JP6046871B2 - スパッタ装置および成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スパッタ装置および成膜装置に関する。
近年の半導体装置の微細化に伴い、スパッタ工程においては、スパッタリングがなされるスパッタリング空間内の圧力を正確に測定することが要求されている。一方、圧力計がスパッタリング空間に晒されていると、圧力計がスパッタ膜等により汚染されるという問題がある。特に、圧力計の中で、隔膜真空計は、汚染に対して敏感である。
特許文献１に示されたスパッタ装置は、遮蔽可能なシャッターをチャンバ内に設け、開口部に連結したイオンゲージへの膜の回りこみ量の低減を図っている。
しかし、特許文献１のスパッタ装置においては、ウエハなどの基板上に薄膜を形成する時に、スパッタ装置内で、シャッターなどからパーティクル（異物）が発生して薄膜が汚染される場合がある。薄膜にパーティクルが存在すると、薄膜を有する半導体チップなどの製品に致命的な欠陥を生じさせ、歩留まり率の低下も招いてしまう。近年は、微細加工の進歩により、パーティクルのさらなる低減が要求される。
また、高歩留まり率のためには安定したプロセスの再現性も欠かせない。そのためは、成膜中にもスパッタリング空間内の圧力を正確に測る必要があった。
特開２０１０−１５０５７２号公報
本発明の第１の側面は、基板上に形成される膜がパーティクルによって汚染されることを低減しつつ、膜の形成中にもスパッタリング空間内の圧力を正確に測定することができ、圧力計への膜の回りこみ量（膜の形成）の低減をも可能にしたスパッタ装置を提供する。
本発明の第１の側面は、基板に膜を形成するためのスパッタリング空間を規定する空間規定部材を有するスパッタ装置を提供する。前記空間規定部材は、凹部を有する。前記凹部の底部には、開口部が設けられている。前記スパッタ装置は、前記開口部を前記スパッタリング空間から遮蔽する遮蔽部材を備えている。前記開口部は、前記スパッタリング空間内の圧力を計測可能な圧力計が取り付け可能に形成されている。前記遮蔽部材は、少なくとも一部が前記凹部に埋め込まれるように配置されている。前記遮蔽部材は、取り外し可能である。
本発明の第２の側面は、パーティクルの発生を低減しつつ、基板を処理するための空間に連通した測定器の測定精度を維持するために有利な成膜装置を提供する。
本発明の第２側面は、基板に膜を形成するための空間を規定する空間規定部材を有する成膜装置を提供する。前記空間規定部材は、凹部を有する。前記凹部の底部には、前記空間と測定器とを連通させるための開口部が設けられている。前記成膜装置は、前記空間と前記開口部との間の直線経路を遮断する遮蔽部材を備えている。前記遮蔽部材の少なくとも一部は、前記凹部に配置されている。前記遮蔽部材は、取り外し可能である。
本発明の一実施形態に係わるスパッタ装置を示す図である。 本発明の一実施形態の埋め込み式遮蔽部材の拡大図である。 比較例を示す図である。 本発明の一実施形態の埋め込み式遮蔽部材と、比較例の遮蔽部材を示す図である。 図３Ａに示す比較例における膜厚の評価ポイントａ−ｆを示す図である。 図３Ｂに示す実施形態における膜厚の評価ポイントａ−ｆを示す図である。 図３Ａに示す比較例と図３Ｂに示す実施形態とのシミュレーション結果（形成される膜の厚さの比）を示す図である。 本発明の埋め込み式遮蔽部材の第２の例を示す図である。 本発明の埋め込み式遮蔽部材の第３の例を示す図である。
図１を用いて、本発明の一実施形態に係わるスパッタ装置を説明する。図１は、本発明のスパッタ装置を示す。図１のスパッタ装置は、真空チャンバ１内にスパッタリング空間を画定する防着板６（分割可能）を備え、真空チャンバ１内の基板ステージ７に載置された基板（不図示）の表面に、真空チャンバ１の上部に設けたターゲット５から飛来したスパッタ粒子（例えば金属）の薄膜を形成するものである。本実施形態では、真空チャンバ１の内壁を覆うように設けられた防着板６は、スパッタリングがなされるスパッタリング空間ＳＳを規定する空間規定部材に相当する。
図１のスパッタ装置は、防着板６に設けられた凹部１３と、凹部１３の底部に設けられた開口部８と、開口部８に取り付けられ、スパッタリング空間ＳＳ内の圧力を計測可能な圧力計１６と、開口部８をスパッタリング空間ＳＳから遮蔽する遮蔽部材１４とを有する。また、図１のスパッタ装置は、防着板６にて規定されたスパッタリング空間ＳＳ内にガス（例えばアルゴン）を導入するガス導入口（不図示）と、真空チャンバ１内を排気するための排気口１２とを有する。遮蔽部材１４は、凹部１３に埋め込まれた状態で配置されている。排気口１２は、メインバルブ１１に接続されている。
図１のスパッタ装置において、防着板６は、任意的な構成要素である。図１のスパッタ装置において、防着板６がない場合、ターゲット５は、真空チャンバ１ａの上部に設け、基板ステージ７は、真空チャンバ１ａの下部に設け、凹部１３は、真空チャンバ１ａの下壁に形成することが望ましい。この場合、真空チャンバ１ａのうち、ターゲット５と基板ステージ７と遮蔽部材１４が設けられている部分が、真空チャンバ１の壁の少なくとも一部を構成する部材に該当する。また、真空チャンバ１ｂのうち、排気口１２とメインバルブ１２が設けられている部分が、真空チャンバ１の壁の少なくとも一部を構成しない部材に該当する。また、真空チャンバ１ａが空間規定部材に該当し、真空チャンバ１ａ内がスパッタリング空間に該当する。
図１のスパッタ装置では、図示されていないが、図６に示すように、開口部８に一端が取り付けられ、圧力計１６に他端が取り付けられた接続部材（真空配管）１７を別途設けても良い。
更に、図１のスパッタ装置は、基板ステージ７を加熱するためのヒータと、基板ステージ７を冷却するための水冷ジャケットの少なくともいずれか１つを有しても良い。また、排気口１２には、不図示の真空ポンプ（例えば、ドライポンプ、ターボ分子ポンプ）が接続されている。
また、図１の装置においては、圧力計１６は、防着板６の内側のスパッタリング空間ＳＳのプロセス圧力値をなるべく正確に測定するため、基板への膜の形成がなされる基板ステージ７の近くに設置されることが望ましい。図２は、埋め込み式遮蔽部材１４の拡大図である。図２に模式的に示されているように、遮蔽部材１４は、傘形状の構造を有することが望ましい。本明細書において、「傘形状」とは、カバー１４ｂ、および、カバー１４ｂを支持する柱状支持体（例えば、円筒部）１４ａを有する形状をいう。傘形状は、キノコ形状を含みうる。カバー１４ｂの形状は、円、楕円、角丸四角形、多角形、角丸多角形等を含みうる。遮蔽部材１４は、防着板６又は真空チャンバ１内に設けられた、Ｒ部１３ａを有する凹部１３内に配置されうる。一例において、遮蔽部材１４は、凹部１３には、ネジ止め等の手段によって固定されておらず、柱状支持体１４ａを圧力計１６の凹部１６ａに挿入することにより取り外し可能である。メンテナンスのしやすさと、ネジに付着する膜の脱離を避けるためである。
図３Ａは、防着板６０又は真空チャンバ１００が凹部１３を有せず、カバー１４ｂが凹部１３内に位置することなく遮蔽部材１４０が配置された比較例を示している。図３Ｂは、防着板６又は真空チャンバ１に凹部１３が設けられ、カバー１４ｂが凹部１３内に位置するように遮蔽部材１４が配置された本実施形態の構成が示されている。
スパッタ粒子はコサイン則（cosine law）に従ってターゲット５から飛び出し、遮蔽部材１４０に飛来する。図３Ａの場合、ターゲット５から飛び出したスパッタ粒子Ａは、遮蔽部材１４０に直接飛来し、遮蔽部材１４０に膜を形成する。スパッタ粒子Ａのエネルギーが強いため、遮蔽部材１４０への密着性が強い。従って、スパッタ粒子Ａによって遮蔽部材１４０に形成された膜が剥離してパーティクルとなって基板に飛来する可能性は低い。また、図３Ａの場合、コサイン則に従ってターゲット５から飛び出したスパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２は、１回、又は複数回にわたって、防着板６０又は真空チャンバ１００、又は遮蔽部材１４０で跳ね返されて、遮蔽部材１４０に間接的に飛来し、遮蔽部材１４０に膜を形成する。特に、遮蔽部材１４０表面のうちターゲット５と対向しない遮蔽部材１４０の裏側領域は、ターゲット５から見えない部分、つまり、スパッタ粒子Ａ、スパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２が直接飛来しない部分である。スパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２は、エネルギーが低下してから、遮蔽部材１４０の裏側領域に飛来して膜を形成するので、遮蔽部材１４０の裏側領域への密着性が弱い。図３Ａの場合、スパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２により遮蔽部材１４０の裏側領域に形成された膜が剥離してパーティクルとなって基板に飛来し、基板を汚染しうる。更に、図３Ａの場合、スパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２が圧力計に飛来し、圧力計１６がスパッタ膜等により汚染されうる。
図３Ｂの場合、ターゲット５から飛び出したスパッタ粒子Ａは、遮蔽部材１４に直接飛来し、遮蔽部材１４に膜を形成する。スパッタ粒子Ａのエネルギーが強いため、スパッタ粒子Ａは遮蔽部材１４への密着性が強い。従って、図３Ａの場合と同様、遮蔽部材１４に形成された膜が剥離してパーティクルとなって基板に飛来する可能性は低い。
遮蔽部材１４の表面のうちターゲット５と対向しない遮蔽部材１４の裏側領域は、ターゲット５から見えない部分、つまり、スパッタ粒子Ａ、スパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２が直接飛来しない部分である。コサイン則に従ってターゲット５から飛び出したスパッタ粒子Ｂ１、スパッタ粒子Ｂ２は、１回、又は複数回にわたって、防着板６又は真空チャンバ１、又は遮蔽部材１４によって跳ね返されて、遮蔽部材１４に間接的に飛来する。図３Ｂの場合、スパッタ粒子Ｂ１の侵入を抑えるため、遮蔽部材１４のカバー１４ｂを防着板６又は真空チャンバ１の凹部１３に配置し、遮蔽部材１４の裏側領域へと至る入口２０が狭くされている。従って、図３Ａの場合と比較して、スパッタ粒子Ｂ１が、遮蔽部材１４の裏側領域に膜を形成する確率が低い。
遮蔽部材１４をネジ止めしない場合には、例えば、図３Ｂに示すように、防着板６又は真空チャンバ１の開口部８に挿入可能な柱状支持体（例えば、円筒部材）１４ａをカバー１４ｂの裏側の中央部などに設け、柱状支持体１４ａを圧力計１６の凹部１６ａに挿入することによって遮蔽部材１４を固定することが便利かもしれない。
図３Ｂにおいて、遮蔽部材１４は、凹部１３内に配置された遮蔽部材１４の上面１４-１と、防着板６の上面６−１又は真空チャンバ１の上面１−１とが同一平面に属するように配置されている。しかしながら、これは一構成例に過ぎず、遮蔽部材１４の上面１４−１と、防着板６の上面６−１又は真空チャンバ１の上面１−１とが同一平面に属しないように、遮蔽部材１４は、凹部１３内に完全に埋没されるように配置されてもよい。あるいは、遮蔽部材１４は、カバー１４ｂの一部が上面６−１又は真空チャンバ１の上面１−１から突出するように配置されてもよい。
また、図３Ｂの隙間距離Ｂは、狭すぎると圧力計１６などの測定器による測定に支障をきたすので、隙間距離Ａとほぼ同じ程度の長さとすることが望ましい。
図４Ａ−Ｃは、図３Ａに示す比較例および図３Ｂに示す実施形態において遮蔽部材に形成される膜の厚さをシミュレーショしたン結果を示している。図４Ａは、図３Ａに示す比較例における膜厚の評価ポイントａ―ｆを示し、図４Ｂは、図３Ｂに示す実施形態における膜厚の評価ポイントａ―ｆを示している。
図４Ｃは、図３Ａに示す比較例の評価ポイントａ−ｆにおける膜厚に対する図３Ｂに示す実施形態の評価ポイントａ−ｆにおける膜厚の比を示している。具体的には、図４Ｃには、図３Ａに示す比較例の評価ポイントａ−ｆにおける膜厚を１００％としたときの図３Ｂに示す実施形態の評価ポイントａ−ｆにおける膜厚の比が示されている。図３Ｂに示す実施形態の評価ポイントａ−ｆにおける膜厚は、それぞれ、図３Ａに示す比較例の評価ポイントａ−ｆの膜厚の８４％、８２％、７％、４３％、０％、７％である。
評価ポイントａ−ｆの全てにおいて、図３Ｂに示す実施形態は、図３Ａに示す比較例よりも、ターゲット５から飛来したスパッタ粒子によって形成される膜が薄いことが分かる。これにより、図３Ｂに示す実施形態によれば、遮蔽部材１４におけるパーティクルの発生を低減することができ、基板ステージ７に載置された基板上に形成される膜がパーティクルによって汚染されること、例えば、該膜にパーティクルが取り込まれることを低減することができる。また、遮蔽部材１４におけるパーティクルの発生の低減は、圧力計１６へのパーティクルの付着（圧力計１６の汚染）を低減するために有利である。これは、圧力計１６による測定の精度の維持に寄与する。特に、圧力計１６が隔膜真空計である場合は、パーティクルの付着（汚染）による計測精度の低下が大きい(即ち、汚染に対して敏感である）ので、遮蔽部材１４におけるパーティクルの発生の低減の意義は大きい。
図５には、埋め込み式遮蔽部材１４の第２の例が示されている。図５に示す遮蔽部材１４は、凹部１３の底部との間に所定隙間を有するように設けられた傘形状の第１の部材１４ｄと、開口部８の周辺部に設けられた筒状の第２の部材１４ｃとを含む。第１の部材１４ｂと第２の部材１４ｃとは、ラビリンス構造を構成している。第２の例では、ラビリンス構造は、凹形状部を有する第１の部材１４ｂと凸形状部を有する第２の部材１４ｃとが非接触で嵌め込まれた構造によって提供される。第１の部材１４ｂおよび／または第２の部材１４ｃは、防着板６又は真空チャンバ１と一体であっても良いし、防着板６又は真空チャンバ１と別体であっても良い。
図６は、本発明の埋め込み式遮蔽部材の第３の例を示す図である。図６においては、開口部８に一端が取り付けられ、圧力計１６に他端が取り付けられた接続部材（真空配管）１７が設けられている。この場合、遮蔽部材１４は、接続部材（真空配管）１７と別部材で形成することが望ましい。
上記の説明は、本発明をスパッタ装置に適用した例であるが、本発明は、例えば、ＣＶＤ装置又はエッチング装置などの他の処理装置にも適用可能である。開口部８に接続される測定器は、圧力計１６とは異なる測定器でもよい。測定器は、例えば、ガスを分析する分析装置であってもよい。開口部８は、上記の例におけるスパッタリング空間ＳＳに対応する空間（基板を処理するための空間）と測定器とを連通させる。遮蔽部材１４は、該空間と開口部８との間の直線経路を遮断するように配置される。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
本願は、２０１４年８月８日提出の日本国特許出願特願２０１４−１６２８８５を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
１：真空チャンバ、５：ターゲット、６：防着板、７：基板ステージ、８：開口部、１３：凹部、１４：遮蔽部材、１６：圧力計、１７：接続部材

Claims (14)

  1. 基板に膜を形成するためのスパッタリング空間を規定する空間規定部材を有するスパッタ装置であって、
    前記空間規定部材は、凹部を有し、
    前記凹部の底部には、開口部が設けられ、
    前記スパッタ装置は、前記開口部を前記スパッタリング空間から遮蔽する遮蔽部材を備え、
    前記開口部は、前記スパッタリング空間内の圧力を計測可能な圧力計が取り付け可能に形成され、
    前記遮蔽部材は、少なくとも一部が前記凹部に埋め込まれるように配置され、前記遮蔽部材は、取り外し可能であることを特徴とするスパッタ装置。
  2. 前記空間規定部材が、真空チャンバの壁の少なくとも一部を構成する部材であることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
  3. 前記空間規定部材が、真空チャンバの内壁を覆うように設けられた防着板であることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
  4. 前記遮蔽部材は、傘形状を有することを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
  5. 前記遮蔽部材は、前記凹部の前記底部と前記遮蔽部材との間に隙間を有するように設けられた傘形状の第１の部材と、前記開口部の周辺部に設けられた筒状の第２の部材とからなり、前記第１の部材と前記第２の部材との間の領域が、ラビリンス構造となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
  6. 前記開口部には、前記スパッタリング空間内の圧力を計測可能な圧力計が取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
  7. 前記遮蔽部材は、前記圧力計に取り付けられ、前記圧力計から取り外し可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
  8. 前記遮蔽部材は、カバーと、前記カバーを支持する支持体とを有し、前記圧力計は、凹部を有し、前記支持体は、前記圧力計の前記凹部に挿入されることによって前記圧力計に取り付けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
  9. 前記支持体は、一端が前記カバーに接続され他端が前記圧力計の前記凹部に挿入される柱状形状を有することを特徴とする請求項８に記載のスパッタ装置。
  10. 前記圧力計は、一端が前記開口部に取り付けられ他端が前記圧力計に取り付けられた接続部材を介して、前記開口部に接続され、前記遮蔽部材は、前記接続部材に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載のスパッタ装置。
  11. 前記遮蔽部材は、前記接続部材から取り外し可能であることを特徴とする請求項１０に記載のスパッタ装置。
  12. 前記遮蔽部材は、カバーと、前記カバーを支持する柱状支持体を有し、前記柱状支持体の一端が前記カバーに接続され、前記柱状支持体の他端が前記開口部に挿入されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
  13. 基板に膜を形成するための空間を規定する空間規定部材を有する成膜装置であって、
    前記空間規定部材は、凹部を有し、前記凹部の底部には、前記空間と測定器とを連通させるための開口部が設けられ、
    前記成膜装置は、前記空間と前記開口部との間の直線経路を遮断する遮蔽部材を備え、前記遮蔽部材の少なくとも一部は、前記凹部に配置され、前記遮蔽部材は、取り外し可能であることを特徴とする成膜装置。
  14. 前記遮蔽部材は、カバーと、前記カバーを支持する柱状支持体を有し、前記柱状支持体の一端が前記カバーに接続され、前記柱状支持体の他端が前記開口部に挿入されることを特徴とする請求項１３に記載の成膜装置。
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