容器11は、筒状のステンレスで構成されている。
【0027】
シールド板9は、上部防着容器10の内側に挿入されており、その状態で、ガスリング8を介して天板7に固定されている。従って、上部防着容器10及びシールド板9は、真空槽31内の上方に配置されている。
【0028】
特に、シールド板9は、シールドリング2側面に近接配置されており、シールドリング2の周囲及び表面を覆うようにされている。
【0029】
底板22には、絶縁碍子40を介して昇降ロッド13が挿通されており、その上端部には接地台座12が設けられている。下部防着容器11は、その接地台座12上に取り付けられており、従って、下部防着容器11は、真空槽31内の下方位置の上部防着容器10の内側に配置されている。
【0030】
昇降ロッド13は、昇降移動可能に構成されており、接地台座12を昇降移動させることで、下部防着容器11を上部防着容器10の内側で昇降移動させられるようになっている。
【0031】
接地台座12を降下させ、下部防着板11を下方に移動させた状態では、プラテン16と、プラテン16上に載置された基板17は、下部防着板11内部に収容されるようになっている。このとき、下部防着容器11の上端部が上部防着容器10の下端部内側に位置し、プラテン16、基板17、ターゲット1は、真空槽31壁面から遮蔽されるように構成されている。
【0032】
他方、接地台座12を上方に移動させ、下部防着板11を持ち上げたときには、プラテン16周囲から下部防着板11が取り除かれ、プラテン16の横方向から基板17を搬出入できるように構成されている。
【0033】
上部防着容器10と下部防着容器11とは、それぞれ二重構造になっており、それぞれ外側容器101、111と、該外側容器101、111の内側に近接配置された内側容器102、112とで構成されている。
【0034】
図2に、上部防着容器10と下部防着容器11の拡大図を示す。
上部防着容器10の外側容器101と内側容器102は、互いに絶縁された状態で、絶縁性のガスリング8に取り付けられている。外側容器101は、ガスリング8に沿って外側に延び、組立時に天板7と接触し、アース電位となるように構成されている。
【0035】
他方、接地台座12には、下部防着容器11の外側容器111が取り付けられており、下部防着容器11の内側容器112は、絶縁物19を介して外側容器111に取り付けられている。従って、下部防着容器11の外側及び内側容器111、112は接地台座12の昇降移動に伴って一緒に昇降移動するようになっている。
【0036】
このように、防着容器32の外側容器101、111と内側容器102、112との間は電気的に絶縁されており、この防着容器32では、外側容器101、111は接地電位に置かれ、内側容器102、112はフローティング電位に置かれている。
【0037】
スパッタガスは、ガスリング8内に流路を持ち、これと内側容器102とを貫通する穴を通って真空槽31内へ導入される。ガスリング8へは、これの取付時に外側よりチャンバー本体20を貫通し、絶縁物を介して天板7を貫通し、ガスリング8と接触し、シールするように設けられたパイプを介してガスが供給される。
【0038】
また、外側容器101、111と内側容器102、112の間は0.5mm以上5mm以下の距離、望ましくは約1mmの距離だけ離間されている。この間隔では、0.4Pa程度の真空雰囲気中(スパッタリング雰囲気中)で、1800V程度の電位差があった場合でも、外側容器101、111と内側容器102、112間では放電が発生することがない。従って、バッキングプレート3にRF電圧を印加し、ターゲット1をスパッタリングする際に、フローティング電位におかれている内側容器102、112がバッキングプレート3と同電位になった場合でも、外側容器101、111と内側容器102、112の間には放電は発生しない。
【0039】
また、上記防着容器32では、下部防着容器11の外側容器112は、上部防着板10の内側容器101に面しているが、その間の距離も約0.5〜5.0mmになるように設定されている。この距離では、スパッタリングの際に、下部防着板11の外側容器112と、上部防着板10の内側容器101との間に放電が生じない。
【0040】
更に、外側容器101、111は真空槽31と同電位であり、外側容器101、111と真空槽31の間には放電が生じることはないから、結局、この防着容器32の外側では(異常)放電が生じることがない。
【0041】
また、上部及び下部防着板10、11が近接しているので、スパッタリングの際にプラズマが防着容器31外に漏出しない。
【0042】
なお、上記の防着容器32では、外側容器101、111と内側容器102、112の間は離間されていたが、絶縁物で充填してもよい。また防着容器32の表面には付着膜が剥離しにくい処理(ブラスティングや溶射等の表面積拡大処理)を行ってもよい。
【0043】
ターゲットも導電体のものでもよく、反応性ガスを添加したリアクティブスパッタでもよい。
【0044】
上記真空処理装置30はスパッタリング装置であったが、本発明はそれに限定されるものではなく、CVD装置等の成膜装置やエッチング装置等の真空処理装置に広く適用することができる。
【0045】
【発明の効果】
外側容器と内側容器の間が放電せず、外側容器がアース電位なので、防着容器外部で放電が生じることがない。内側容器はフローティングなので、付着膜へのプラズマダメージが緩和され、パーティクルの発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の真空処理装置の概略構成図
【図2】防着容器の部分拡大図
【図3】従来技術の真空処理装置を説明するための図
【符号の説明】
30‥‥真空処理装置
31‥‥真空槽
32‥‥防着容器
101、111‥‥外側容器
102、112‥‥内側容器
Claims (2)
- 真空槽と、該真空槽内に配置された防着容器とを有し、前記防着容器内に基板を配置し、該基板を真空雰囲気中で処理する真空処理装置であって、
前記防着容器は、上部防着容器と下部防着容器とから成り、
前記上部防着容器は、前記真空槽と同電位の上部外側容器と、該上部外側容器内に配置され、フローティング電位の上部内側容器とを有し、
前記下部防着容器は、前記真空槽と同電位の下部外側容器と、該下部外側容器内に配置され、フローティング電位の下部内側容器とを有し、
上部外側容器の下端は、内側に折れ曲がって前記上部内側容器の下端に面し、下部内側容器の上端は外側に折れ曲がって前記下部外側容器の上端と対面し、
前記上部外側容器と前記上部内側容器の間と、前記下部外側容器と前記下部内側容器の間と、前記下部外側容器と前記上部内側容器との間は、それぞれ0.5mm以上5mm以下の距離で離間され、
前記防着容器の内側にプラズマが形成されることを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記外側容器と前記内側容器の間には絶縁物が充填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。
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