JP6871068B2 - Sputtering equipment - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリング装置に関し、より詳しくは、被成膜物の表面にカーボン膜を成膜するものに関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to an apparatus for forming a carbon film on the surface of an object to be filmed.
従来、この種のスパッタリング装置は、不揮発性メモリ等のデバイスの電極膜としてカーボン膜を成膜することに利用されている(例えば、特許文献1参照)。このものは、カーボン製のターゲットが設けられる真空チャンバと、真空チャンバを真空引きする真空ポンプと、真空チャンバ内でターゲットに対向配置されて成膜対象物を保持するステージとを備える。また、真空チャンバには、その内壁から隙間を存して設置されてターゲットとステージとの間の成膜空間を囲繞するシールド板が設けられる。そして、真空ポンプにより真空チャンバ内を所定圧力に真空引きした後、ターゲットをスパッタリングすることで、成膜対象物表面にカーボン膜が成膜される。 Conventionally, this type of sputtering apparatus has been used to form a carbon film as an electrode film for a device such as a non-volatile memory (see, for example, Patent Document 1). This includes a vacuum chamber provided with a carbon target, a vacuum pump that evacuates the vacuum chamber, and a stage that is arranged in the vacuum chamber so as to face the target and holds an object to be formed. Further, the vacuum chamber is provided with a shield plate which is installed with a gap from the inner wall thereof and surrounds the film formation space between the target and the stage. Then, the inside of the vacuum chamber is evacuated to a predetermined pressure by a vacuum pump, and then the target is sputtered to form a carbon film on the surface of the object to be formed.
ここで、カーボン製のターゲットをスパッタリングして成膜対象物表面に成膜したとき、成膜直後の成膜対象物表面に微細なパーティクルが付着することがある。このようなパーティクルの付着は製品歩留まりを低下させる原因となることから、成膜対象物の表面へのパーティクルの付着を可及的に抑制する必要がある。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、真空チャンバ内に浮遊するカーボン粒子が微細なパーティクルとして成膜直後の成膜対象物の表面に付着していることを知見するのに至った。即ち、カーボン製のターゲットをスパッタリングすると、ターゲットから飛散するカーボン粒子は、成膜対象物のみならず、ターゲット周辺に存する部品やシールド板の表面にも付着、堆積するが、このように付着したカーボン粒子が何らかの原因で再離脱し、この再離脱したカーボン粒子が、真空排気されずに真空チャンバ内で浮遊していることに起因していると考えられる。 Here, when a carbon target is sputtered to form a film on the surface of the film-forming object, fine particles may adhere to the surface of the film-forming object immediately after the film formation. Since such adhesion of particles causes a decrease in product yield, it is necessary to suppress the adhesion of particles to the surface of the film-forming object as much as possible. Therefore, the present inventors have conducted extensive research and have come to find that the carbon particles floating in the vacuum chamber are attached to the surface of the film-forming object immediately after the film-forming as fine particles. That is, when the carbon target is sputtered, the carbon particles scattered from the target adhere and accumulate not only on the film-forming object but also on the surface of the parts and the shield plate existing around the target. It is considered that the particles are re-disengaged for some reason, and the re-disengaged carbon particles are suspended in the vacuum chamber without being evacuated.
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、成膜対象物の表面に付着するパーティクルの数を可及的に少なくすることができるスパッタリング装置を提供することをその課題とするものである。 The present invention has been made based on the above findings, and an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of reducing the number of particles adhering to the surface of a film-forming object as much as possible. ..
上記課題を解決するために、カーボン製のターゲットが設けられる真空チャンバと、真空チャンバを真空引きする真空ポンプと、真空チャンバ内で成膜対象物を保持するステージと、真空チャンバの内壁面から隙間を存して設置されてターゲットとステージとの間の成膜空間を囲繞するシールド板とを備え、真空ポンプにより真空チャンバ内を所定圧力に真空引きした後、ターゲットをスパッタリングすることで、成膜対象物表面にカーボン膜を成膜する本発明のスパッタリング装置は、表面が123K以下の温度に冷却される吸着体を更に備え、吸着体が、成膜対象物に対する輻射が防止される真空チャンバ内の所定位置に、シールド板の外表面部分に隙間を存して設けられることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a vacuum chamber provided with a carbon target, a vacuum pump that evacuates the vacuum chamber, a stage that holds an object to be formed in the vacuum chamber, and a gap from the inner wall surface of the vacuum chamber. It is provided with a shield plate that surrounds the film formation space between the target and the stage, and the inside of the vacuum chamber is evacuated to a predetermined pressure by a vacuum pump, and then the target is evacuated to form a film. The sputtering apparatus of the present invention for forming a carbon film on the surface of an object further includes an adsorbent whose surface is cooled to a temperature of 123 K or less, and the adsorbent is in a vacuum chamber in which radiation to the object to be formed is prevented. It is characterized in that a gap is provided in the outer surface portion of the shield plate at a predetermined position.
本発明によれば、真空チャンバ内で浮遊するカーボン粒子が一旦吸着体に吸着されると、この吸着体の表面が123K以下の温度に冷却されていることで、再離脱が防止される。結果として、真空チャンバ内で浮遊しているカーボン粒子の量が少なくすることで、成膜対象物の表面に付着するパーティクルの数を可及的に少なくできる。この場合、成膜対象物に対する輻射が防止される真空チャンバ内の所定位置に吸着体が配置されているため、膜質が変化する等の成膜対象物に対する成膜プロセスに悪影響を与えるといった不具合は生じない。さらに、吸着体からの輻射でシールド板自体が所定温度に冷却されることで、シールド板自体が吸着体としての役割を果たすようになり、成膜空間を画成するシールド板でカーボン粒子を吸着し、保持させることで、浮遊するカーボン粒子の量がより一層少なくでき、有利である。 According to the present invention, once the carbon particles suspended in the vacuum chamber are adsorbed on the adsorbent, the surface of the adsorbent is cooled to a temperature of 123 K or less, so that re-separation is prevented. As a result, by reducing the amount of carbon particles suspended in the vacuum chamber, the number of particles adhering to the surface of the film-forming object can be reduced as much as possible. In this case, since the adsorbent is arranged at a predetermined position in the vacuum chamber where radiation to the film-forming object is prevented, there is a problem that the film quality is changed and the film-forming process for the film-forming object is adversely affected. Does not occur. Furthermore, the shield plate itself is cooled to a predetermined temperature by radiation from the adsorbent, so that the shield plate itself plays a role as an adsorbent, and carbon particles are adsorbed by the shield plate that defines the film formation space. However, by retaining the particles, the amount of suspended carbon particles can be further reduced, which is advantageous.
本発明においては、前記ターゲットと前記ステージとが対向配置されると共に両者を結ぶ延長線に対して直交する方向に局所的に膨出させた排気空間部を設け、排気空間部に開設した排気口に前記真空ポンプが接続されることが好ましい。 In the present invention, the target and the stage are arranged to face each other, and an exhaust space portion is provided that is locally expanded in a direction orthogonal to an extension line connecting the two, and an exhaust port is provided in the exhaust space portion. It said vacuum pump to be connected to is preferred.
この場合、前記シールド板の外表面部分を前記排気空間部の排気ガス流入口に対峙する範囲とすることが好ましい。これによれば、真空チャンバ内の成膜空間から排気空間部に通じる排気ガスの排気経路中に吸着体が存することで、カーボン粒子をより吸着させ易くでき、有利である。 In this case, it is preferable that the outer surface portion of the shield plate is in a range facing the exhaust gas inflow port of the exhaust space portion. According to this, the presence of the adsorbent in the exhaust path of the exhaust gas leading from the film forming space in the vacuum chamber to the exhaust space portion makes it easier to adsorb carbon particles, which is advantageous.
以下、図面を参照し、成膜対象物をシリコンウエハ(以下、単に「基板W」という)とし、真空チャンバの上部にスパッタリング用のカーボン製ターゲット、その下部に基板Wが設置されるステージが設けられたものを例に本発明のスパッタリング装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, referring to the drawings, the object to be filmed is a silicon wafer (hereinafter, simply referred to as “substrate W”), a carbon target for sputtering is provided above the vacuum chamber, and a stage on which the substrate W is installed is provided below the target. An embodiment of the sputtering apparatus of the present invention will be described by taking the above-mentioned one as an example.
図1及び図2を参照して、SMは、本実施形態のマグネトロン方式のスパッタリング装置である。スパッタリング装置SMは真空チャンバ1を備え、真空チャンバ1の上部にカソードユニットCuが着脱自在に取付けられている。カソードユニットCuは、カーボン製のターゲット2と、このターゲット2の上方に配置された磁石ユニット3とで構成されている。
With reference to FIGS. 1 and 2, the SM is a magnetron-type sputtering apparatus of the present embodiment. The sputtering apparatus SM includes a
ターゲット2は、基板Wの輪郭に応じて平面視円形に形成されたものである。ターゲット2は、バッキングプレート21に装着した状態で、そのスパッタ面22を下方にして、真空チャンバ1の上壁に設けた絶縁体Ibを介して真空チャンバ1の上部に取り付けられている。また、ターゲット2には、公知の構造を持つスパッタ電源Eが接続され、スパッタリングによる成膜時、負の電位を持った直流電力が投入できるようにしている。ターゲット2の上方に配置される磁石ユニット3は、ターゲット2のスパッタ面22の下方空間に磁場を発生させ、スパッタ時にスパッタ面22の下方で電離した電子等を捕捉してターゲット2から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造を有するものである。磁石ユニット自体としては公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。
The
真空チャンバ1の底部中央には、ターゲット2に対向させてステージ4が他の絶縁体Ibを介して配置されている。ステージ4は、特に図示して説明しないが、例えば筒状の輪郭を持つ金属製の基台と、この基台の上面に接着されるチャックプレートとで構成され、成膜中、基板Wを吸着保持できるようにしている。なお、静電チャックの構造については、単極型や双極型等の公知のものが利用できるため、これ以上の詳細な説明は省略する。また、基台には、冷媒循環用の通路やヒータを内蔵し、成膜中、基板Wを所定温度に制御することができるようにしてもよい。
At the center of the bottom of the
また、真空チャンバ1内には、その内壁面1aから隙間を存して設置されてターゲット2とステージ4との間の成膜空間1bを囲繞するシールド板5を備える。シールド板5は、ターゲット2の周囲を囲繞し、かつ、真空チャンバ1の下方にのびる略筒状の上板部51と、ステージ4の周囲を囲繞し、かつ、真空チャンバ1の上方にのびる略筒状の下板部52とを有し、上板部51の下端と下板部52の上端とを周方向で隙間を存してオーバラップさせている。なお、上板部51及び下板部52は一体に形成されていてもよく、また、周方向に複数部分に分割して組み合わせるようにしてもよい。
Further, the
更に、真空チャンバ1には所定のガスを導入するガス導入手段6が設けられている。ガスとしては、成膜空間1bにプラズマを形成する際に導入されるアルゴンガス等の希ガスだけでなく、成膜に応じて適宜導入される酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスも含まれる。ガス導入手段6は、上板部51の外周に設けられたガスリング61と、ガスリング61に接続された、真空チャンバ1の側壁を貫通するガス管62とを有し、ガス管62がマスフローコントローラ63を介して図示省略のガス源に連通している。この場合、詳細な図示を省略したが、ガスリング61にはガス拡散部が付設され、ガス管62からのスパッタガスがガス拡散部で拡散されて、ガスリング61に周方向に等間隔で穿設されたガス噴射口61aから同等流量でスパッタガスが噴射されるようにしている。そして、ガス噴射口61aから噴射されたスパッタガスは、上板部51に形成したガス孔(図示せず)から成膜空間1b内に所定の流量で導入され、成膜中、成膜空間1b内の圧力分布をその全体に亘って同等にできるようにしている。なお、成膜空間1b内の圧力分布をその全体に亘って同等にするための手法は、これに限定されるものではなく、他の公知の手法を適宜採用できる。
Further, the
また、真空チャンバ1には、ターゲット2とステージ4とを結ぶ中心線(延長線)Clに対して直交する方向に局所的に膨出させた排気空間部11が設けられ、この排気空間部11を区画する底壁面には、排気口11aが開設されている。排気口11aには、排気管を介してクライオポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプVpが接続されている。成膜中、成膜空間1bに導入されたスパッタガスの一部は排気ガスとなって、シールド板5の継ぎ目や、シールド板5とターゲット2またはステージ4との隙間から、シールド板5の外表面と真空チャンバ1の内壁面1aとの間の隙間を通って排気ガス流入口11bから排気空間部11に流れ、排気口11aを介して真空ポンプVpへと真空排気される。このとき、成膜空間1bと排気空間部11との間には、数Pa程度の圧力差が生じるようになる。
Further, the
基板Wに対して所定の薄膜を成膜する場合、図外の真空搬送ロボットによりステージ4上へと基板Wを搬入し、ステージ4のチャックプレート上面に基板Wを設置する(この場合、基板Wの上面が成膜面となる)。そして、真空搬送ロボットを退避させると共に、静電チャック用の電極に対してチャック電源から所定電圧を印加して、チャックプレート上面に基板Wを静電吸着する。次に、真空チャンバ1内が所定圧力(例えば、1×10−5Pa)まで真空引きされると、ガス導入手段6を介してスパッタガスとしてのアルゴンガスを一定の流量で導入し、これに併せてターゲット2にスパッタ電源Eから所定電力を投入する。これにより、成膜空間1b内にプラズマが形成され、プラズマ中のアルゴンガスのイオンでターゲットがスパッタリングされ、ターゲット2からのスパッタ粒子(カーボン粒子)が基板Wの上面に付着、堆積してカーボン膜が成膜される。このようにターゲット2をスパッタリングしてカーボン膜を成膜する場合、真空チャンバ1内に浮遊するカーボン粒子が微細なパーティクルとして成膜直後の成膜対象物の表面に付着していることを知見するのに至った。これは、ターゲットから飛散するカーボン粒子は、基板Wだけじゃなく、ターゲット2周辺に存する部品やシールド板5の表面にも付着、堆積するが、このように付着したカーボン粒子が何らかの原因で再離脱し、この再離脱したカーボン粒子が、真空排気されずに真空チャンバ1内で浮遊していることに起因していると考えられる。
When forming a predetermined thin film on the substrate W, the substrate W is carried onto the
そこで、本実施形態では、成膜対象物Wに対する輻射が防止される真空チャンバ1内の所定位置に、表面が123K以下の温度に冷却される吸着体7を設けることとした。この場合、吸着体7は、シールド板5の下板部52の外表面部分52aに隙間を存して設けられ、図示省略の冷凍機等の冷却機構により上記温度に表面が冷却されている。冷却機構としては公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。吸着体7は、モータ等の昇降機構7aにより上下方向に移動自在に構成されているが、真空チャンバ1の底壁面に立設してもよい。
Therefore, in the present embodiment, the
以上によれば、真空チャンバ1内で浮遊するカーボン粒子が一旦吸着体7に吸着されると、この吸着体7の表面が123K以下の温度に冷却されていることで、再離脱が防止される。結果として、真空チャンバ1内で浮遊しているカーボン粒子の量が少なくすることで、基板Wの表面に付着するパーティクルの数を可及的に少なくできる。この場合、基板Wに対する輻射が防止される真空チャンバ内の所定位置に吸着体7が配置されているため、膜質が変化する等の基板Wに対する成膜プロセスに悪影響を与えるといった不具合は生じない。また、吸着体7からの輻射でシールド板5自体が123K以下の温度に冷却されることで、シールド板5自体が吸着体としての役割を果たすようになり、成膜空間1bを画成するシールド板5でカーボン粒子を吸着し、保持させることで、浮遊するカーボン粒子の量がより一層少なくでき、有利である。この場合、冷却されたシールド板5からの輻射で基板Wが冷却されないように、基板Wとシールド板5とを10mm以上離間させればよい。
According to the above, once the carbon particles floating in the
次に、本発明の効果を確認するため、以下の発明実験を行った。即ち、基板Wを直径300mmのシリコンウエハ、ターゲット2をφ400mmのカーボン製のものとし、上記スパッタリング装置SMを用いて基板Wにカーボン膜を成膜した。スパッタ条件として、ターゲット2と基板Wとの間の距離を60mm、スパッタ電源Eによる投入電力を2kW、スパッタ時間を120secに設定した。また、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタリング中、スパッタガスの分圧を0.1Paとした。また、比較実験として、上記スパッタリング装置SMから吸着体7を取り外し、同一の条件で成膜した。
Next, in order to confirm the effect of the present invention, the following invention experiment was carried out. That is, the substrate W was made of a silicon wafer having a diameter of 300 mm and the
成膜前と成膜後に基板Wに付着する0.1μm以上のパーティクルの数を測定し、成膜中に基板Wに付着したパーティクル数を求めた。これによれば、発明実験では84個であったのに対し、比較実験では145個であり、吸着体7を設けることによりパーティクル数を少なくできることが判った。
The number of particles of 0.1 μm or more adhering to the substrate W before and after the film formation was measured, and the number of particles adhering to the substrate W during the film formation was determined. According to this, the number of particles was 84 in the invention experiment, but it was 145 in the comparative experiment, and it was found that the number of particles can be reduced by providing the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、排気空間部11の排気ガス流入口11bに対峙する範囲のシールド板5の下板部52の外表面部分52aを隙間を存在して覆うように吸着体7を設けているが、図3に示すように、吸着体7の両端が真空チャンバ1の内壁面1aとシールド板5の下板部52との間の隙間にまで更にのびるように設けてもよい。尚、図3中、矢印は排気ガスの流れを示す。これによれば、シールド板5を効率よく冷却することができ、しかも、排気ガスに含まれるカーボン粒子を効率よく吸着し、保持させることで、排気ガス中のカーボン粒子が成膜空間1bに流れて基板Wに付着することを抑制することができ、有利である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above. In the above embodiment, the
上記実施形態では、吸着体7によりシールド板5を冷却する場合を例に説明したが、シールド板5以外の構成部品でカーボン粒子が付着するものを冷却する場合にも本発明を適用することができる。
In the above embodiment, the case where the
SM…スパッタリング装置、Vp…真空ポンプ、W…基板(成膜対象物)、1…真空チャンバ、1a…真空チャンバ1の内壁面、11…排気空間部、11a…排気口、2…ターゲット、4…ステージ、5…シールド板、7…吸着体。
SM ... Sputtering device, Vp ... Vacuum pump, W ... Substrate (object to be deposited), 1 ... Vacuum chamber, 1a ... Inner wall surface of
Claims (3)
表面が123K以下の温度に冷却される吸着体を更に備え、吸着体が、成膜対象物に対する輻射が防止される真空チャンバ内の所定位置に、シールド板の外表面部分に隙間を存して設けられることを特徴とするスパッタリング装置。 A vacuum chamber provided with a carbon target, a vacuum pump that evacuates the vacuum chamber, a stage that holds the object to be formed in the vacuum chamber, and a target that is installed with a gap from the inner wall surface of the vacuum chamber. It is equipped with a shield plate that surrounds the film formation space between the film and the stage, and after vacuuming the inside of the vacuum chamber to a predetermined pressure with a vacuum pump, the target is sputtered to form a carbon film on the surface of the film formation target. In a film sputtering device
Further provided with an adsorbent whose surface is cooled to a temperature of 123 K or less, the adsorbent has a gap in the outer surface portion of the shield plate at a predetermined position in the vacuum chamber where radiation to the film-forming object is prevented. sputtering system, characterized by being provided.
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