JP5513529B2

JP5513529B2 - 成膜方法、成膜装置、および該成膜装置の制御装置

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Publication number: JP5513529B2
Application number: JP2011551876A
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Inventors: 絢介山本
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Description

本発明は、半導体装置や磁性記憶媒体などの製造工程において、基板に材料を堆積するために用いられる成膜方法、成膜装置（例えば、スパッタリング装置）、および該成膜装置の制御装置に関する。

近年、スパッタリング現象を利用して薄膜を作製し、その薄膜を加工してデバイス等に応用することが産業上広く行なわれている。スパッタリング現象は、タ−ゲットに高エネルギーイオンを入射させることにより、タ−ゲットからスパッタ粒子（中性粒子）を発生させ、基板上にスパッタ粒子を堆積させる現象である。

スパッタリング成膜装置では、通常、ターゲットと基板の間に、シャッターと呼ばれる開閉自在な遮蔽板が設けられている。このシャッターを用いて真空容器内のプラズマの状態が安定化するまで、成膜処理が開始されないように成膜開始のタイミングを制御することが行なわれている。すなわち、高電圧がターゲットに印加されプラズマが発生してから安定するまでの間、基板へ成膜が行なわれないようにシャッターを閉じておく。そして、プラズマが安定してからシャッターを開き成膜を開始することが行なわれている。このようにシャッターを用いて成膜の開始を制御すると、安定したプラズマを用いて制御性良く基板上へ成膜出来るので、高品質な膜を成膜することができる。

特許文献１には、タ−ゲットに誘起されるセルフバイアス電圧を検出し、セルフバイアスが安定した時点で基板とタ−ゲット間に配置されたシャッターを開くことで膜質や膜厚の再現性に優れた薄膜の成膜が可能な高周波スパッタリング装置と方法が開示されている。特許文献２には、スパッタカソードにそのスパッタ面の側方を取囲む筒形のカソードカバーを設け、さらにこのカソードカバーの開口端部に開閉可能な前記シャッターを設けたスパッタリング装置が開示されている。引用文献２のスパッタリング装置では、ターゲットクリーニングなど成膜開始前のシャッターを閉じた状態での放電時における、スパッタ粒子の廻りこみを少なくすることができる。

特開平４−２１８６７１号公報特開平８−２６９７０５号公報

しかし特許文献１に示されるスパッタリング成膜装置および方法では、セルフバイアスが安定した時点で基板とタ−ゲット間に配置されたシャッターを開くことで膜質や膜厚の再現性に優れた薄膜の成膜が可能だが、基板上へのパーティクル低減については言及されていない。また特許文献２に示される成膜装置も、シャッターを閉じた状態でのスパッタ粒子の廻りこみについては改善されているが、シャッターを開いて成膜をおこなった場合の基板上へのパーティクルの問題については言及されていない。
近年の微細化、薄層化の進んだ半導体デバイスや磁性記憶媒体の生産において、パーティクルの影響は大きくなってきており、このためパーティクルの低減が求められている。

本発明の第１の態様は、ターゲットをスパッタして基板上に成膜を行なう成膜方法であって、ターゲットを保持したターゲットホルダーに、該ターゲットホルダーに接続された電源より成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加して、第１の放電空間にて放電を引き起こす第１のステップと、前記第１のステップで引き起こされた放電を続けながら、放電空間を前記第１の放電空間から該第１の放電空間よりも大きな第２の放電空間にする第２のステップと、前記第２の放電空間について、前記電源より前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加する第３のステップと、前記第２の空間に対して遮蔽されている前記基板を、前記第２の放電空間に開放する第４のステップとを有することを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、成膜装置であって、ターゲットを保持するためのターゲットホルダーと、前記ターゲットホルダーにパワーを印加するパワー印加手段と、基板を保持させるための基板ホルダーと、前記ターゲットホルダーを取り囲むように構成された中空部を有し、接地されたシールドであって、該中空部を該シールドの外部と連通するための開口部が形成されたシールドと、前記開口部を覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第１の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第２の位置との間を移動可能に構成された第１の遮蔽部材と、前記基板ホルダーの基板保持面を少なくとも覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第３の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第４の位置との間を移動可能に構成された第２の遮蔽部材と、前記パワー印加手段、前記第１及び第２の遮蔽部材の移動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の遮蔽部材が前記第１の位置に位置し、かつ前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で、前記ターゲットホルダーに成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御し、次いで、前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で前記第１の遮蔽部材を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させるように前記第１の遮蔽部材の移動を制御し、次いで、前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御するように構成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の第３の態様は、ターゲットを保持するためのターゲットホルダーと、前記ターゲットホルダーにパワーを印加するパワー印加手段と、基板を保持させるための基板ホルダーと、前記ターゲットホルダーを取り囲むように構成された中空部を有し、接地されたシールドであって、該中空部を該シールドの外部と連通するための開口部が形成されたシールドと、前記開口部を覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第１の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第２の位置との間を移動可能に構成された第１の遮蔽部材と、前記基板ホルダーの基板保持面を少なくとも覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第３の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第４の位置との間を移動可能に構成された第２の遮蔽部材とを備える成膜装置を制御するための制御装置であって、前記第１の遮蔽部材が前記第１の位置に位置し、かつ前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で、前記ターゲットホルダーに成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御する手段と、前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーを印加することによって、前記中空部と前記第１の遮蔽部材との間の第１の放電空間にて引き起こされた放電を続けながら、前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で前記第１の遮蔽部材を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させるように前記第１の遮蔽部材の移動を制御する手段と、前記第１の遮蔽部材が前記第２の位置に位置し、かつ前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で、前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御する手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、成膜時の基板へのパーティクルの低減を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。本発明の一実施形態に係る成膜方法のフロー図である。本発明の一実施形態に係る成膜方法を適用した場合の各装置の状態図である。

図１を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜装置１の全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１の概略図である。

スパッタ成膜装置１は、ゲートバルブ４２を有し真空排気可能な真空チャンバー２と、真空チャンバー２と排気口を介して隣接して設けられた排気チャンバー８と、排気チャンバー８を介して真空チャンバー２内を排気する排気装置と、を備えている。ここで、排気装置は、メインバルブ４７を介して排気チャンバー８に接続されたターボ分子ポンプ４８を有する。また、排気装置のターボ分子ポンプ４８には、更に、ドライポンプ４９が接続されている。なお、排気チャンバー８の下方に排気装置が設けられているのは、装置全体のフットプリント（占有面積）を出来るだけ小さくするためである。

真空チャンバー２内には、ターゲット４をバックプレート５を介して保持するターゲットホルダー６が設けられている。ターゲットホルダー６の近傍には、開口部を持つターゲットシャッター１４がターゲットホルダー６を覆うように設置されている。ターゲットシャッター１４は、例えばＡｌやＳＵＳ等の導電性金属で形成されており、接地されている。ターゲットシャッター１４は、回転シャッターの構造を有している。ターゲットシャッター１４は、基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を遮蔽する閉状態（遮蔽状態）、または基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を開放する開状態（退避状態）にするための遮蔽部材として機能する。すなわち、ターゲットシャッター１４がターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間を遮蔽する第１の位置に位置する時がターゲットシャッター１４の閉状態となる。ターゲットシャッター１４が第１の位置に位置することにより、チムニー９の開口部（チムニー９の中空部とチムニー９の外部とを連結するための開口部）をターゲットシャッター１４により覆うことになり、ターゲットホルダー６は基板ホルダー７に対して遮蔽される。一方、ターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間を遮蔽しない第２の位置に位置する時がターゲットシャッター１４の開状態となる。

ターゲットホルダー６に設置されたターゲット４と基板ホルダー７に載置された基板１０の間に、ターゲットシャッター１４の開口部を位置合わせすることによって、ターゲットシャッター１４を開状態とすることができる。ターゲットシャッター１４には、ターゲットシャッター１４の開閉動作を行うためのターゲットシャッター駆動機構３３が設けられている。ターゲットホルダー６とターゲットシャッター１４の間の空間の、ターゲットホルダー６の周囲には、ターゲットホルダー６の周囲を取囲むように筒状シールドであるチムニー９が取り付けられている。ターゲットホルダー６に取り付けられたターゲット４のスパッタ面の前面のマグネトロン放電空間はチムニー９で取囲まれ、シャッターの開状態においてはターゲットシャッター１４の開口部に開口している。

なお、本実施形態では、ターゲットシャッター１４を回転可能に構成させているが、上記ターゲットシャッター１４の閉状態および開状態を確立するようにターゲットシャッター１４を上記第１の位置および第２の位置の間で移動可能であれば、いずれの構成を採用しても良い。例えば、ターゲットシャッター１４をスライド可能に構成し、ターゲットシャッター１４を第１の位置および第２の位置との間でスライドにより移動させても良い。

ターゲットホルダー６に取り付けられたターゲット４のスパッタ面の前面のマグネトロン放電空間がチムニー９で取囲まれ、さらにこのマグネトロン放電空間に向けてガス導入機構を設けておく場合、ターゲットシャッター１４を閉状態にしてガス導入すればターゲット前面の圧力を速やかに高くすることができるので、低圧力下の放電に際しては速やかに放電開始がしやすくなる。従ってスループットを向上させる効果がある。

本実施形態のような極薄膜でも良好な分布を得ることを目的としたオフセット配置のスパッタ装置においては、ターゲットは複数取り付けて切替えて使用することもできる。このような場合、ターゲットシャッター１４とチムニー９は複数のターゲット相互のクロスコンタミネーションを防止ないしは低減する目的でも用いられる。つまり、この場合ターゲットシャッター１４は、開状態とされたターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間の放電空間（プラズマ放電が起こる空間）から、他のターゲットホルダーを遮断する機能を持つ。

チムニー９は、例えばＡｌ等の導電性材料を用いて形成されており、接地されている。チムニー９は、ブラスト処理や溶射によりターゲットを臨むその表面に凸凹を形成することが付着するスパッタ粒子を保持する点から望ましい。またチムニー９のターゲットを臨む表面が、少なくともアルミナ、イットリア等の絶縁材料を例えば溶射で被覆されていることがさらに望ましい。ターゲット４を囲む部材としてのチムニー９のターゲットを臨む表面が少なくともアルミナ溶射で被覆されていることにより、アルミナ溶射で被覆されない場合よりも、チムニー９の表面電位がプラズマの電位に近くなる。すなわち、チムニー９のターゲットを臨む表面が少なくとも絶縁膜（例えば、アルミナ溶射により形成された絶縁膜）により被覆されていることにより、チムニー９の中空部分にマグネトロン放電空間を形成可能な構成において、該チムニー９の表面電位を該マグネトロン放電空間に生成されるプラズマの電位に近づけることができる。よって、プラズマ中の荷電粒子による衝撃を抑制するので、パーティクルをより一層低減することができる。また、チムニー９のターゲットを臨む表面が少なくともアルミナ溶射で被覆されることにより、チムニー９とターゲット４との間に発生する異常放電を抑制することができるので、パーティクルをより一層低減することができる。なお、本実施の形態の方法にかかわらず、チムニー９のターゲットを臨む表面が少なくとも絶縁膜の溶射により被覆されている場合には、チムニー表面が単に金属の溶射である場合よりもパーティクルが顕著に低減される結果が得られた。すなわち、本実施の形態では、ターゲットを保持したターゲットホルダーに、該ターゲットホルダーに接続された電源より成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加して、第１の放電空間にて放電を引き起こす第１のステップと、上記第１のステップで引き起こされた放電を続けながら、放電空間を上記第１の放電空間から該第１の放電空間よりも大きな第２の放電空間にする第２のステップと、上記第２の放電空間について、上記電源より上記ターゲットホルダーに上記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加する第３のステップと、上記第２の空間に対して遮蔽されている上記基板を、上記第２の放電空間に開放する第４のステップとを有するもので説明されている。しかしながら、パーティクルを低減する効果はこの方法をとる場合に限定されず、チムニー９の中空部分にマグネトロン放電空間を形成可能な構成において、チムニー９のターゲット４を臨む表面が少なくとも絶縁膜の溶射により被覆されている場合にパーティクル低減の効果を得ることができ、さらに本実施の形態の電力印加方法を組合せることで顕著な効果を得ることができる。

スパッタ面から見たターゲット４の背後には、マグネトロンスパッタリングを実現するためのマグネット１３が配設されている。マグネット１３は、マグネットホルダ３に保持され、図示しないマグネットホルダ回転機構により回転可能となっている。ターゲットのエロージョンを均一にするため、放電中には、このマグネット１３は回転している。ターゲット４は、基板１０に対して斜め上方に配置された位置（オフセット位置）に設置されている。すなわち、ターゲット４のスパッタ面の中心点は、基板１０の中心点の法線に対して所定の寸法ずれた位置にある。ターゲットホルダー６には、スパッタ放電用電力を印加する電源１２が接続されている。電源１２によりターゲットホルダー６に電圧が印加されると、放電が開始され、スパッタ粒子が基板に堆積される。ターゲット４の中心を通る基板ホルダー７の上面を含む平面の法線が該平面と交差する交点とターゲット４の中心点との距離をＴ／Ｓ距離と定義する（図１参照）と、本例では２４０ｍｍである。電源には、ＲＦ電源を用いるため、電源１２とターゲットホルダー６との間に図示しない整合器が設置されている。

ターゲットホルダー６は、絶縁体３４により接地電位の真空チャンバー２から絶縁されており、またＣｕ等の金属製であるので電力が印加された場合には電極となる。なお、ターゲットホルダー６は、図示しない水路を内部に持ち、図示しない水配管から供給される冷却水により冷却可能に構成されている。ターゲット４は、基板１０へ成膜したい材料成分を含んでいる。

ターゲット４とターゲットホルダー６との間に設置されているバックプレート５は、Ｃｕ等の金属から出来ており、ターゲット４を保持している。
また、真空チャンバー２内には、基板１０を載置するための基板ホルダー７と、基板ホルダー７とターゲットホルダー６の間に設けられた基板シャッター１９とが設けられている。該基板シャッター１９は基板シャッター支持機構２０により支持されており、該基板シャッター支持機構２０は、基板シャッター１９を開閉駆動する基板シャッター駆動機構３２に接続されている。ここで、基板シャッター１９は、基板ホルダー７の近傍に配置され、基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を遮蔽する閉状態、または基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を開放する開状態にするための遮蔽部材として機能する。すなわち、基板シャッター１９がターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間を遮蔽する第３の位置に位置する時が基板シャッター１９の閉状態となる。基板シャッター１９が第３の位置に位置することにより、該基板シャッター１９は基板ホルダー９の基板が保持される基板保持面を少なくとも覆うことになり、基板１０はターゲットシャッター１４側（例えば、後述の第２の放電空間）に対して遮蔽される。一方、ターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間を遮蔽しない第４の位置に位置する時が基板シャッター１９の開状態となる。

なお、本実施形態では、基板シャッター１９を回転可能に構成させているが、上記基板シャッター１９の閉状態および開状態を確立するように基板シャッター１９を上記第３の位置および第４の位置の間で移動可能であれば、いずれの構成を採用しても良い。例えば、基板シャッター１９をスライド可能に構成し、基板シャッター１９を第３の位置および第４の位置との間でスライドにより移動させても良い。

真空チャンバー２の内面は接地されている。ターゲットシャッター１４と基板ホルダー７の間の真空チャンバー２の内面には接地されたチャンバーシールド４０が設けられている。ここでいうチャンバーシールドとは、ターゲット４から放出されたスパッタ粒子が真空チャンバー２の内面に直接付着するのを防止し、真空チャンバーの内面を保護するために真空チャンバー２とは別体で形成され、定期的に交換したり、洗浄後再利用したりすることができる部材をいう。チャンバーシールド４０は、ターゲットシャッター１４の開口部と基板シャッター１９が遮蔽することができる位置との間の空間を少なくとも取囲むように位置している。接地されたチャンバーシールド４０は、高周波電力が印加されたターゲット４およびターゲットホルダー６に対して接地電極として作用することができる。またチャンバーシールド４０は、ターゲットシャッター１４の開口部と基板ホルダー７との間の空間を取囲むように位置していることが、プラズマの安定性の点からさらに望ましい。

基板ホルダー７の面上で、かつ基板１０の載置部分の外縁側（外周部）には、リング形状を有する遮蔽部材（以下、「基板周辺カバーリング２１」ともいう）が設けられている。基板周辺カバーリング２１は、基板ホルダー７上に載置された基板１０の成膜面以外の場所へスパッタ粒子が付着することを防止ないしは低減する。ここで、成膜面以外の場所とは、基板周辺カバーリング２１によって覆われる基板ホルダー７の表面のほかに、基板１０の側面や裏面が含まれる。基板ホルダー７には、基板ホルダー７を上下動したり、所定の速度で回転したりするための基板ホルダー駆動機構３１が設けられている。基板ホルダー駆動機構３１は、基板ホルダー７を上下動させることが可能である。

真空チャンバー２は、真空チャンバー２内へ不活性ガスを導入するための第１ガス導入口１５と、反応性ガスを導入するための第２ガス導入口１７と、真空チャンバー２の圧力を測定するための圧力計４１とを備えている。第１ガス導入口１５は、不活性ガス（例えばアルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンなど）を導入するための配管と、不活性ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー、不活性ガスの流れを遮断したり開始したりするためのバルブ類と接続されており、図示しない制御装置により指定される流量のガスを安定して真空チャンバー２内へ導入することができるように構成されている。また、第１ガス導入口１５は、必要に応じて減圧弁やフィルター等に接続されても良い。第１ガス導入口１５はターゲット４の近傍に位置している。第１ガス導入口１５は、ターゲット４の前面のマグネトロン放電の空間に向けて不活性ガスを導入できるように構成されている。

第２ガス導入口１７は、反応性ガス（例えば窒素、酸素など）を導入するための配管と、反応性ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー、反応性ガスの流れを遮断したり開始したりするためのバルブ類と接続されており、図示しない制御装置により指定される流量のガスを安定して真空チャンバー２内へ導入することができるように構成されている。また、第２ガス導入口１７は、必要に応じて減圧弁やフィルター等に接続されても良い。第２ガス導入口１７は基板１０の近傍に位置している。

なお、スパッタ成膜装置１は制御手段としてのコントローラｃｏｎを備え、シャッター１４，１９の駆動機構３２，３３及び電源１２を制御し、所定のタイミングでシャッター１４，１９を開閉、パワーを増減させる。また、スパッタ成膜装置１のコントローラｃｏｎは、例えば図２に示す本実施形態に係る方法のプログラムを記憶した記憶部８１、およびプロセス制御の演算処理を行う演算処理部８２を含み、コントローラｃｏｎは、図２に示すプログラムに従って本実施形態の方法を実行することができる。演算処理部８１は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やＰＬＣ、マイクロコンピュータ等で構成できる。

図２は、本実施形態の成膜方法のフロー図であり、図３は同方法を適用した場合の各装置の状態図（タイミングチャート）である。図２及び図３を用い、図１の装置を用いた場合の本実施形態に係る成膜方法について説明する。
まず、ターゲットシャッター１４（“第１のシャッター”とも呼ぶ）は閉状態である。すなわち、ターゲットシャッター１４は上記第１の位置に位置する。従って、ターゲットシャッター１４が開状態である場合は、コントローラｃｏｎは、ターゲットシャッター駆動機構３３を制御して、ターゲットシャッター１４によりターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間を遮蔽するようにターゲットシャッター１４を回転させ、ターゲットシャッター１４を閉状態とする。本実施形態では、ターゲットホルダー６はチムニー９により囲まれているので、該閉状態により、ターゲットシャッター１４、チムニー９、およびターゲット４に囲まれた空間が第１の放電空間となる。この第１の放電空間を、後の成膜時の放電空間（後述の第２の放電空間）よりも小さくすることによって、着火時において放電しやすくすることができる。

また、基板シャッター１９（“第２のシャッター”とも呼ぶ）も閉状態である。すなわち、基板シャッター１９は上記第３の位置に位置する。従って、基板シャッター１９が開状態である場合は、コントローラｃｏｎは、基板シャッター駆動機構３２を制御して、基板シャッター１９によりターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間を遮蔽するように基板シャッター１９を回転させ、基板シャッター１９を閉状態とする。

第１ステップＳ１として、コントローラｃｏｎは、電源１２を制御して、ターゲット４を保持したターゲットホルダー６に第１のパワー（電力）を印加する。この第１のパワー印加により、第１の放電空間にて放電が引き起こされる。この第１ステップＳ３１の印加パワー（第１のパワー）は成膜パワーより小さいパワーであればよく、また安定に放電開始できる程度であれば良い。次に第１ステップＳ１の印加パワーによる放電を続けながら、第２ステップＳ２として、コントローラｃｏｎは、ターゲットシャッター駆動機構３３を制御して、ターゲット４と基板１０との間を開閉可能な第１のシャッター（ターゲットシャッター１４）を開く。すなわち、ターゲットシャッター駆動機構３３は、第１のシャッターを回転して、該第１のシャッターを上記第１の位置から上記第２の位置に移動させ、ターゲットホルダー６（すなわち、ターゲット４）を基板ホルダー７側に開放する（ターゲットシャッター１４を開状態とする）。このようにターゲットシャッター１４を開状態とすることにより、例えば真空チャンバー２内のターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間の領域でも放電可能となる。よって、第２ステップＳ２により、放電空間は、第１の放電空間から、該第１の放電空間よりも大きい第２の放電空間となる。

次に第３ステップＳ３として、コントローラｃｏｍは、電源１２を制御して、上記ターゲットホルダー６に印加されたパワーを第１のパワーから該第１のパワーよりも大きい第２のパワーに増大させる。第３のステップＳ３での印加パワー（第２のパワー）は成膜パワーまで増大させることが次の基板への成膜の安定性のために望ましい。次に第４のステップＳ４として、コントローラｃｏｍは、基板シャッター駆動機構３２を制御して、第１のシャッター（ターゲットシャッター１４）よりも基板１０に近い位置にある開閉可能な第２のシャッター（基板シャッター１９）を開き、基板１０への成膜開始となる。すなわち、基板シャッター駆動機構３２は、第２のシャッターを回転して、該第２のシャッターを上記第３の位置から上記第４の位置に移動させ、基板ホルダー７（すなわち、基板１０）をターゲットホルダー６側に開放する（基板シャッター１９を開状態とする）。このように基板ホルダー７を開状態とすることにより、基板ホルダー７（すなわち、基板１０）は上記第２の放電空間に開放される。よって、スパッタ粒子が基板１０に到達することができ、基板１０上で成膜が行われる。
このようなフローで成膜開始することにより、顕著なパーティクル低減を行なうことが
できる。

ここで、本実施形態で行う成膜開始フローとその結果として得られる顕著なパーティクル低減ができた事情について説明する。
放電開始に有利なようにターゲット４前面の放電空間をチムニー９で取り囲み第１のシャッター（ターゲットシャッター１４）を閉じた状態で該放電空間（第１の放電空間）にガス導入してターゲットホルダー６に高周波電力を印加して放電開始した状態では、プラズマはターゲット４、チムニー９、ターゲットシャッター１４に閉じ込められた状態にある。周知のように、ターゲットが絶縁性材料であっても高周波は伝播しプラズマを発生させセルフバイアス電圧を生じる。本実施形態では、チムニー９およびターゲットシャッター１４を接地しているので、チムニー９やターゲットシャッター１４は接地電極として働く。ターゲットシャッター１４は駆動機構により回転する構造であるため、必ずしも高周波的に完全に接地しているとは限らないが、チムニー９は接地されていると考えて良い。

便宜上、本明細書では、シースを介してプラズマに面したターゲット４の表面の面積を高周波印加電極面積とする。前述のようなターゲットシャッター１４を閉じて放電開始した状態では、接地電極面積は最も大きく考えてもチムニー９の内壁面とターゲットシャッター１４のターゲット４と対向した面との合計面積である。このように高周波印加電極面積に対して接地電極面積が比較的小さい場合、ターゲット４だけでなくチムニー９やターゲットシャッター１４に対しても無視できない電圧がかかることがある。この場合の電圧とは、プラズマ電位と電極との電位差に起因するものである。

さて、高周波印加電極面積に対して接地電極の面積が大きくなるほど、プラズマ電位と接地電極との電位差は小さくなる。一方で、高周波印加電極面積に対して接地電極面積が接近した場合、時には高周波印加電極（ここでは、ターゲット４）に対して印加される電圧と同じ程度の電圧が接地電極に対してもかかることがある。ターゲットシャッター１４を開放した場合（ターゲットシャッター１４を開状態とする場合）、ターゲットシャッター１４とチャンバーシールド４０との間にもプラズマは広がる。高周波印加電極面積は一定なのに対して、プラズマから見た接地電極の面積はターゲットシャッター１４が閉じた状態（閉状態）と開放された状態（開状態）とでは大きく変化する。すなわち、本実施形態では、「高周波印加電極面積／接地電極面積」は、「ターゲットシャッター１４が閉じた場合（閉状態）」＞「ターゲットシャッター１４が開放された場合（開状態）」、という関係になる。高周波印加電極面積に対して接地電極面積が増大するということは、接地電極に対する電圧を下げる効果がある。

チムニー９とプラズマとの電位差が大きい場合、プラズマ中のイオンはチムニー９とプラズマとの電位差に応じてチムニー９の内表面に入射する。該電位差が大きければ、チムニー９の内表面に入射するイオンはチムニー９表面やターゲットシャッター１４のターゲット対向面をスパッタし、パーティクルが生じる。
ターゲットシャッター１４を閉じた状態で放電開始するとき（第２ステップＳ２）、相対的に小さい第１の放電空間が形成されることになり、接地電極は、該第１の放電空間を区画するためのチムニー９およびターゲットシャッター１４となる。よって、高周波印加電極面積に対して接地電極面積は比較的小さくなる。しかしながら、このとき第１のパワーとしてなるべく低い印加電力（パワー）で放電開始すれば、接地電極としてのチムニー９と第１の放電空間に生成されたプラズマとの電位差を小さくすることができるで、チムニー９表面やターゲットシャッター１４のターゲット対向面に対するイオン衝撃によるパーティクル発生を低減することができる。

一方、ターゲットシャッター１４を開放したあとに印加電力を上昇させても（第３ステップＳ３）、パーティクルは増大しない。すなわち、ターゲットシャッター１４の開状態では、接地電極はチムニー９、ターゲットシャッター１４、およびチャンバーシールド４０を含む。よって、ターゲットシャッター１４を開状態にすることにより、高周波印加電極面積は変わらないが、放電空間は第１の放電空間よりも大きい第２の放電空間となり、接地電極面積が大きくなる。従って、プラズマ電位と接地電極の電位との電位差を小さくすることができ、チムニー９内表面やチャンバーシールド４０の表面に問題となるほどのエネルギーでイオンが入射しないようにすることができる。基板シャッター１９を閉じた状態から開放するときには、ターゲットシャッター１４を閉じた状態から開放するときのような高周波印加電極面積に対する接地電極面積比の大幅な変化はないため、パーティクル増加の問題はほとんど生じない。

なお、本実施形態ではオフセット配置のスパッタ装置について説明しているが、本発明の効果を得るためこれは必ずしも必要な条件ではない。本発明の効果は、少なくとも２枚の遮蔽部材（例えば、シャッター）を必要とし、しかも少なくとも１枚の遮蔽部材がターゲット近傍に設けられ、他の少なくとも１枚の遮蔽部材が基板近傍に設けられる構成に適用できるものである。特にターゲットと基板との距離が離れているロングスロースパッタでは、ターゲット近傍の遮蔽部材と基板近傍の遮蔽部材の距離、あるいは、ターゲット近傍の遮蔽部材と基板ホルダー上に載置された基板との距離が大きくなる。よって、ターゲット近傍の遮蔽部材を開放したときの接地面積の変化が大きいため、その効果は大きい。

ターゲット近傍に設けられる遮蔽部材（例えば、シャッター）のターゲット側に設けられたシールド（例えば、チムニー）については、放電開始改善やクロスコンタミネーションの低減に役に立つ。その形状はその機能を持つ限り本実施形態に束縛されない。すなわち、上記チムニーといったシールドは、ターゲットホルダーを取り囲むように構成された中空部、および該中空部を外部と連通するための開口部を有する部材であり、接地可能な部材であればいずれの部材であっても良い。該開口部は、ターゲットシャッターといった遮蔽部材により選択的に遮蔽される。

なお、ターゲットシャッター１４を閉じた状態から開放する状態へと変化させるときの印加電力は重要である。このときの印加電力が小さいほどパーティクル増加は抑制できるからである。おそらくはターゲットシャッター１４が閉じた状態から開放されるときに印加電力がより大きいほど、より大きくプラズマの状態が変化することが原因である可能性がある。

図３のタイミングチャートにおいて、横軸は時間であり、縦軸はそれぞれ第１のシャッターの開閉状態、第２のシャッターの開閉状態、そして電源１２からターゲットホルダー６への印加電力の状態を示す。
時間Ｔ１において、成膜パワー（第２のパワー）より小さくかつ安定に放電開始できるような第１のパワー（例えば１００Ｗ）が印加される（第１ステップＳ１）。次に時間Ｔ２において第１のシャッターを開く（第２ステップＳ２）。時間Ｔ２で印加される第１のパワーは成膜パワーである第２のパワーより小さくかつ安定に放電開始できるようなパワーであることがパーティクル低減のために必要である。次に時間Ｔ３から時間Ｔ４にかけて、印加電力を、第２のパワーまで増大させる（第３ステップＳ３）。該第２のパワーは、望ましくは成膜工程で使用する成膜パワー（例えば８００Ｗ）である。そして時間Ｔ５において第２のシャッターを開き、成膜工程を開始する（第４ステップＳ４）。

なお、第３ステップＳ３（時間Ｔ３から時間Ｔ４まで）の印加パワーの増大は、段階的又は連続的にスローアップさせるものであることがさらに望ましい。段階的又は連続的にスローアップさせることにより、電源１２の負担を低減できることのほかに、整合機による整合を安定して行なうことができるからである。低パワーと高パワーではプラズマのインピーダンスが異なるため、整合機は異なるパラメータをとる必要がある。パラメータの調整は、一般的には可変コンデンサ容量等をハード的に自動変更することで実行される。パワーが大幅に変更されると可変コンデンサ容量等の変更も大きくなるため、最適値になるまでにタイムラグが発生するので、その間にプラズマが不安定になることがある。そのような場合には特に、印加パワーの増大は、段階的又は連続的にスローアップさせることが望ましい。スローアップにどの程度に時間をかけるかについては、製品のスループットが許容する範囲内であり、整合機等の性能が追随できる範囲内であればよい。

また、第１ステップＳ１において重要なことは、第１の放電空間において、パーティクルの発生を低減して放電を起こさせることにあり、接地電極の電位とプラズマ電位との電位差を大きくしないことを本質としている。よって、第１のパワーとしては、安定に放電開始ができ、かつ該電位差があまり大きくならないような低パワーであれば良い。該要件を満たせば、図３の時間Ｔ１から時間Ｔ２において、第１のパワーを段階的または連続的に増減させても良い。

（実施例）
図１に示す装置を用い、ターゲットにＡｌ_２Ｏ_３、ターゲットを臨む表面がアルミナ溶射で被覆されているチムニー（筒状シールド）９を用いて、ＲＦスパッタリングをした。第１ガス導入口１５から導入する不活性ガスとしてアルゴンを用いた。基板１０への成膜時のＲＦパワー（第２のパワー）は８００Ｗとした。ここで、パワー印加開始時の設定を１００Ｗ（第１のパワー）とした。１００Ｗ（第１のパワー）でパワーを印加した後（第１ステップＳ１）、第１のシャッターを開いた（第２ステップＳ２）。第１のシャッターを開いた後、印加パワーを基板成膜時の８００Ｗ（第２のパワー）に増大させた（第３ステップＳ３）。パワー増大した後、第２のシャッターを開き、基板への成膜を開始した（第４ステップＳ４）。本実施例では、成膜された基板上のパーティクル数は１９個となり、後述する比較例との比較からも分かるように、本発明によりパーティクル数の低減が実現された。

（比較例）
上記実施例と同様に、ターゲットにＡｌ_２Ｏ_３、ターゲットを臨む表面がアルミナ溶射で被覆されているチムニー（筒状シールド）を用いて、ＲＦスパッタリングをした。上記実施例と同様に不活性ガスとしてアルゴンを用いた。基板への成膜時のＲＦパワーは８００Ｗとした。ＲＦパワーを８００Ｗに設定し、パワーを印加した後、前記第１のシャッターを開き、続いて第２のシャッターを開いて成膜を行った。そのとき、成膜された基板上のパーティクル数は４９６個であった。

（その他の実施形態）
本発明では、スパッタ成膜装置１の制御装置としてのコントローラｃｏｎは、スパッタ成膜装置１に内蔵されても良いし、該スパッタ成膜装置１と別個に設けても良い。別個に設ける場合は、コントローラｃｏｎとスパッタ成膜装置１とを、ＬＡＮ等によるローカルな接続またはインターネットといったＷＡＮ接続等による、有線接続または無線接続等により接続して、コントローラｃｏｎがスパッタ成膜装置１と通信可能に構成すれば良い。

また、前述した実施形態の機能を実現するように前述した実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記憶させ、該記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。即ちコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も実施例の範囲に含まれる。また、前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体はもちろんそのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。

かかる記憶媒体としてはたとえばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。

また前述の記憶媒体に記憶されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウエア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作し前述の実施形態の動作を実行するものも前述した実施形態の範疇に含まれる。

Claims

ターゲットをスパッタして基板上に成膜を行なう成膜方法であって、
ターゲットを保持したターゲットホルダーと基板を保持した基板ホルダーとの間を遮蔽する第３の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第４の位置との間で移動可能な第２の遮蔽部材を前記第３の位置に位置させることにより前記基板を遮蔽するとともに、前記ターゲットホルダーに、該ターゲットホルダーに接続された電源より成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加して、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第１の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第２の位置との間で移動可能な第１の遮蔽部材を前記第１の位置に位置させることにより形成されている第１の放電空間にて放電を引き起こす第１のステップと、
前記第１のステップで引き起こされた放電を続けながら、前記第１の遮蔽部材を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることによって、放電空間を前記第１の放電空間から該第１の放電空間よりも大きな第２の放電空間にする第２のステップと、
前記第２の放電空間について、前記電源より前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加する第３のステップと、
前記第２の遮蔽部材を前記第３の位置から前記第４の位置に移動させることによって、前記第２の遮蔽部材により前記第２の空間に対して遮蔽されている前記基板を、前記第２の放電空間に開放する第４のステップと
を有することを特徴とする成膜方法。
前記第３のステップは、前記ターゲットホルダーに印加されるパワーを、前記第１のパワーから前記第２のパワーまで増大させることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
前記第３のステップは、前記ターゲットホルダーに印加されるパワーを段階的又は連続的に増大させることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
前記第４のステップの後に、続けて前記基板上への成膜を行なうことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
ターゲットを保持するためのターゲットホルダーと、
前記ターゲットホルダーにパワーを印加するパワー印加手段と、
基板を保持させるための基板ホルダーと、
前記ターゲットホルダーを取り囲むように構成された中空部を有し、接地されたシールドであって、該中空部を該シールドの外部と連通するための開口部が形成されたシールドと、
前記開口部を覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第１の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第２の位置との間を移動可能に構成された第１の遮蔽部材と、
前記基板ホルダーの基板保持面を少なくとも覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第３の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第４の位置との間を移動可能に構成された第２の遮蔽部材と、
前記パワー印加手段、前記第１及び第２の遮蔽部材の移動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１の遮蔽部材が前記第１の位置に位置し、かつ前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で、前記ターゲットホルダーに成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御し、次いで、前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で前記第１の遮蔽部材を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させるように前記第１の遮蔽部材の移動を制御し、次いで、前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
前記シールドは導電性を有し、
前記シールドの中空部の前記ターゲットホルダーを臨む表面が溶射により形成された絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
前記制御手段は、前記第２のパワーを印加する際に、前記ターゲットホルダーに印加されるパワーを、前記第１のパワーから前記第２のパワーまで増大させるように前記パワー印加手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
ターゲットを保持するためのターゲットホルダーと、
前記ターゲットホルダーにパワーを印加するパワー印加手段と、
基板を保持させるための基板ホルダーと、
前記ターゲットホルダーを取り囲むように構成された中空部を有し、接地されたシールドであって、該中空部を該シールドの外部と連通するための開口部が形成されたシールドと、
前記開口部を覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第１の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第２の位置との間を移動可能に構成された第１の遮蔽部材と、
前記基板ホルダーの基板保持面を少なくとも覆うことにより前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽する第３の位置と、前記ターゲットホルダーと前記基板ホルダーとの間を遮蔽しない第４の位置との間を移動可能に構成された第２の遮蔽部材とを備える成膜装置を制御するための制御装置であって、
前記第１の遮蔽部材が前記第１の位置に位置し、かつ前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で、前記ターゲットホルダーに成膜時に印加される成膜パワーよりも小さな第１のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御する手段と、
前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーを印加することによって、前記中空部と前記第１の遮蔽部材との間の第１の放電空間にて引き起こされた放電を続けながら、前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で前記第１の遮蔽部材を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させるように前記第１の遮蔽部材の移動を制御する手段と、
前記第１の遮蔽部材が前記第２の位置に位置し、かつ前記第２の遮蔽部材が前記第３の位置に位置する状態で、前記ターゲットホルダーに前記第１のパワーよりも大きな第２のパワーを印加するように前記パワー印加手段を制御する手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
コンピュータを請求項８に記載の制御装置として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、請求項９に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。