JP5654939B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置に関し、詳しくは、チャンバ内壁への成膜を防止する防着板の技術に関する。

スパッタリング装置は、対象物の表面に薄膜を作成する成膜装置として、産業の各分野で盛んに使用されている。特に、ＬＳＩを始めとする各種電子デバイスの製造では、各種導電膜や絶縁膜の作成にスパッタリング装置が多用されている（例えば、特許文献１参照）。

こうした従来のスパッタリング装置の一例を図３に示す。
スパッタリング装置５０は、チャンバ５１を有しており、このチャンバ５１の内部空間にあって、上方の位置には、ターゲット５２が配置されている。また、チャンバ５１の内部空間にあって、下方の位置には（チャンバ５１の壁面と絶縁した状態で）ステージ５３が取り付けられており、このステージ５３に基板（被成膜物）５８が載置される。

ターゲット５２にはスパッタ電源６１が接続されており、チャンバ５１は接地電位に接続されている。そして、スパッタ電源６１からターゲット５２に負電圧を印加することにより、ターゲット５２の表面からターゲット５２を構成する物質がスパッタリング粒子となって飛び出す。

こうしたスパッタリングによる成膜の際に、ターゲット５２から放出されるスパッタリング粒子は、基板（被成膜物）５８の表面のみならず、チャンバ５１内の露出面にも堆積する。スパッタリング粒子がチャンバ５１の内壁に堆積することを防止するために防着板が配置されている。

この防着板は、例えばアルミニウム合金の表面にアルマイト加工したものなどから構成され、チャンバ５１の鉛直方向に沿ってチャンバ５１の内壁を取り巻く略筒状の上部防着板５７や、ステージ５３の周縁を取り巻くように形成されたリング状の下部防着板５６などが配されている。下部防着板５６の上面５６ａは、チャンバ５１内の形状に合わせて鈍角の段差が形成されている。

特開２００２−１２９３２０号公報

スパッタリング装置（成膜装置）では、成膜時の高温環境（例えば３００℃〜４００℃）と、成膜終了後の室温環境との温度差が大きいため、防着板は温度上昇や温度低下のたびに膨張、収縮を繰り返す。ゆえに、防着板に成膜された薄膜は剥がれ易く、また、硬い薄膜（硬質膜）である場合、薄膜の割れを起こしたりすることになる。

特に、従来は下部防着板のターゲットに面した上面に、角度のある段差が形成されていたために、この段差部分に膨張、収縮時の応力が集中しやすく、堆積した薄膜が剥離してパーティクルが大量発生しやすいという課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、スパッタリングによって防着板に堆積した堆積物が、膨張、収縮時の応力が加わっても剥離し難くすることで、チャンバ内のパーティクルの拡散を抑制することが可能な成膜装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は次のような成膜装置を提供する。
即ち、本発明の成膜装置は、ターゲットを収容するチャンバと、該ターゲットの一面に所定の間隔を空けて対面して配された、被成膜物を載置するステージと、該ステージと前記ターゲットとの間で前記チャンバの内周面に沿って略鉛直方向に広がる筒状の上部防着板と、前記ステージの周縁を囲み、前記ステージから前記チャンバの内周面に向かって広がるリング状の下部防着板と、前記下部防着板を鉛直方向に沿って上下動させるリフトと、を少なくとも備えた成膜装置であって、前記下部防着板は、前記ターゲットに臨む上面側が、前記ステージに近接する位置から、少なくとも前記上部防着板の下端に重なる位置まで平坦面で構成され、かつ、前記上面側とは反対の下面側には、前記上面側から遠ざかる方向に突出した突条が形成されてなり、前記突条と係合する溝部が形成され前記下部防着板の下面側と当接する底部防着板を備え、前記下部防着板の外周面に当接して、前記下部防着板を水平方向に付勢する弾性部からなる複数のガイド部材を更に備えたことを特徴とする。

前記複数のガイド部材は、前記リフトの一端に設けられ、前記下部防着板を支持する支持部材から、該下部防着板を着脱可能にするローラを更に備えていればよい。また、前記下部防着板の平坦面は、水平面に対して５°〜２０°の範囲で傾斜していればよい。

前記下部防着板は、全体が金属の削り出しによって形成され、表面にブラスト処理が施されると共に、溶射膜で覆われていればよい。
また、前記下部防着板の内径は、前記ステージに載置される被成膜物の直径に対して、−５ｍｍ〜＋２０ｍｍの範囲に設定されればよい。

前記リフトは、前記下部防着板を鉛直方向に沿って２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で上下動させればよい。

本発明の成膜装置によれば、スパッタリング材料の堆積が多い下部防着板の上面側を平坦面とすることによって、大きな温度差による下部防着板の膨張、収縮が繰り返されても、下部防着板の上面側の特定部分に応力が集中することが無い。従って、平坦面に堆積した堆積物が剥離しにくくなり、基板が堆積物により汚染されることを確実に防止することが可能になる。

本発明の一実施形態の成膜装置を示す断面図である。 下部防着板の近傍付近を示す断面図である。 従来の成膜装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る成膜装置について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために、一例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の成膜装置の一例であるスパッタリング装置の一構成例を示す平面図である。
スパッタリング装置（成膜装置）１０は、チャンバ（真空槽）１１を備えている。このチャンバ１１の内部空間にあって、鉛直方向の上方には、ターゲット１２が配置されている。また、チャンバ１１の内部空間にあって、下方には、例えばチャンバ１１と絶縁した状態でステージ１３が形成されている。

こうしたステージ１３は、被成膜物、例えばシリコンウェーハなどの基板（被成膜物）１８を支持する。なお、ステージ１３の内部には、例えば吸着機能を有する電極が配置されており、チャンバ１１内を真空排気し、チャンバ１３上に基板１８を載置し、吸着電極に電圧を印加すると、基板１８はステージ１３の表面に静電吸着されるようになっていればよい。

ターゲット１２にはスパッタ電源２１が接続されており、ターゲットの大気側には回転盤が設置され、回転盤には永久磁石が固定されターゲットの真空側に磁場を与えている。チャンバ１１は接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。チャンバ１１内部を真空排気し、ステージ１３上に基板１８を静電吸着した後、チャンバ１１内にスパッタリングガス（たとえば、混合ガス（アルゴンガス＋窒素ガス））を導入し、スパッタ電源２１を起動してターゲット１２に負電圧を印加することにより、ターゲット１２表面近傍にプラズマが発生する。このプラズマ中に生じた電離したイオンがターゲット１２に入射すると、ターゲット１２の表面からターゲット１２を構成する物質がスパッタリング粒子Ｓとなってチャンバ１１内に飛び出す。

スパッタリング装置１０では、ターゲット１２の周囲を囲うようにアースシールド１５が設置されると共に、ターゲット１２とステージ１３との間に位置する空間を取り囲むように、上部防着板（上部シールド）１６、および下部防着板（下部シールド）１７がそれぞれ配されている。こうしたアースシールド１５、上部防着板１６、および下部防着板１７はアノードを構成し、何れもチャンバ１１と同じ電位である接地電位（ＧＮＤ）に置かれている。この結果、基板や防着板にはターゲット１２を構成する材料、およびスパッタリングガス材料からなる薄膜が形成される。

一方、ステージ１３には、バイアス電源２２によって高周波パワーが印加されており、基板１８はセルフバイアスによって負電位に置かれている。従って、プラズマ中の電子はアノードに引きつけられ、ターゲット１２から飛び出した正電荷を有するスパッタリング粒子や、電離したＡｒ陽イオンは、基板１８に引きつけられる。このため正電荷を有するスパッタリング粒子や電離したＡｒ陽イオンは、基板１８の表面に衝突して、基板に成膜された材料をエッチングする効果を発生させる。

このようなスパッタリング装置１０では、成膜の際、ターゲット１２から放出されるスパッタリング粒子がチャンバ１１内に拡散する。こうしたスパッタリング粒子のチャンバ１１内壁への付着、堆積を防止するために、上部防着板１６、および下部防着板１７が配されている。

このうち、上部防着板１６は、例えば、ステージ１３とターゲット１２との間で、チャンバ１１の内周面（側壁）１１ａに沿って略鉛直方向に広がる筒状に形成されている。即ち、上部防着板１６は、チャンバ１１の内周面に沿って上下方向に広がり、下端領域が屈曲していればよい。

一方、下部防着板１７は、ステージ１３の周縁領域（エッジ部）を囲み、このステージ１３からチャンバ１１の内周面（側壁）１１ａに向かって広がるリング状に形成されている。
また、下部防着板１７の底部には、この下部防着板１７の底面側と嵌合する底部防着板１９が形成されている。こうした下部防着板１７とその周辺の構成は後ほど詳述する。

図２は、スパッタリング装置（成膜装置）における下部防着板付近を拡大して表示した断面図である。この図２おいて、下部防着板は、リング状の周回方向に垂直な断面として示されている。
下部防着板１７は、ターゲット１２（図１参照）に臨む上面側１７ａが、ステージ１３に近接する位置である内周縁１７ｃから、少なくとも上部防着板１６の下端１６Ｅに重なる位置まで平坦面３１で構成されている。こうした平坦面３１は、例えば、水平面に対する角度θが５°〜２０°の範囲で、内周縁１７ｃからチャンバ１１の内周面（側壁）１１ａに向かって広がる傾斜面であればよい。
なお、ここでいう平坦面とは、面内で凹凸や角度を持った突条、段差などがなく、一様に広がる面である。

下部防着板１７の平坦面３１よりも外周側は、上方に向かって立ち上がり、上端領域が上部防着板１６の外側に重なるように傾斜している。こうした下部防着板１７が上方に立ち上がった部分の外周は、外周面１７ｄとされる。

一方、下部防着板１７の上面側１７ａとは反対の下面側１７ｂには、上面側１７ａから遠ざかる方向に突出した突条３２が形成されている。また、下部防着板１７の下面側１７ｂの外周領域には、上面側１７ａに向けて切欠部３３が形成されている。

底部防着板１９は、上面側１９ａで下部防着板１７の下面側１７ｂと接する。そして、底部防着板１９には、下部防着板１７の突条３２に係合する溝部３６が形成されている。こうした構成によって、下部防着板１７と底部防着板１９とは、屈曲したラビリンス構造で噛み合わされ、底部防着板１９よりも下側（例えば、チャンバ１１の底部）にスパッタリング粒子が拡散することを抑制する。

下部防着板１７の外周領域に形成された切欠部３３には、この下部防着板１７を下面側１７ｂから支持する支持部材３７が当接する。この支持部材３７の一端にはリフト２５が形成されている。リフト２５は、鉛直方向に沿って支持部材３７を上下動させる。これにより、下部防着板１７は、支持部材３７に支持されてステージ１３に対して所定の高さ範囲で上下動させることができる。

これにより、例えば、リフト２５によって下部防着板１７を下降位置、即ち下部防着板１７の内周縁１７ｃがステージ１３に載置された基板１８の高さ位置とほぼ同じ程度の位置にして、基盤１８の成膜処理を行う。また、リフト２５によって下部防着板１７を上昇位置、即ち内周縁１７ｃが基板１８よりも高くなる位置にして、基板１８のステージ１３への着脱を行う。

また、支持部材３７には、下部防着板１７の外周面１７ｄに当接して、下部防着板１７を水平方向Ｑに付勢する複数のガイド部材３８が形成されている。このガイド部材３８は、例えば、バネなどの弾性部材と、ローラなどから構成され、下部防着板１７を外周面１７ｄの複数個所から中心に向けて付勢することによって、下部防着板１７の中心がステージ１３の中心に合致するように保持する。また、ガイド部材３８は下部防着板１７をローラ等で当接して支持することで、下部防着板１７を支持部材３７から容易に着脱可能にして、メンテナンス性を高めることができる。

そして、スパッタリング時のプラズマやスパッタ粒子、電流によるジュール熱により、下部防着板１７の温度が高温になり、下部防着板１７の熱膨張が発生しても、ガイド部材３８の弾性によって下部防着板１７の熱膨張を吸収する。これにより、下部防着板１７の中心位置が保たれ、且つガイドと下部防着板１７とをネジなどで固定した場合に生じるネジの破損や、防着板とガイドの固定部が擦れてパーティクルが発生することを抑制できる。

下部防着板１７は、全体が金属、例えばステンレスの削り出しによって形成されている。そして、下部防着板１７の表面には、ブラスト処理が施されると共に、表面全体が溶射膜で覆われていれば良い。
下部防着板１７の材質としては、ステンレス以外にも、例えば、アルミニウム合金の表面にアルマイト加工したものなどであればよい。

下部防着板１７の内径と、ステージ１３に載置される基板（被成膜物）１８と直径との差は、基板が３００ｍｍであるときには、例えば、−５ｍｍ〜＋２０ｍｍの範囲に設定されればよい（図３ではこの差の１／２であるｔとして示している。）。

その他、図２に示す下部防着板１７の各部のサイズ範囲の一例を示す。なお、これらは下部防着板１７のサイズを限定するものではない。
内周縁１７ｃの近傍の厚みｈ１：２０〜６０ｍｍ
突条３２の高さｈ２：４０〜６０ｍｍ
切欠部３３の水平方向の長さｗ１：１００〜１４０ｍｍ
切欠部３３との突条３２との水平方向の長さｗ２：３００〜５００ｍｍ
切欠部３３における下部防着板１７の厚みｈ３：１１０〜１５０ｍｍ
切欠部３３の鉛直方向の高さｈ４：４０〜８０ｍｍ

以上のような構成のスパッタリング装置（成膜装置）１０によれば、下部防着板１７のうち、ターゲット１２に臨む上面側１７ａを、少なくとも上部防着板１６の下端１６Ｅに重なる位置までを平坦面３１で構成したので、特定の領域に応力が集中することが無い。

即ち、スパッタリング装置１０では、成膜中にチャンバ１１の内部、特に基板１８とその周辺は高温環境になる。また、下部防着板１７の上面側１７ａは、ターゲット１２と対面するために、スパッタリング材料の堆積（堆積物）が多くなる。こうした下部防着板１７の上面側１７ａに、例えば凹凸や角度を持った突条、段差などがあると、こうした部分に高温環境と室温環境との繰り返しによる膨張、収縮で応力が集中する。すると、段差等が存在する従来の下部防着板では、上面側に堆積した堆積物が剥離し、被成膜物である基板を汚染しやすくなる。

しかし、本発明のスパッタリング装置１０を構成する下部防着板のように、スパッタリング材料の堆積が多い下部防着板１７の上面側１７ａを平坦面３１とすることによって、大きな温度差による下部防着板１７の膨張、収縮が繰り返されても、下部防着板１７の上面側１７ａの特定部分に応力が集中することが無い。従って、平坦面３１に堆積した堆積物が剥離しにくくなり、基板１８が堆積物により汚染されることを確実に防止することが可能になる。

１０ スパッタリング装置（成膜装置）、１１ チャンバ、１２ ターゲット、１３ ステージ、１６ 上部防着板、１７ 下部防着板、２５ リフト、３１ 平坦面、３２ 突条。

Claims (6)

1. ターゲットを収容するチャンバと、該ターゲットの一面に所定の間隔を空けて対面して配された、被成膜物を載置するステージと、該ステージと前記ターゲットとの間で前記チャンバの内周面に沿って略鉛直方向に広がる筒状の上部防着板と、前記ステージの周縁を囲み、前記ステージから前記チャンバの内周面に向かって広がるリング状の下部防着板と、前記下部防着板を鉛直方向に沿って上下動させるリフトと、を少なくとも備えた成膜装置であって、
   前記下部防着板は、前記ターゲットに臨む上面側が、前記ステージに近接する位置から、少なくとも前記上部防着板の下端に重なる位置まで平坦面で構成され、かつ、前記上面側とは反対の下面側には、前記上面側から遠ざかる方向に突出した突条が形成されてなり、
   前記突条と係合する溝部が形成され前記下部防着板の下面側と当接する底部防着板を備え、
   前記下部防着板の外周面に当接して、前記下部防着板を水平方向に付勢する弾性部材からなる複数のガイド部材を更に備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記複数のガイド部材は、前記リフトに一端が形成され、前記下部防着板を支持する支持部材から、該下部防着板を着脱可能にするローラを更に備えていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記下部防着板の平坦面は、水平面に対して５°〜２０°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
4. 前記下部防着板は、全体が金属の削り出しによって形成され、表面にブラスト処理が施されると共に、溶射膜で覆われていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の成膜装置。
5. 前記下部防着板の内径は、前記ステージに載置される被成膜物の直径に対して、−５ｍｍ〜＋２０ｍｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の成膜装置。
6. 前記リフトは、前記下部防着板を鉛直方向に沿って２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で上下動させることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の成膜装置。

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