JP4509369B2 - Plasma assisted sputter deposition system - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用の分野】
本発明はプラズマ支援スパッタ成膜装置に関し、特に、改善されたプラズマ安定性とプラズマに対する最も低減されたパーティクル汚染のため反応容器内に新しいシールド構成を備えたプラズマ支援スパッタ成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
Siウェハーの上にAl,Cu,TaN等のごとき膜のプラズマ支援スパッタ成膜はマイクロ電子産業において本質的な段階である。Siウェハーの直径の増加に伴って、より高い高周波(rf)電源装置を備えた単一ウェハー処理モジュールが応用の段階になってきた。しかしながら、高周波電力の増大は、それは成膜速度の増加することを必要とし、プラズマはより高い高周波電力において不安定になるので、常に実際的な解決となるわけではない。この不安定なプラズマは電気的スパーク(電気火花)を作り、プラズマに対してパーティクル汚染を引き起こす。それ故に、改善されたプラズマ安定性をもたらす適当なる反応容器の設計が重要となる。
【0003】
プラズマ支援スパッタ成膜装置における問題は、図6に示された従来の装置を用いて説明される。このスパッタリング装置は、主要な要素として、反応容器150、上部電極151、2つの金属シールド152,153、ウェハー155が搭載されたウェハーホルダ154、円筒形側壁156を有している。反応容器150に関連するあらゆる部分の厚みは、図6において誇張して描かれている。上部電極151は通常重ねられた2つの円形プレート151a,151bによって作られており、そこでは上部プレート151aはAl(アルミニウム)のごとき金属で作られ、下部プレート151bはスパッタリング物質で作られている。この場合において下部プレート151bはターゲットプレートと呼ばれている。上部プレート151は誘電体リング部材149を介して反応容器150の上側部分に固定されている。上部電極151の底面はウェハー155の上側表面に対向している。さらに、上部プレート151aは、高周波電力が供給されるように整合回路158を介して高周波電源157に接続されている。すなわち、10MHz〜100MHzの範囲における周波数で動作する高周波電流が上部電極151に対して整合回路157を経由して与えられ、容量結合型機構によってプラズマを生成する。上部電極151は高周波電極として作用する。プラズマが発火すると、上部電極151には自己バイアス電圧が発生する。自己バイアス電圧の値は印加高周波電流と印加高周波電力の周波数に依存する。高周波周波数の増加と印加高周波電力の減少は自己バイアス電圧の減少をもたらす。反対に、高周波周波数の減少と印加高周波電力の増加は自己バイアス電圧の増加をもたらす。これらの2つのパラメータの他に、プラズマ発生のために採用される圧力とハードウェアの構成は自己バイアス電圧に影響を与える。通常、効率的なスパッタリングのために、およそ−100Vまたはより高い値の自己バイアス電圧を持つことが期待される。もし自己バイアス電圧が低いのであるならば、十分なスパッタリング速度を得るために電圧源から付加的DC電圧が上部電極151に与えられる。このDC電圧の供給は図6において示されていない。
【0004】
金属シールド152は円筒形側壁156に固定され、他の金属シールド153はウェハーホルダ154の外側カバー159に固定されている。円筒形側壁156とウェハーホルダ154の外側カバー159は電気的に接地されている。それ故に2つの金属シールド152,153は電気的に接地された状態にある。
【0005】
図6に示されたウェハーホルダ154はウェハー処理のレベル(高さ)にある。一旦ウェハー155における処理が完了すると、ウェハーホルダ154は処理されるべきウェハーを交換するために下方へ移動される。従って、ウェハーホルダ154は、ウェハー処理が行われている間、繰り返して上下に移動される。すなわち、金属シールド153はウェハーが取り替えられるたびに同様に繰り返して上下に移動される。図6による図解に従えば、支持円筒部材161はウェハーホルダ154を支持する。ウェハーホルダ154を動かすための移動機構は図6において示されていない。
【0006】
ウェハーホルダ154は、三層の誘電体リング162、誘電体リング162によって支持された下部電極163、ウェハー固定機構164を有している。プロセスチャンバ165はウェハーホルダ154の上側に形成されている。加えて、反応容器150の下側部分に真空チャンバ166が形成されている。真空チャンバ166はウェハー搬送ポート167、底板169に形成されたプロセスガス導入孔168、排気ポート170を有している。この排気ポート170は、図6において、図示されない排気機構(真空ポンプ)に接続されている。
【0007】
【発明が解決しようする課題】
前述した従来の構成に関連して2つの主要な問題がある。
【0008】
第1の問題は、特に、金属シールド153上での電気的スパークの発生である。プラズマがターゲットプレート151bとウェハーホルダ154の間の隙間で発火すると、ウェハー155の表面は、電気的浮遊状態になっているので、より高い電位となる。金属シールド153は、電気的な接地状態にあり、ウェハー155に非常に接近して存在する。このように、ウェハー155と金属シールド153との間にはより高い電位差が存在する。金属シールド153とウェハー155の間の相互作用の表面領域は小さいので、これらの2つの部分の間における容量(C1)は同様に図7に示されるごとく小さい。それ故に、ウェハー表面における小さな電荷の不均衡があっても、そのことはウェハー155と金属シールド153との間に電気的スパークを生じさせる。一旦電気的スパークがプラズマの安定性を乱すと、その不安定性は、電気的スパークが持続するので、数秒の間続く。電気的スパークが起きる場所では、金属シールド152または金属シールド153、通常Alで作られているが、これらは溶解し、蒸発する。このことはスパッタで堆積した膜とターゲット物質の汚染という結果をもたらす。
【0009】
第2の問題はパーティクルに関連する。これらのパーティクルは、金属シールド153から堆積した膜が剥がれる結果、生じるものである。何故ならば、金属シールド153は、各ウェハーを交換する際、ウェハーホルダ154と共に上下動する時に、小さな振動を受けるからである。これらの振動は、仮に初期段階において金属シールド153上に汚れがあったとしたならば、特に堆積した膜と金属シールド153との間の結合を弱める。このことは金属シールド153上にスパッタによって堆積した膜の剥がれをもたらし、プラズマ、ウェハー表面、ターゲット表面、金属シールド、反応容器側壁を汚染する。さらに、側壁、金属シールド、ターゲットプレートの上におけるこれらの堆積したパーティクルは電気的スパークの発生の引き金となる。
【0010】
本発明の目的は、プラズマの安定性を維持し、電気的スパークの発生を防止することによってスパッタ堆積膜とターゲット物質の汚染を減じるプラズマ支援スパッタ成膜装置を提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、小さな振動の影響を低下させることにより金属シールドの上に堆積した膜の剥がれを防止するプラズマ支援スパッタ成膜装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ支援スパッタ成膜装置は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
【0013】
本発明(請求項1に対応)によるプラズマ支援スパッタ成膜装置は、プロセスチャンバと真空チャンバを含む反応容器を備えている。プロセスチャンバは上側にターゲットプレートを含む上部電極を有している。ターゲットプレートに供給される高周波電力に基づいてプロセスチャンバでプラズマが生成される、そして真空チャンバはプロセスガス供給部と排気機構を有している。ウェハーホルダはプロセスチャンバと真空チャンバの間に設けられ、下部電極、少なくとも誘電体リングとウェハー固定機構(例えばESC)を含んでいる。1枚のウェハーがウェハー固定機構の上に搭載される。さらに前述の装置は、反応容器の側部を形成する円筒形側壁、円筒形側壁の内側表面の全体を覆うように円筒形側壁に固定された第1金属シールド、ウェハーホルダに対して電気的浮遊状態でウェハーの周りにリング形状にて存在し誘電体リングの上に置かれるように設けられた傾斜部分を有する第2金属シールド、そして第1と第2の金属シールドの間に設けられるようにされ、円筒形側壁に固定される、曲げられた内縁部分を持つ第3金属シールドを備える。第3金属シールドの曲げられた内縁部分は第2金属シールドの傾斜部の外面に対向している。
【0014】
上記の装置において、好ましくは、第1金属シールドの水平部は所定の隙間(ギャップ)にて第3金属シールドの水平部に対向している。
【0015】
上記の装置において、好ましくは、第1金属シールドと第3金属シールドは単一部材となるように作られている。
【0016】
上記の装置において、好ましくは、真空チャンバに供給されたプロセスガスは第3金属シールドのガス導入孔、または第3金属シールドとウェハーホルダの間の狭い隙間を通してプロセスチャンバへ供給される。
【0017】
上記の装置において、好ましくは、第2金属シールドと第3金属シールドは、これら2つの金属シールドの間の増加された容量のため共通の表面領域を持っている。
【0018】
上記の装置において、好ましくは、ウェハーホルダはウェハー処理レベル(高さ)とウェハー搬送レベル(高さ)の間で上下動するように設けられている。
【0019】
上記の装置において、好ましくは、ウェハーホルダはウェハー搬送レベルでその上側表面を有するように反応容器の底部に固定されている。
【0020】
上記の装置において、好ましくは、第1金属シールドはウェハーを搬送するためにウェハー搬送レベルで窓を有している。
【0021】
上記の装置において、好ましくは、第1金属シールドの窓は上下に動くことができる金属ドアーを有している。
【0022】
前述の構成を有する本発明に係るプラズマ支援スパッタ成膜装置は、円筒形側壁に第3金属シールドを固定し、第2金属シールドをウェハーの周りに電気的な浮遊状態にて配置したので、従来の装置に関連して生じていた問題を解消することができる。ウェハーの周りに配置された第2金属シールドと円筒形側壁に固定された第3金属シールドの間の相互作用の表面領域は、これらの2つの金属シールドの間の容量が増加するように、そしてそれによって戻り高周波電流の容量結合を強めるように、増加される。さらにウェハーの周りに置かれる第2金属シールドはパーティクル汚染を最少化するためにプラズマに晒される最小の表面面積を持っている。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、好ましい実施形態を添付図面に従って説明する。実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
【0024】
本発明の第1実施形態は図1と図2を用いて説明される。図1は2つのチャンバのプラズマ支援スパッタ成膜装置の断面図を示す。このスパッタ成膜装置は反応容器100を有し、反応容器100は上側のプロセスチャンバ101と下側の真空チャンバ102を含んでいる。さらにこのスパッタ成膜装置は上部電極11、3つの金属シールド12,13,14、ウェハー16が配置されるウェハーホルダ15、上側のプロセスチャンバ101の側壁を形成する円筒形側壁21から構成されている。上部電極11はプロセスチャンバ101の天井板を形成する。上部電極11は誘電体リング部材103の上に設けられている。
【0025】
金属シールド12,13は円筒形側壁21の内側部分に固定されている。金属シールド12の上縁は円筒形側壁21の上縁に結合されている。金属シールド12は垂直部12aと下側水平部12bを備えたほとんど円筒形の形状を有し、円筒形側壁21の内側表面を覆っている。金属シールド13の外縁は円筒形側壁21の下側部分に固定されている。この金属シールド13は3つの部分、すなわち、外側に位置する水平部13a、真ん中に位置する垂直部13b、そして内側に位置する曲げられた部分13cを有している。
【0026】
金属シールド14は電気的に浮遊状態にあり、ウェハー16の周りに配置されている。金属シールド14はリング形状の傾斜部分を有している。ウェハーホルダ15は下部電極17と3つのリング形状の誘電体部材18を含んでいる。これらの誘電体部材18は下部電極17を支えている。ウェハーホルダ15は上側のプロセスチャンバ101と下側の真空チャンバ102の間にあり、反応容器100の内部空間を、図1に示されるごとく、上記2つのチャンバ101,102に区画している。
【0027】
通常、上部電極11は金属プレート11aとターゲットプレート11bの複合構造である。ターゲットプレート11bは、スパッタされるべき必要のある物質で作られている。金属プレート11aは整合回路20を通して高周波電源19に接続されている。こうして、高周波電源19は上部電極11に高周波電力を供給する。
【0028】
2つの金属シールド12,13は強く円筒形側壁21に固定されている。金属シールド12,13は反応容器100が接地されているので、電気的な接地状態にある。ウェハー16の周りに配置されている金属シールド14は、3つの誘電体リング18の最上のものの上に置かれ、これによって金属シールド14を電気的浮遊状態にする。
【0029】
これらの金属シールド12,13,14の厚みは重要なことではなく、通常、2〜10mmの範囲内に存する。金属シールド12,13の直径は重要なことではなく、反応容器の大きさに依存する。例えば反応容器100が200mmの直径を有するウェハーを処理するように設計されるものであるならば、金属シールド12の垂直部12aの直径は350〜450mmの範囲にある。金属シールド12の水平部12bの内径は300〜450mmの範囲にあり得る。通常、金属シールド13の外径は金属シールド12の垂直部12aの外径のそれに等しくなるように決められる。金属シールド12,13の各々の水平部12b,13aの相互作用の領域は、それらは間に隙間を有し、より大きな容量(C2)を持 つために約10mmまたはより高い値に維持されることが重要である。それによって、この大きな容量は金属シールド13から金属シールド12へのより良好な高周波電流結合を促進する。金属シールド13の水平部13aの内径はウェハーホルダ15の直径に依存して変化し得る。金属シールド13の垂直部13bとウェハーホルダ15の外壁22との間の間隔はできる限り小さいものとして保持される。通常、この間隔はおよそ1mmに保持される。
【0030】
金属シールド14の部分的に拡大された断面図が、図2において、ウェハーホルダ15に関する周縁部分のハードウェアと共に示されている。金属シールド14の内径は通常ウェハー16の直径に等しいかまたはウェハーの直径よりもおよそ2mmから4mm短い。金属シールド14の外径はウェハーの直径よりもおよそ5mmから10mm大きい、しかし金属シールド14の幅を減じるためにできる限り小さくしなければならない。こうして、金属シールド14は傾斜部分を有している。金属シールドの幅の適当な範囲はおよそ5±3mmである。図2に示される金属シールド14の断面形状は重要なことではなく、この形状は、その期待された属性を減じることなく、変えることができる。金属シールド14は誘電体リング18aの上に置かれる。下部電極13と金属シールド14の間の間隔は、下部電極13と金属シールド14の間でより良好な高周波電力結合を得るために、およそ2mmから4mmに保持される。この高周波電力結合は、仮に下部電極13に高周波電力が与えられる場合にのみ、重要である。誘電体リング18aは、他の誘電体リング18bの上に配置される。これらの2つの誘電体リング18a,18bの間には、狭い水平なスペースまたはギャップ23が作られる。この狭いスペース23の目的は、金属シールド14と誘電体リング18a,18bの上に堆積される金属膜を接続させないためである。この金属シールド14の外側は金属シールド13によって覆われている。金属シールド14の外側部分、それは金属シールド13によって覆われ、図2に示されるごとく少しばかり角度がつけられている(角度をつけて曲げられた部分13c)。曲げられた部分13cの利用は、金属シールド13と共に相互作用する表面領域の増大を促進し、それは、これら2つの金属シールド13,14の間の増加された容量(C3)をもたらす。金属シール ド13,14の間の共通な表面領域は、通常、かなり大きく、ウェハーの直径がrであるときに2 rよりも大きくなるようにとられる。再び、金属シールド14の曲げられた部分または傾斜部分は、プラズマに晒される表面領域を減じる。金属シールド14の外径はウェハーホルダ15の外径よりも小さいので、金属シールド13は同様に曲げられた部分13cを有しなければならない。通常、金属シールド12,13の間の容量(C2)、金 属シールド13,14の間の容量(C3)はC2>C3≫C1として定められる。
【0031】
ターゲットプレート11bから金属シールド13の水平部13aまでの距離は80mmから150mmの範囲にある。もしいかなる他の問題もなければ、この距離をおよそ150mmに増加することを推薦する。この目的は高周波電流集電表面の表面面積を増加することであり、それは安定なプラズマのために極めて重要である。もしウェハー処理レベルがターゲットプレート11bの下方およそ100mmであるならば、曲げられた部分13cを設けることなく金属シールド13を作ることができる。すなわち、金属シールド13は平板なプレートまたは水平なプレートとして作られる。
【0032】
ウェハー16は、ウェハーホルダ15に設けられた下部電極17の上に配置される。下部電極17は、下部電極17の上にウェハー16を固定するため電磁チャック(ESC)24を備えることができるし、備えなくてもよい。下部電極17は誘電体リング(またはプレート)18cの上に置かれている。こうして、反応容器100の他の部分から、それは電気的に絶縁されている。下部電極17は高周波電力が与えられていてもよいし、与えられていなくてもよい。もし下部電極17が高周波電力を与えられていない場合には、それは電気的に絶縁された状態にあるか、または電気的に接地されている。
【0033】
ウェハーホルダ15は各ウェハー取替えの際に上下動する。ウェハーホルダ15が図1に示されるごとくウェハー処理レベルにあるとき、反応容器100は、ターゲットプレート11b、金属シールド12,13,14、そして他の金属シールド25、ウェハー16によって定められるところのプロセスチャンバ101と、プロセスチャンバ101の下方に位置する真空チャンバ102との2つの領域に分けられる。ウェハーホルダ15が、ウェハー取替えレベルの下方に移動されるとき、プロセスチャンバ101と真空チャンバ102は両方とも1つのチャンバになる。
【0034】
スパッタによる成膜が開始される前に、ウェハーホルダ15はウェハー取替えレベルに移動し、反応容器100の内部はおよそ10-8Torrの基本圧力にまで排気される。このことは、反応容器100とその内壁に残存するすべての望ましくないガスを排出することにおいて重要である。
【0035】
上部電極11の金属プレート11aは整合回路20を通して高周波(rf)電源または高周波発生器19に接続されている。それ故に、上部電極11は高周波電源19から整合回路20を経由して高周波電流が供給される。高周波電流の周波数は重要なことではないが、10MHzから100MHzの間で変わり得る。高周波電流が上部電極11に与えられたとき、プラズマは容量結合のメカニズムによってターゲットプレート11bの下方にて発生する。プラズマにおけるイオンは高周波上部電極11の自己バイアス電圧が原因でターゲットプレート11bに向かって加速され、そしてターゲットプレート11bからターゲット物質をスパッタする。上部電極11からプラズマへ到来する高周波電流は金属シールド12,13,14,25とウェハー16によって集められる。もし下部電極17が電気的浮遊状態にあるとすれば、高周波電流の大部分は金属シールド12,13,14,25によって集められる。金属シールド13によって集められた高周波電流は容量結合を介して金属シールド12へ流れる。容量結合の影響を増大するために2つの方法が存在する。第1の方法は金属シールド12の水平部12bの表面面積を増加することであり、それは望ましい隙間で金属シールド13と相互作用をもたらす。第2の方法は金属シールド12,13の水平部12b,13aの間の隙間を少なくすることである。これらの2つの方法はいずれもC2を増加する。金属シールド12,13の水平部分の間のギャップは0.5mm程度に小さいものとすることがよい。金属シールド12によって集められた高周波電流は次に金属シールド25へ流れ、そしてそれによって整合回路20の接地された端子に流れる。
【0036】
ウェハーホルダ15に搭載されたウェハー16の上のスパッタ膜の堆積は純粋に物理的プロセス(例えばCuスパッタリング)であるならば、プロセスガス(例えばAr)は側壁21または底壁プレート27の上に作られたガス導入部26を介して真空チャンバ102の中に供給される。プロセスガスは、それから、金属シールド13の水平部13aに作られたいくつかの孔28を経由してプロセスチャンバ101の中に入る。さらにプロセスガスは同様にウェハーホルダ15と金属シールド13との間の狭い隙間を通してプロセスチャンバ101の中に流れる。
【0037】
一旦ウェハー16上におけるプロセスが完了すると、ウェハーホルダ16は処理されるべきウェハーを取り替えるために下方に移動される。ウェハーホルダ15は、ウェハーの処理の間、繰り返して上下に移動される。支持円筒部材29はウェハーホルダ15を支持する。図1においてウェハーホルダ15を移動させるための移動機構は示されていない。
【0038】
真空チャンバ102はウェハー搬送ポート30と排気ポート31を有している。この排気ポート31は、図1で図示されない排気機構(真空ポンプ)に接続されている。
【0039】
前述した構成において、2つの金属シールド13,14は共通の大きな表面面積を分かち合っているので、金属シールド14における高周波電流は容易に金属シールド13に結合する。さらに金属リング12,13,14,25の表面の質が、スパッタ膜の堆積以外、時間に伴って変化しない。それ故に、これらの金属シールドの上での不均衡な電気的変化の発生が除去され、特に、互いに金属シールド13と金属シールド14が相互作用する領域において除去される。このことは電気的スパークの開始を防止する。
【0040】
金属シールド14は、ウェハーホルダ15と共に、各ウェハー取替えの際に上下に移動する。しかしながら、膜が堆積される金属シールド14の表面領域が最小化されているので、堆積膜の剥がれによるパーティクル汚染は同様にまた最小化される。
【0041】
上記において説明されたように、改善されたシールド構成を備えるプラズマ支援スパッタ成膜装置は、反応容器の内部に電気的スパークを生じさせることなく安定したプラズマ環境を作り出し、プラズマとウェハーの表面に対しパーティクル汚染を最小化する。
【0042】
次に、本発明の第2の実施形態が説明される。第2の実施形態の構成は、第1実施形態の変形例である。第2実施形態の概略図は図3に示される。第2実施形態によれば、単一の金属シールド32が反応容器100の側壁に固定された2つの金属シールド12,13と置き換えられる。この変更を除いて、その他のすべての構成は第1実施形態において与えられたものと同じである。2つの金属シールド12,13の代わりに単一の金属シールド32を用いることは高周波入力ポートの接地端子に対し戻り高周波電流の流れを高め、こうしてプラズマはより安定したものとなる。
【0043】
本発明の第3の実施形態が図4を参照して説明される。第3実施形態は、同様にまた、第1実施形態の変形である。ここにおいては、金属シールド12,13の構成のみが変化させられる。それ故に、金属シールド12,13の構成のみが説明される。金属シールド12,13は、第1実施形態で説明されたごとく、反応容器100の側壁に固定されている。この実施形態において、金属シールド12は水平部分を有することなく作られる。その代わりに、水平部13aと垂直部13bと曲げられた部分13cとを有する金属シールド13は、最外径において垂直部13dを備えて作られている。金属シールド13の外側の垂直部13dは垂直部分のみを有する金属シールド12と相互作用を有する。この構成は、第1実施形態に比較して、それほど大きな差異を持つものではないけれども、この構成は、期待される属性を最小化することなく金属シールドの他の可能な構成があることを示すだけの意味で示されている。さらに金属シールドを組み合わせること、そして取り除くことは、この構成に関連して比較的に容易なことである。
【0044】
次に、反応容器の断面図を示す図5を参照することによって、第4の実施形態が説明される。第4実施形態の構成において、金属シールド12,13,14,25とウェハーホルダ15は反応容器に固定されている。処理されるべきウェハー16を搭載するため、そして取り除くため、金属シールド12の垂直部12aに小さな窓33が作られている。参照符号34はウェハー取入れ/取出しポートを示している。金属シールド12に作られた小さな窓33の位置はウェハー取入れ/取出しポート34に対応している。小さな窓の高さと幅はそれぞれおよそ8mmと210mmである。ウェハー処理の間、この小さな窓33は上下に動くことができるドア35によって閉じられている。ウェハー16を取り替えることが必要であるとき、このドア35は下方に移動することによって開かれ、ウェハーが取り替えられる。このドア35は、モータまたは他の駆動機構37によって上下に移動されるロッド36に連結されている。ドア35とロッド36は金属で作られており、接地されている。ドア35が閉じられている時、ドア35と金属シールド12との間には非常に狭い隙間、例えば1mmの隙間が存在する。すなわち、ドア35は金属シールド12に接触していない。このことは、もしドア35がウェハー取替えの段階でいつでも金属シールド12に繰り返し接触するのであれば、金属シールド12が堆積膜を剥がすことになる振動を受けるからである。ドア35の寸法は、通常、窓33の寸法よりもより大きく取られる。このことは、ドア35と金属シールド12の間の狭い隙間を通してプラズマが拡張されるのを抑制する。
【0045】
第4実施形態の前述の構成に従えば、ウェハーホルダ15は、反応容器内で移動部分を最少化するために反応容器の底に固定されている。反応容器における唯一移動する部分はウェハー取替えの間上下動するドア35だけである。ウェハーホルダ15と金属シールド12,13,25は反応容器の部分に固定されているので、金属シールド14の外径は必ずしも小さい必要はなく、こうして拡大され得る。前述の変形を除いて、他の構成のすべては第1実施形態において説明されたものと実質的に同じである。しかしながら、第1実施形態に比較すると、相対的に、真空チャンバ102は小さくなる。固定された金属シールドとウェハーホルダを使用することは、スパッタリングプロセスの再生産性を高め、パーティクル汚染の可能性を減じる。
【0046】
さらに第4実施形態での金属シールド12,13は、単一の金属シールドによって置き換えることができ、それは円筒形側壁に固定される。このことは高周波整合回路の接地端子への戻り高周波電流の流れを改善する。
【0047】
【発明の技術的効果】
本発明によるプラズマ支援スパッタ成膜装置は、電気的スパークの発生を防止し、小さな振動の影響を低下させることによって、金属シールドの上に堆積した膜の剥がれを防止するようにしたので、スパッタ堆積膜とターゲット物質の汚染を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この図は本発明の第1実施形態によるプラズマ支援スパッタ成膜装置の断面図を示す。
【図2】 この図は第1実施形態におけるウェハーホルダの周縁部分の拡大された断面図を示す。
【図3】 この図は本発明の第2実施形態の断面図を示し、金属シールドの構成が修正されている。
【図4】 この図は本発明の第3実施形態の断面図を示し、金属シールドの構成が修正されている。
【図5】 この図は本発明の第4実施形態の断面図を示し、そこでは金属シールドとウェハーホルダが反応容器に固定されている。
【図6】 この図は従来のプラズマ支援スパッタ成膜装置の断面図を示す。
【図7】 この図は、図6に示したウェハーホルダの縁の部分における拡大された図を示す。
【図における参照符号の説明】
11 上部電極
11a 金属プレート
11b ターゲットプレート
12,13,14 金属シールド
15 ウェハーホルダ
16 ウェハー
17 下部電極
18 誘電体リング
21 円筒形側壁
100 反応容器
101 プロセスチャンバ
102 真空チャンバ[0001]
[Field of industrial use]
The present invention relates to a plasma assisted sputter deposition apparatus, and more particularly, to a plasma assisted sputter deposition apparatus having a new shield configuration in a reaction vessel for improved plasma stability and most reduced particle contamination to plasma.
[0002]
[Prior art]
Plasma-assisted sputter deposition of films such as Al, Cu, TaN, etc. on a Si wafer is an essential step in the microelectronic industry. With increasing diameter of Si wafers, single wafer processing modules with higher radio frequency (rf) power supplies have become an application stage. However, increasing the high frequency power is not always a practical solution because it requires an increase in deposition rate and the plasma becomes unstable at higher high frequency power. This unstable plasma creates an electrical spark (electrical spark) and causes particle contamination to the plasma. Therefore, proper reaction vessel design that provides improved plasma stability is important.
[0003]
Problems in the plasma-assisted sputter deposition apparatus are explained using the conventional apparatus shown in FIG. This sputtering apparatus includes a
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
The
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
There are two main problems associated with the conventional configuration described above.
[0008]
The first problem is, in particular, the occurrence of electrical sparks on the
[0009]
The second problem is related to particles. These particles are generated as a result of the film deposited from the
[0010]
An object of the present invention is to provide a plasma assisted sputter deposition apparatus that reduces the contamination of the sputter deposited film and the target material by maintaining the stability of the plasma and preventing the occurrence of electrical sparks.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a plasma-assisted sputter deposition apparatus that prevents peeling of a film deposited on a metal shield by reducing the influence of small vibrations.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a plasma assisted sputter deposition apparatus according to the present invention is configured as follows.
[0013]
A plasma-assisted sputter deposition apparatus according to the present invention (corresponding to claim 1) includes a reaction vessel including a process chamber and a vacuum chamber. The process chamber has an upper electrode including a target plate on the upper side. Plasma is generated in the process chamber based on the high frequency power supplied to the target plate, and the vacuum chamber has a process gas supply unit and an exhaust mechanism. The wafer holder is provided between the process chamber and the vacuum chamber, and includes a lower electrode, at least a dielectric ring, and a wafer fixing mechanism (for example, ESC). One wafer is mounted on the wafer fixing mechanism. Furthermore, the above-described apparatus is electrically floating with respect to the cylindrical side wall forming the side of the reaction vessel, the first metal shield fixed to the cylindrical side wall so as to cover the entire inner surface of the cylindrical side wall, and the wafer holder. A second metal shield having an inclined portion provided in a ring shape around the wafer and placed on the dielectric ring, and between the first and second metal shields And a third metal shield having a bent inner edge portion secured to the cylindrical side wall. The bent inner edge portion of the third metal shield faces the outer surface of the inclined portion of the second metal shield.
[0014]
In the above apparatus, preferably, the horizontal portion of the first metal shield is opposed to the horizontal portion of the third metal shield with a predetermined gap (gap).
[0015]
In the above apparatus, the first metal shield and the first metal shield are preferably used.3The metal shield is made to be a single member.
[0016]
In the above apparatus, preferably, the process gas supplied to the vacuum chamber is supplied to the process chamber through a gas introduction hole of the third metal shield or a narrow gap between the third metal shield and the wafer holder.
[0017]
In the above device, preferably, the second metal shield and the third metal shield have a common surface area due to the increased capacitance between the two metal shields.
[0018]
In the above apparatus, the wafer holder is preferably provided so as to move up and down between a wafer processing level (height) and a wafer transfer level (height).
[0019]
In the above apparatus, the wafer holder is preferably fixed to the bottom of the reaction vessel so as to have its upper surface at the wafer transfer level.
[0020]
In the above apparatus, the first metal shield preferably has a window at the wafer transfer level for transferring the wafer.
[0021]
In the above apparatus, the window of the first metal shield preferably has a metal door that can move up and down.
[0022]
In the plasma-assisted sputter deposition apparatus according to the present invention having the above-described configuration, the third metal shield is fixed to the cylindrical side wall, and the second metal shield is disposed in an electrically floating state around the wafer. The problem which has arisen in connection with the apparatus of this can be solved. The surface area of interaction between the second metal shield disposed around the wafer and the third metal shield secured to the cylindrical sidewall is such that the capacitance between these two metal shields increases and Thereby, it is increased so as to strengthen the capacitive coupling of the return high-frequency current. In addition, the second metal shield placed around the wafer has a minimum surface area that is exposed to the plasma to minimize particle contamination.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. Details of the present invention will be made clear through the description of the embodiments.
[0024]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a two chamber plasma assisted sputter deposition apparatus. This sputter deposition apparatus has a
[0025]
The metal shields 12 and 13 are fixed to the inner part of the
[0026]
The
[0027]
Usually, the
[0028]
The two
[0029]
The thicknesses of these
[0030]
A partially enlarged cross-sectional view of the
[0031]
The distance from the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
Before the film formation by sputtering is started, the
[0035]
The
[0036]
If the deposition of the sputtered film on the
[0037]
Once the process on the
[0038]
The
[0039]
In the above-described configuration, since the two
[0040]
The
[0041]
As explained above, a plasma assisted sputter deposition apparatus with an improved shield configuration creates a stable plasma environment without creating electrical sparks within the reaction vessel, and against the plasma and wafer surfaces. Minimize particle contamination.
[0042]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the second embodiment is a modification of the first embodiment. A schematic diagram of the second embodiment is shown in FIG. According to the second embodiment, the
[0043]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is also a modification of the first embodiment. Here, only the configuration of the metal shields 12, 13 is changed. Therefore, only the configuration of the metal shields 12, 13 will be described. The metal shields 12 and 13 are fixed to the side wall of the
[0044]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 5 showing a cross-sectional view of the reaction vessel. In the configuration of the fourth embodiment, the metal shields 12, 13, 14, 25 and the
[0045]
According to the above-described configuration of the fourth embodiment, the
[0046]
Furthermore, the metal shields 12, 13 in the fourth embodiment can be replaced by a single metal shield, which is fixed to the cylindrical side wall. This improves the flow of return high frequency current to the ground terminal of the high frequency matching circuit.
[0047]
[Technical effects of the invention]
The plasma assisted sputter deposition apparatus according to the present invention prevents the peeling of the film deposited on the metal shield by preventing the occurrence of electrical sparks and reducing the influence of small vibrations. Contamination of the film and target material can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a plasma assisted sputter deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a peripheral portion of a wafer holder in the first embodiment.
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a second embodiment of the present invention in which the metal shield configuration is modified.
FIG. 4 shows a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention in which the configuration of the metal shield is modified.
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a fourth embodiment of the present invention, in which a metal shield and a wafer holder are fixed to a reaction vessel.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional plasma-assisted sputter deposition apparatus.
FIG. 7 shows an enlarged view of the edge portion of the wafer holder shown in FIG.
[Explanation of reference numerals in the figure]
11 Upper electrode
11a metalplate
11b Target plate
12, 13, 14 Metal shield
15 Wafer holder
16 wafers
17 Lower electrode
18 Dielectric ring
21 Cylindrical side wall
100 reaction vessel
101 process chamber
102 Vacuum chamber
Claims (9)
前記プロセスチャンバと前記真空チャンバの間に配置され、第2電極、誘電体リング、ウェハー固定機構を含み、その上にウェハーが搭載されるウェハーホルダと、
を備えるプラズマ支援スパッタ成膜装置において、
前記反応容器の側部を形成する円筒形側壁と、
前記円筒形側壁も内側表面を覆うように前記円筒形側壁に固定された第1金属シールドと、
前記ウェハーの周りに位置しかつリング形状で前記誘電体リング上に配置されるように電気的浮遊状態で前記ウェハーホルダ上に配置され、傾斜部を備えた第2金属シールドと、
前記第1金属シールドと前記第2金属シールドの間に配置されるように前記円筒形側壁に固定され、曲げられた内縁部を有する第3金属シールドとを備え、
上記において、前記第3金属シールドの前記曲げられた内縁部は前記第2金属シールドの傾斜部の外面に対向していることを特徴とするプラズマ支援スパッタ成膜装置。A process chamber and a vacuum chamber, the process chamber having a first electrode with a target plate on the upper side, and plasma is generated based on radio frequency (rf) power supplied to the target plate in the process chamber; The vacuum chamber includes a reaction gas supply unit and a reaction vessel including an exhaust mechanism;
A wafer holder disposed between the process chamber and the vacuum chamber and including a second electrode, a dielectric ring, a wafer fixing mechanism, and a wafer mounted thereon;
In a plasma assisted sputter deposition apparatus comprising:
A cylindrical side wall forming the side of the reaction vessel;
A first metal shield secured to the cylindrical side wall so that the cylindrical side wall also covers the inner surface;
A second metal shield disposed on the wafer holder in an electrically floating state so as to be disposed around the wafer and in a ring shape on the dielectric ring;
A third metal shield secured to the cylindrical side wall to be disposed between the first metal shield and the second metal shield and having a bent inner edge;
In the above, the bent inner edge portion of the third metal shield is opposed to the outer surface of the inclined portion of the second metal shield.
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