JP5764350B2

JP5764350B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JP5764350B2
Application number: JP2011040930A
Authority: JP
Inventors: 嘉津彦隣
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012178285A

Description

本発明は真空処理装置に関する。

従来から、真空処理装置として、プラズマを用いて基板表面に成膜を行ったり、また、エッチングを行ったりするプラズマ処理装置が知られている。特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、反応室を形成する真空チャンバと、反応室の周囲に配置され高周波電源に接続されたプラズマ源と、反応室に設置され所定のバイアス電源に接続された基板支持用のステージと、反応室へプロセスガスを導入するガス導入手段とを備えている。そして、反応室へプロセスガスを導入すると共に高周波電源から電圧を印加することで、反応室内にプラズマを形成している。

特開２００８−２４３９１７号公報

このようなプラズマ処理装置では、プラズマによりイオンが生成された場合には、プラズマ処理による基板の面内分布も一定となる。例えば、プラズマによりイオンを生成し、これによりスパッタを行うことで成膜する場合には、成膜時の膜厚分布を略均一とすることができる。しかしながら、一般的にプラズマによりラジカルが生成し、このラジカルを基板上に堆積させた場合の堆積物の面内分布が一定とはならないことがあるという問題がある。即ち、ラジカルを基板上に堆積させ、その後堆積されたラジカルにイオンを照射することでラジカルを基板表面に導入して浅い接合層を形成する場合等、プラズマによりラジカルを生成する場合に、堆積物の膜厚の面内分布が一定とはならないことがある。

なお、このような問題はラジカルを基板上に堆積させる場合に限定されず、プラズマによりラジカルを生成する全ての真空処理装置においても同様である。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、基板におけるプラズマ処理の面内分布が均一となる真空処理装置を提供しようとするものである。

本発明の真空処理装置は、基板が設置される基板設置部及びラジカルを生成するプラズマを形成するプラズマ形成部を備えた真空チャンバを備えた真空処理装置において、前記基板設置部には、前記基板が載置される基板載置台と、真空チャンバに設けられると共に排気手段に接続される排気口と、前記基板載置台の周囲を囲むシールド部材とが設けられ、前記シールド部材は円筒状かつ上面視中心角が等しい複数に分割された上面視円弧となる曲面からなる壁面部を有する複数のシールドからなり、前記複数のシールド毎にその周方向に複数の開口が離間して形成されており、前記開口は径方向に貫通しており、前記開口は少なくとも１つは他と異なった面積を有し、前記シールド部材の前記排気口側に形成された開口の総面積が、前記シールド部材の前記排気口とは逆側に形成された開口の総面積よりも狭くすることで前記基板上におけるラジカルの面内分布を均一にすることを特徴とする。

前記排気口側に形成された開口の総面積が、前記排気口とは逆側に形成された開口の総面積よりも狭いことで、基板上における排気が均一となる。これにより、本発明では、所望の面内均一性を得ることができる。

前記排気口側に形成された開口の総面積が、前記排気口とは逆側に形成された開口の総面積の３０〜９０％であることが好ましい。この範囲であることで、より基板上における排気が均一となり、より所望の面内均一性を得ることができる。

また、本発明の好ましい実施形態としては、前記シールド部材は、アルミナ、シリコン、炭化シリコン、イットリア、カーボン及び石英から選ばれた少なくとも１種からなるものが挙げられる。

本発明の真空処理装置によれば、プラズマによりラジカルを生成した場合であっても基板の面内分布が向上するという優れた効果を奏し得る。また、シールド部材に形成された開口を、基板の通過口としても機能させることができる。

実施形態にかかる真空処理装置の構成を示す断面模式図である。シールド部材について説明するための一部断面模式図である。シールド部材について説明するための模式的斜視図である。各開口について説明するための図である。開口率について説明するためのグラフである。

本発明の真空処理装置について、ラジカル形成装置としてのＮＬＤ装置を例に挙げて説明する。図１は、磁気中性線（ＮＬＤ）放電装置の概略の構成を模式的に示したものである。

ＮＬＤ装置１は、真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１は、その上部に円筒状壁１１ａにより画成されたプラズマ発生部１２を備えると共に、その下部に、基板Ｓが載置される載置部を備えた基板設置部１３を備える。

円筒状壁１１ａは誘電体からなる。このような誘電体としては、例えば石英が挙げられる。円筒状壁１１ａの外側には、三つの磁場コイル２１、２２及び２３が配置されている。この３つの磁場コイル２１、２２及び２３により、プラズマ発生部１２内には、詳細は以下説明するように環状の磁気中性線２８が形成される。

磁場コイル２１、２２及び２３と円筒状壁１１ａの外側との間には、プラズマ発生用高周波アンテナコイル２５が配置されている。この高周波アンテナコイル２５は、高周波電源２６にコンデンサ２７を介して接続されている。磁場コイル２１、２２及び２３によって形成された磁気中性線２８に沿って高周波アンテナコイル２５により高周波電圧を加えて、この磁気中性線で放電プラズマを発生させることができる。

真空チャンバ１１の底面には、基板載置台３１が設けられている。基板載置台３１の上面には、基板Ｓが載置される。基板載置台３１は、基板Ｓに対して電圧を印加するための電極としても機能するように少なくとも基板Ｓの載置面が金属から構成されている。基板載置台３１には、ブロッキングコンデンサ３２を介して別の高周波電源３３が接続されており、基板載置台３１に高周波電源３３からバイアス電位を印加できるように構成している。

また、基板設置部１３を構成する真空チャンバ１１には、その底面に、基板載置台３１とは離間して排気口３４が形成されている。排気口３４には、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）が接続されており、この排気口３４を介して真空チャンバ１１内を排気することができるように構成されている。

また、プラズマ発生部１２を画成する真空チャンバ１１の天板１４は、円筒状壁１１ａの上部フランジに密封固着され、対向電極を形成している。天板１４のプラズマ発生部１２側の面には、基板Ｓに対向するようにシャワープレート１５が設けられている。シャワープレート１５には、図示していないが、真空チャンバ１１内ヘエッチングガスを導入するためのガス導入手段が接続されている。

かかるＮＬＤ装置１では、シャワープレート１５からガスをプラズマ発生部１２内に導入すると共に、磁場コイル２１及び２３に同一方向に電流を流し、かつ、磁場コイル２２に逆方向の電流を流すと、プラズマ発生部１２には環状の磁気中性線２８が形成される。この磁気中性線２８は、磁場コイル２１、２２及び２３に流れる電流の大きさを変化させることで、その水平方向の広がりを調整することができる。

これと共に、高周波アンテナコイル２５に高周波電源２６から高周波電力を供給すると、環状の磁気中性線２８に沿ってラジカルを含むプラズマが発生する。この場合に、磁場コイル２１、２２及び２３を流れる電流の大きさを調整して磁気中性線２８の広がりを調整することでプラズマの広がりも調整することができる。そして、本実施形態にかかるＮＬＤ装置１では、このように調整されたプラズマによりラジカルを基板上に均一に堆積させ、後工程でイオンからなるプラズマを形成してこのラジカルを基板表面に導入する。

ここで、本実施形態では、ＮＬＤ装置１では、基板設置部１３において基板載置台３１の周囲に亘ってシールド部材５０が設けられている。このシールド部材５０について図２及び図３も用いて説明する。シールド部材５０は、図２に示すように上面視において円筒状である。シールド部材５０は、第１シールド部材５１、第２シールド部材５２、第３シールド部材５３からなる。第１〜第３シールド部材５１〜５３は、それぞれ図示しない固定部材により互いに固定されて一つの円筒状のシールド部材５０を形成している。第１シールド部材５１には、第１開口６１が形成されており、第２シールド部材５２には第２開口６２が形成されており、第３シールド部材５３には第３開口６３が形成されている。第１〜第３シールド部材５１〜５３は、耐熱性が高いと共に、パーティクルが付着しにくい材料からなることが好ましい。具体的には、第１〜第３シールド部材５１〜５３は、それぞれアルミナ、シリコン、炭化シリコン、イットリア、カーボン及び石英から選ばれた少なくとも１種からなるものであることが好ましく、本実施形態では石英である。

また、シールド部材５０の表面はパーティクルが付着しにくいように表面加工が成されていても良い。

詳しくは後述するが、第１〜第３シールド部材５１〜５３は、それぞれ第１〜第３開口６１〜６３の形状が異なるのみで後は同一であるので、第１シールド部材５１を例に挙げて説明する。

図３に示すように、第１シールド部材５１は、曲面からなる壁面部５１ａを有する。壁面部５１ａは、上面視において中心角が角度１２０°の円弧となるように構成された壁面である。壁面部５１ａの上端には上部フランジ５１ｂが延設されている。また、壁面部５１ａの下端には下部フランジ５１ｃが延設されている。上部フランジ５１ｂ及び下部フランジ５１ｃは真空チャンバの基板設置部の天井面及び床面に図示しない固定部材により固定されて、これにより第１シールド部材５１は真空チャンバ１１内に固定されている。

壁面部５１ａには、第１開口６１が形成されている。第１開口６１は、矩形状の開口であり、基板Ｓを基板載置台３１に載置する際の通過口として機能するものである。即ち、図示しないが真空チャンバ１１には、基板を出し入れするための基板搬入口が設けられており、この基板搬入口と第１開口６１とが対向するように、第１開口６１は第１シールド部材５１に設けられている。そして、基板搬入口から搬入された基板は、第１開口６１を通過して基板載置台３１に載置される。

図４に示すように、このような第１シールド部材５１の第１開口６１は、高さＨ、幅Ｌである。これに対して、第２、第３シールド部材５２、５３の第２開口６２、第３開口６３は、それぞれ高さＨ／２、幅Ｌであり、開口面積は第１開口６１の半分である。このような第１〜第３シールド部材５１〜５３からなるシールド部材５０によれば、上面視において中心よりも排気側に存在する開口の総面積（排気側の開口の総面積という）は、上面視において中心よりも排気側とは逆側に存在する開口の総面積（排気側とは逆側の開口の総面積という）よりも小さくなる。本実施形態では、排気側の開口の総面積は、第２開口６２がその開口の６０％に相当する領域で開口し、第３開口６３がその開口の９０％に相当する領域で開口しているので、第１開口６１の面積を１とすれば、０．５×０．６＋０．５×０．９で０．７５である。排気側とは逆側に存在する開口の総面積は、第１開口６１が１００％、第２開口６２がその開口の４０％に相当する領域で開口し、第３開口６３がその開口の１０％に相当する領域で開口しているので、第１開口６１の面積を１とすれば１．２５である。従って、排気側の開口の総面積は、排気側とは逆側に存在する開口の総面積の６０％となっている。

かかるシールド部材５０を設けることで、本実施形態では、ラジカル堆積時の堆積量の面内分布を均一にすることができる。即ち、排気側の開口の総面積が排気側とは逆側の開口の総面積以上の面積であると、プラズマを水平方向の広がりを均一にしたとしても、排気手段により排気されることでラジカル堆積時に排気側のラジカル堆積量が少なくなってしまう。即ち、ラジカル堆積量の面内分布の均一性が崩れてしまう。しかしながら、本実施形態では、排気側の開口の総面積が排気側とは逆側の開口の総面積よりも狭いことで、排気側へラジカルが流出しにくく、磁場コイルを流れる電流の大きさを調整して磁気中性線の広がりを調整して得られた面内分布の均一性を保持することが可能である。

この場合に、ＮＬＤ装置１では、基板の通過口としても機能する第１開口６１の大きさは変化させず、第２開口６２及び第３開口６３の開口面積を狭くすることで、基板の出し入れをスムーズに行いつつも、ラジカル堆積時のラジカルの面内分布を均一にすることができるように構成されている。

なお、一般的に、成膜装置では基板支持用のステージの周囲にシールド部材を配して、パーティクルの真空チャンバ壁面への付着を防止している。プラズマ中のイオンの分布は排気が均一に行われるようにシールド部材全面に対して複数の開口を設ければ、即ち、排気側と逆側で同じ面積となるように開口を設ければ、所望の均一性を保持することができ、これにより所望の膜厚均一性を保持できる。しかしながら、プラズマ中のラジカルを利用する場合は、ガスの流れの影響を受けるためシールド部の開口を排気側と逆側とで均一にしたとしても、シールド外部に設置された排気ポンプの影響を受け、かかる所望の均一性を得ることができなくなるので、本実施形態では、シールド部材の周方向に亘って開口を設けると共に、この開口の総面積を調整することで、排気が均一に行われるようにして所望の膜厚均一性を保持している。

シールド部材５０における排気側の開口の総面積は、排気側とは逆側の開口の総面積のどの程度であれば好ましいかを図５を用いて説明する。図５では、Ｘ軸は、シールド部材５０における開口の総面積を変化させた場合に、排気側の開口の総面積を１００％とした場合における排気側とは逆側の開口の総面積としたものであり、Ｙ軸は、膜厚分布を示している。なお、Ｙ軸の膜厚分布は、０に近いほどデポレートは均一であり、０よりも大きい又は小さいほどデポレートは均一ではない。図５に示すように、排気側の開口の総面積を１００％とした場合における排気側とは逆側の開口の総面積は、１００％（即ち総面積が同一である場合）から小さくすると徐々に膜厚分布が小さくなると共に、５０％を越えると、１００％の場合よりも小さいが、徐々に逆に膜厚分布は増加した。この場合の膜厚分布は±３％の範囲に含まれていると所望の膜を形成できるため好ましいが、これを満たす開口の総面積範囲は、排気側の開口の総面積を１００％とした場合に図５に示すように３０〜９０％であった。より好ましくは、４０〜６０％、最も好ましくは５０％であった。

なお、第２開口６２及び第３開口６３が全て閉じているとすれば、逆に排気側からの排気量が少なすぎるために、ラジカル堆積時のラジカルの面内分布は、第２開口６２及び第３開口６３が第１開口６１と同一の開口面積を有している時と同様に好ましい範囲とはならなかった。従って、排気側にも少なくとも開口を設ける必要がある。

上述した実施形態では、真空処理装置としてＮＬＤ装置を例に挙げて説明したがこれに限定されない。ラジカルからなるプラズマを形成する真空処理装置であればよく、用途も成膜に限られるものではない。

本実施形態では、開口の形状は矩形状としたが、これに限定されない。円形状や楕円状、また、他の多角形でもよい。

また、本実施形態では、第２開口６２と第３開口６３とを同一の形状としたが、これに限定されない。第２開口６２と第３開口６３とが異なる形状であってもよい。

本発明の真空処理装置はプラズマによりラジカルを生成した場合であっても基板の面内分布が向上するものである。従って、ラジカルを生成した場合の真空処理分野において利用可能である。

１ＮＬＤ装置
１１ａ円筒状壁
１１真空チャンバ
１２プラズマ発生部
１３基板設置部
１４天板
１５シャワープレート
２１〜２３磁場コイル
２５高周波アンテナコイル
２６高周波電源
２７コンデンサ
２８磁気中性線
３１基板載置台
３２ブロッキングコンデンサ
３３高周波電源
３４排気口
５０シールド部材
５１第１シールド部材
５１ａ壁面部
５１ｂ上部フランジ
５１ｃ下部フランジ
５２第２シールド部材
５３第３シールド部材
６１第１開口
６２第２開口
６３第３開口
Ｓ基板

Claims

基板が設置される基板設置部及びラジカルを生成するプラズマを形成するプラズマ形成部を備えた真空チャンバを備えた真空処理装置において、
前記基板設置部には、前記基板が載置される基板載置台と、真空チャンバに設けられると共に排気手段に接続される排気口と、前記基板載置台の周囲を囲むシールド部材とが設けられ、
前記シールド部材は円筒状かつ上面視中心角が等しい複数に分割された上面視円弧となる曲面からなる壁面部を有する複数のシールドからなり、前記複数のシールド毎にその周方向に複数の開口が離間して形成されており、前記開口は径方向に貫通しており、前記開口は少なくとも１つは他と異なった面積を有し、
前記シールド部材の前記排気口側に形成された開口の総面積が、前記シールド部材の前記排気口とは逆側に形成された開口の総面積よりも狭くすることで前記基板上におけるラジカルの面内分布を均一にすることを特徴とする真空処理装置。
前記排気口側に形成された開口の総面積が、前記排気口とは逆側に形成された開口の総面積の３０〜９０％であることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
前記シールド部材は、アルミナ、シリコン、炭化シリコン、イットリア、カーボン及び石英から選ばれた少なくとも１種からなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置。