JP6688385B2 - 成膜装置、プラテンリング - Google Patents
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Description
本願は、2016年7月6日に日本に出願された特願2016−134532号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献1には、Alのスパッタリングを行う例が記載され、特許文献2には、Cuのスパッタリングを行う例が記載されている。
また、Alに限らず、Cu、Ti、Ta、Wなどの他の成膜においても、基板の裏面への膜の付着量を低減したいという要求があった。
1.スパッタ等の成膜において、被成膜物の裏面への着膜を防止すること。
2.被成膜物に厚膜を成膜する際に、被成膜物の裏面への着膜を防止すること。
3.異なる成膜粒子の場合においても、被成膜物の裏面への着膜を同じように防止すること。
前記溝は、前記ステージから離間する外側内壁と、前記ステージに近い内側内壁とを有し、前記外側内壁は、以下の関係式を満たす前記裏面着膜防止曲面である。
D−(L−a)tanθ ≦ Ra ≦ L
a ≦ L ≦ D / tanθ
5a ≦ D
ここで、前記D、前記a、前記L、前記θ、及び前記Raは、以下のとおり定義される。
前記D:基板(前記被成膜物)の裏面から底部の位置までの内側内壁の高さ。
前記a:基板(前記被成膜物)がステージの外側に向けてはみ出した長さ。
前記L:ステージの外側に向いた方向において、基板(前記被成膜物)の裏面がステージからはみ出した境界(ステージの外周縁部)の位置から裏面着膜防止曲面である外側内壁の上端までの距離(底部幅寸法)。
前記θ:成膜粒子におけるスパッタリング放出角。
前記Ra:円弧状をなす外側内壁の曲率半径。
また、裏面着膜防止曲面が粒子入射方向に対して傾斜した曲面を有するので、プラテンリングの裏面着膜防止曲面でリスパッタされた成膜粒子が被成膜物の裏面に向かって飛来しない。即ち、プラテンリングの溝内部から再スパッタされ、あるいは再蒸発した粒子は、被成膜物の裏面の方向に進行しない。例えば、溝の内部の他の部分に向かう方向や、溝から見てチャンバの内壁に向かう方向に放出される。従って、成膜粒子(スパッタ粒子)が被成膜物の裏面に再堆積することがない。これにより、裏面に付着した膜を除去する工程を行う必要がなくなる。
図1は、本実施形態に係る成膜装置を示す模式断面図であり、図1において、符号10は、成膜装置である。
本実施形態に係る成膜装置10は、一例として、スパッタリング装置であり、図1に示すように、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。
チャンバ11は接地されており、チャンバ11の電位は接地電位(GND)となっている。ここで、チャンバ11内部の気体を排気して真空状態とし、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、スパッタリング電源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の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。
また、下部防着板17の底部には、下部防着板17の底面側と嵌合するようにプラテンリング19(底部防着板)が形成されている。
プラテンリング19は、ターゲット12(図1参照)に対向する上面19a(対向面)と、溝20とを有する。溝20は、上面19aに隣接する位置、かつ、ステージ13に近接する位置に設けられており、プラテンリング19の外周に近い位置に設けられている(周設されている)。
ターゲット12から見て、ステージ13の外側位置に対応する溝20内の位置、および、基板18の周縁位置に対応する溝20内の位置における溝20の深さは、異なっている。換言すると、ターゲット12から基板(被成膜物)18までの距離(第1距離)よりも、ターゲット12から溝20の内面までの距離(第2距離)は、大きい。このような深さを有するとともにプラテンリング19に設けられた溝20は、ステージ13の外周に近い位置に配置されている。
より具体的に、溝20の内部には、ステージ13から離間する外側内壁20aと、ステージ13に近い内側内壁20bとが形成されている。換言すると、外側内壁20aは、内側内壁20bよりもステージ13から離れた位置に配置されている。内側内壁20bは、外側内壁20aよりもステージ13に近い位置に配置されている。
外側内壁20aは、ターゲット12から放出されたスパッタ粒子(成膜粒子)が基板18の裏面18aに堆積することを防止する裏面着膜防止曲面として機能する。
なお、図2に示すように、内側内壁20bの上端Ubを含む面には、傾斜面(テーパ面)が形成されている。図2に示す断面図においては、内側内壁20bの上端Ubを含む傾斜面は、直線状の面を有する。即ち、ステージ13からターゲット12に向かう方向において溝20の幅寸法が徐々に増加するように、傾斜面が内側内壁20bの上端Ubに向けて延びるように形成されている。換言すると、ステージ13の外側側面に対向する外側部材(プラテンリング19の一部)の厚さが、ステージ13からターゲット12に向かう方向において、徐々に薄くなっている。
裏面着膜防止曲面である外側内壁20aと内側内壁20bとは、溝20の中心付近で互いに接続されて底部20cを形成している。
基板18の裏面18aから底部20cの位置までの内側内壁20bの高さD、
基板18がステージ13の外側に向けてはみ出した長さa、
ステージ13の外側に向いた方向において、基板18の裏面18aがステージからはみ出した境界Kステージ13の外周縁部)の位置から裏面着膜防止曲面である外側内壁20aの上端Uaまでの距離(底部幅寸法)L、
成膜粒子におけるスパッタリング放出角θ、としたときに、次の式として、
a ≦ L ≦ D/tanθ
D−(L−a)tanθ ≦ Ra
D < 5a
Rb > a
Ra + Rb > L
Rc < D
Ra = Rb = Rc
の関係を満たすように設定されている。これにより、成膜装置10の高さ方向の寸法が大きくなりすぎることを防止して、省スペース化を図ることができる。
図5に示すように、基板18の裏面18aがステージ13の外側に向けてはみ出した先端Tの位置から延び、かつ、水平に対してスパッタリング放出角θに等しい角度で延びる直線dP1は、外側内壁20aの円弧と交わっている(到達点P1)。ここで、外側内壁20aの上端Uaとなる上面19aは、直線dP1と外側内壁20aの円弧との到達点P1よりも上側に位置することができる。
また、基板18の裏面18aがステージ13からはみ出す境界Kの位置から延び、かつ、水平に対してスパッタリング放出角θに等しい角度で延びる直線dP2は、外側内壁20aの円弧と交わっている(到達点P2)。ここで、外側内壁20aの上端Uaとなる上面19aは、直線dP2と外側内壁20aの円弧との到達点P2よりも上側に位置することができる。
なお、溝20の断面形状を略半円とした際には、曲率半径Raが、溝20の深さ寸法と等しくなり、つまり、溝20の底部20cから上面19aまでの高さ寸法と等しくなる。
A(θ1) = αsinθ1(1+βsin2θ1)
で表される。
ここで、αは規格化定数、βはスパッタリングターゲット物質、スパッタガスにより変化する定数である。βが変化するとスパッタ収量最大となるスパッタリング放出角θは変化する。図3に示す横軸はスパッタリングターゲットに対して水平方向、図3に示す縦軸はスパッタリングターゲットに対して垂直方向である。図3にプロットした点と原点とを結ぶ線分の長さがA(θ1)である。θ1は、横軸とA(θ1)の線分が成す角とで定義している。スパッタリング放出角θをスパッタ収量が最大になる角度として規定する。
なお、図3に関する説明は非特許文献1に記載されている。
垂直入射イオンに対するスパッタリング放出角θは、図4に示すように、ある程度の分布を有しているが、本実施形態においては、スパッタ収量が最大になる角度をスパッタリング放出角θとして規定する。ここで、図4に示す横軸はスパッタリングターゲットに対して水平方向、図4に示す縦軸はスパッタリングターゲットに対して垂直方向である。図4にプロットした点と原点とを結ぶ線分の長さがスパッタ収量を表している。
スパッタリング放出角θは、図4に示すように、それぞれアルミニウムが60°程度、チタンで40°程度として設定することができる。
5[mm]≦ L ≦ 11.5[mm]
5[mm]−(L−5[mm])×1.73[mm]≦ Ra
として設定することができる。
5[mm]≦ L ≦ 23.8[mm]
5[mm]−(L−5[mm])×0.83[mm]≦ Ra
として設定することができる。
図2において、ステージ13よりも上側に位置するターゲット12から鉛直下向きに飛翔してきたスパッタ粒子は、溝20に入射する。
このため、溝20内において、図2に示す破線d1が通る点B1よりも右側に位置する点から飛ぶスパッタ粒子が内側内壁20bに向けて進むため、基板18の裏面18aにはスパッタ粒子は到達しない。
このため、溝20内において、図2に示す破線d2が通る点B2よりも左側に位置する点から飛ぶスパッタ粒子が外側内壁20aに向けて進むため、基板18の裏面18aにはスパッタ粒子は到達しない。
これらのように成膜粒子におけるスパッタリング放出角θよりも大きな角度θaで入射したスパッタ粒子であっても、基板18の裏面18aに向けて飛翔することを防止できる。
これにより、基板18の裏面18aにおけるリスパッタの発生を防止することができる。
さらに、成膜粒子におけるスパッタリング放出角θよりも大きな角度で溝20に入射したスパッタ粒子であっても、基板18の裏面18aに向けて飛翔することを防止できる。
また、所定の溝20の幅寸法Lに対して、高さDが、Ltanθからはみ出し長さaの5倍程度までの範囲で多少深い溝20を設定することもできる。
さらに、本発明の実施形態に係るプラテンリング19をフォトマスクの製造などに用いることができる。
また、図6に示すように、矩形断面を有する溝120を有するプラテンリングを用いる場合、破線d6、d7で挟まれた斜めの領域内では、リスパッタ成分が基板18の裏面18aに着膜してしまうことを防止できない。
図7は、本実施形態に係る成膜装置におけるプラテンリングを示す拡大断面図である。本実施形態は、内側内壁20Abおよび底部20Acに関する点で、上述した第1実施形態と異なる。本実施形態に係る成膜装置のその他の構造は、上述した第1実施形態と同じである。上述した第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
なお、図7に示すように、内側内壁20Abの上端Ubを含む面には、傾斜面(テーパ面)が形成されている。図7に示す断面図においては、内側内壁20Abの上端Ubを含む傾斜面は、直線状の面を有する。即ち、ステージ13からターゲット12に向かう方向において溝20Aの幅寸法が徐々に増加するように、傾斜面が内側内壁20Abの上端Ubに向けて延びるように形成されている。換言すると、ステージ13の外側側面に対向する外側部材(プラテンリング19一部)の厚さが、ステージ13からターゲット12に向かう方向において、徐々に薄くなっている。
D−(L−a)tanθ ≦ Ra ≦ L
a ≦ L ≦ D / tanθ
5a ≦ D
の関係を満たすように設定されている。
さらに、本実施形態に係る成膜装置10およびプラテンリング19においては、プラテンリング19の除膜メンテナンス周期を延長するという効果を奏することができる。
図8は、本実施形態に係る成膜装置におけるプラテンリングを示す拡大断面図である。本実施形態は、外側内壁20Bbおよび底部20Bcに関する点で、上述した第1または第2実施形態と異なる。本実施形態に係る成膜装置のその他の構造は、上述した第1または第2実施形態と同じである。上述した第1または第2実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
D−(L−a)tanθ ≦ Rb ≦ L
a ≦ L ≦ D/tanθ
5a ≦ D
の関係を満たすように設定されている。
さらに、本実施形態に係る成膜装置10およびプラテンリング19においては、プラテンリング19の除膜メンテナンス周期を延長するという効果を奏することができる。
図9は、本実施形態に係る成膜装置におけるプラテンリングを示す拡大断面図である。本実施形態は、溝20Cに関する点で、上述した第1実施形態と異なる。本実施形態に係る成膜装置のその他の構造は、上述した第1実施形態と同じである。上述した第1から第3実施形態のいずれかと対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
なお、図9においては、楕円の長軸が溝20Cの幅方向、図中の左右方向として記載されているが、楕円の長軸が鉛直方向に平行、つまり、楕円の長軸が上下方向に平行になるように溝20Cを形成することもできる。
a ≦ L ≦ D/tanθ
5a ≦ D
の関係を満たすように設定されている。
さらに、本実施形態に係る成膜装置10およびプラテンリング19においては、プラテンリング19の除膜メンテナンス周期を延長するという効果を奏することができる。
図10は、本実施形態に係る成膜装置におけるプラテンリングを示す拡大断面図である。本実施形態は、溝20Dに関する点で、上述した第1から第4実施形態のいずれかと異なる。本実施形態に係る成膜装置のその他の構造は、上述した第1から第4実施形態のいずれかと同じである。上述した第1から第4実施形態のいずれかと対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
また、内側内壁20Dbにおける円弧状よりも上側部分は、鉛直方向に延びる壁部を有する直線形状となるように立設されている。
外側内壁20Daの曲率中心20Do(第1曲率中心)、内側内壁20Dbの曲率中心20Dob(第2曲率中心)は、いずれも溝20Dの幅方向において同じ位置にある。曲率中心20Do及び曲率中心20Dobは、溝20Dの幅方向において基板18の外側輪郭(先端T)とほぼ等しい位置にある。つまり、溝20Dは、図10に示すように、鉛直方向に平行であるとともに中心点20Doを通る線に対して、左右非対称となるように形成されている。
Ra > Rb
Rb = a
の関係を満たすように設定されている。
さらに、本実施形態に係る成膜装置10およびプラテンリング19においては、プラテンリング19の除膜メンテナンス周期を延長するという効果を奏することができる。
図11は、本実施形態に係る成膜装置におけるプラテンリングを示す拡大断面図である。本実施形態は、溝20Eに関する点で、上述した第1から第5実施形態のいずれかと異なる。本実施形態に係る成膜装置のその他の構造は、上述した第1から第5実施形態のいずれかと同じである。上述した第1から第5実施形態のいずれかと対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
また、外側内壁20Eaにおける円弧状よりも上側部分は、鉛直方向に延びる壁部を有する直線形状となるように立設されている。
外側内壁20Eaの曲率中心20Eoa(第1曲率中心)、内側内壁20Ebの曲率中心20Eo(第2曲率中心)は、いずれも溝20Eの幅方向において同じ位置にある。曲率中心20Eoa及び曲率中心20Eoは、溝20Eの幅方向において基板18の外側輪郭(先端T)よりもさらに外側に位置にある。つまり、溝20Eは、図11に示すように、鉛直方向に平行であるとともに中心点20Doを通る線に対して、左右非対称となるように形成されている。
Ra < Rb
Rb > a
の関係を満たすように設定されている。
さらに、本実施形態に係る成膜装置10およびプラテンリング19においては、プラテンリング19の除膜メンテナンス周期を延長するという効果を奏することができる。
11…チャンバ
12…ターゲット
13…ステージ
18…基板(被成膜物)
18a…裏面
19…プラテンリング
19a…上面(面)
20,20A,20B,20C,20D,20E…溝
20a,20Ba,20Ca,20Da,20Ea…外側内壁(裏面着膜防止曲面)
20b,20Ab,20Cb,20Db,20Eb…内側内壁(裏面着膜防止曲面)
20c,20Ac,20Bc,20Cc,20Dc,20Ec…底部
Claims (7)
- ターゲットを収容するチャンバと、
前記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、被成膜物が載置されるステージと、
前記ターゲットに対向する対向面と、前記対向面に形成された溝とを有し、前記ステージの周縁を囲むプラテンリングと、
を備え、
前記ステージ上に載置される前記被成膜物の周縁は、前記ステージの周縁の外側に位置するように前記ステージの前記周縁からはみ出し、
前記被成膜物の周縁に対応する位置に、前記溝が配置されており、
前記ターゲットから前記被成膜物までの第1距離よりも、前記ターゲットから前記溝までの第2距離が大きくなるように、前記溝は、前記プラテンリングに周設されており、
前記溝は、前記ターゲットから放出された成膜粒子が前記被成膜物の裏面に堆積することを防止する裏面着膜防止曲面を有し、
前記溝は、前記ステージから離間する外側内壁と、前記ステージに近い内側内壁とを有し、前記外側内壁は、以下の関係式を満たす前記裏面着膜防止曲面である成膜装置。
D−(L−a)tanθ ≦ Ra ≦ L
a ≦ L ≦ D / tanθ
5a ≦ D
ここで、前記D、前記a、前記L、前記θ、及び前記Raは、以下のとおり定義される。
前記D:基板(前記被成膜物)の裏面から底部の位置までの内側内壁の高さ。
前記a:基板(前記被成膜物)がステージの外側に向けてはみ出した長さ。
前記L:ステージの外側に向いた方向において、基板(前記被成膜物)の裏面がステージからはみ出した境界(ステージの外周縁部)の位置から裏面着膜防止曲面である外側内壁の上端までの距離(底部幅寸法)。
前記θ:成膜粒子におけるスパッタリング放出角。
前記Ra:円弧状をなす外側内壁の曲率半径。 - 前記裏面着膜防止曲面が、前記ステージの法線方向に沿う断面において曲率半径を有する曲面を有する請求項1に記載の成膜装置。
- 前記裏面着膜防止曲面が、前記ステージの法線方向に沿う断面において、円弧状として形成される請求項1または請求項2に記載の成膜装置。
- 前記ステージの外側に向く方向において前記被成膜物の裏面が前記ステージからはみ出す境界の位置から、前記ステージの側面の法線方向となる水平よりも下側に向けて、前記水平に対してスパッタリング放出最大角θで延びる直線を引いた場合、前記直線が前記外側内壁に交わる到達点の位置よりも、前記外側内壁の上端の位置が、上側に位置する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の成膜装置。
- 前記ステージの側面の法線方向となる鉛直断面において、前記裏面着膜防止曲面の曲率中心と、前記ステージの外側に向く方向において前記被成膜物の裏面が前記ステージからはみ出す境界の位置とを結ぶ直線を引いた場合、
前記直線が水平に対して下側になす角が、スパッタリング放出最大角θより大きく設定される請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記ステージの形状は、前記ターゲットから見て、円形または矩形である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の成膜装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の成膜装置に用いられるプラテンリング。
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