JP6928331B2 - スパッタリング装置及びスパッタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリングによる成膜技術の分野に関する。

近年、例えばＬｉ電池等の分野では、アルミニウムを用いて比較的厚さが厚い膜をスパッタリングによって形成することが行われている。

この種のスパッタリングの際には、基板の外径より大きな外径を有するターゲットを用いることがある。

このようなスパッタリングを行う際には、ターゲットの縁部から飛翔するスパッタ粒子が、基板に向って斜め方向に入射することになる。

その一方、近年では、基板の端縁部（エッジ部）においても成膜を行うことが求められているが、基板の端縁部において成膜を行おうとすると、ターゲットの縁部から飛翔するスパッタ粒子が、真空槽内の基板の端縁部の外方近傍の領域に到達して、ステージ等に付着するという問題がある。

このような問題に対しては、スパッタ粒子の飛翔を遮るための防着部を基板の端縁部の近傍に配置してスパッタ粒子の真空槽内における付着を防止することも考えられる。

しかし、防着部を基板の端縁部の近傍に配置すると、防着部上に付着したスパッタ粒子による膜がスパッタリングの回数が増えるに伴い隆起して、その隆起部分によってスパッタ粒子の基板の端縁部への到達が妨げられる。

そして、その結果、基板の表面の端縁部において膜の形成が妨げられて厚さが薄くなり、基板上における膜厚分布の面内均一性を確保できず、その結果、メンテナンス期間も短くなって生産効率も悪化する。

特開２０１０−１１１８９２号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、斜入射成分を有するスパッタ粒子を用いてスパッタリングを行う際に基板上における膜厚分布の面内均一性を確保するとともに、メンテナンスの頻度を減少させることができる技術を提供することにある。

上記課題を解決すべくなされた本発明は、真空槽と、前記真空槽内に設けられ、基板が配置されるステージと、前記真空槽内に設けられ、スパッタリングの際、ターゲットから飛翔して前記ステージ上に配置される基板の縁部の外側近傍の領域に向って基板外方側から基板内方側に斜入射するスパッタ粒子を遮蔽するための防着部とを有し、前記防着部を、前記ターゲットに対して近接又は離間させるための防着部駆動機構が設けられているスパッタリング装置である。
本発明は、前記防着部は、前記ターゲットに対向する防着面を有し、当該防着面は、前記ステージ上に配置される基板の表面に対して前記ターゲット側の領域内で移動できるように構成されているスパッタリング装置である。
本発明は、前記防着部の防着面に対するターゲット材料の付着量に応じて前記防着部を前記ターゲットから離間させるように前記防着部駆動機構の動作を制御するように構成されているスパッタリング装置である。
本発明は、前記ステージ上に基板の表面が水平となるように配置され、前記防着部駆動機構が鉛直上方向又は下方向に移動できるように構成されているスパッタリング装置である。
また、本発明は、上記いずれか記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、前記ターゲットの使用量と前記防着部の防着面に対するターゲット材料の付着量の関係を予め算出しておき、当該算出された前記ターゲットの使用量に基づいて前記防着部を前記ターゲットから離間させるように前記防着部駆動機構の動作を制御するステップを有するスパッタリング方法である。
本発明は、前記基板として、前記ターゲットの外径より小さい外径を有する基板を用いるスパッタリング方法である。
本発明は、前記ターゲットがアルミニウムからなるスパッタリング方法である。

本発明では、スパッタリングの際、ターゲットから飛翔してステージ上に配置される基板の縁部の外側近傍の領域に向って基板外方側から基板内方側に斜入射するスパッタ粒子を遮蔽するための防着部を有していることから、真空槽内のステージの近傍においてスパッタ粒子の付着を確実に防止することができる。

また、この防着部を、防着部駆動機構によってターゲットに対して近接又は離間させるようにしたことから、防着部に付着したスパッタ粒子による膜によって基板の縁部にスパッタ粒子が到達しなくなる前に防着部をターゲットに対して離間させることによって、ターゲットから飛翔して基板に対して斜入射するスパッタ粒子を基板の縁部に確実に到達させることができ、これにより基板上における膜厚分布の面内均一性を確保することができる。

さらに、本発明によれば、基板上における膜厚分布の面内均一性を長期間にわたって確保することができるので、メンテナンスの頻度を減少させることができる。

本発明に係るスパッタリング装置の一例の内部構成を示す部分断面図 本発明に係るスパッタリング方法の一例を模式的に示す部分説明図（その１） 同スパッタリング方法の一例を模式的に示す部分説明図（その２） 同スパッタリング方法の一例を模式的に示す部分説明図（その３） 同スパッタリング方法の一例を模式的に示す部分説明図（その４）

以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るスパッタリング装置の一例の内部構成を示す部分断面図である。

図１に示すように、このスパッタリング装置１は、図示しない真空排気手段に接続された真空槽２を有している。

真空槽２は、図示しないスパッタガス導入手段に接続され、アルゴン等の所定のスパッタガスを真空槽２内に導入するように構成されている。

真空槽２の内部の例えば上部には、バッキングプレート３に取り付けられたスパッタリングターゲット（以下、「ターゲット」という。）４が設けられている。

本実施の形態の場合、ターゲット４として、アルミニウム（Ａｌ）からなるターゲット４が用いられている。

このターゲット４は、真空槽２の外部に設けられたスパッタ電源（図示せず）からバッキングプレート３を介して所定の電力が印加されるように構成されている。なお、バッキングプレート３の近傍には、図示しないマグネットが設けられている。

真空槽２内の例えば下部には、ステージ５が設けられている。
このステージ５は、例えばシリコンウェハ等の基板１０を載置する本体部５０を有し、この本体部５０内には図示しない静電チャックが設けられている。

なお、ステージ５の本体部５０の下部の周囲には、例えばアルミナからなる台座部５１が設けられ、この台座部５１の上には例えばステンレスからなるステージ構成部材５２が本体部５０を取り囲むように設けられている。

本実施の形態の場合、ステージ５の本体部５０の上部に載置部５３が設けられ、この載置部５３は、水平面状に形成されている。

そして、ステージ５の載置部５３上に配置（載置）される基板１０は、その外径がターゲット４の外径より小さいものが使用される。

また、本実施の形態に使用する基板１０は、ステージ５の載置部５３の外径より大きな外径に形成され、ステージ５の載置部５３上に配置された場合に、基板１０の縁部がステージ５の載置部５３の縁部から若干外方にはみ出すように、それぞれの寸法が定められている。

ステージ５の載置部５３の周囲には、スパッタ粒子の付着を防止するための防着部６がステージ５の載置部５３を取り囲むように設けられている。

防着部６は、例えばリング状に形成された防着面６０を有している。
この防着面６０は、ステージ５の載置部５３並びに載置部５３に載置された基板１０の表面と平行になるように設けられている。

本実施の形態の防着部６は、例えば真空槽２内の底部に設けられた防着部昇降機構（防着部駆動機構）７に連結され、これにより防着部６がターゲット４に対して近接又は離間する方向、すなわち、鉛直上方又は鉛直下方に移動できるようになっている。

本発明の場合、特に限定されることはないが、防着部６上部へのスパッタ粒子の付着と基板面内における膜厚の均一分布を確保する観点からは、防着部昇降機構７として、例えばステッピングモータによって駆動され、下降の際に例えば１ｍｍ毎段階的に移動するようにその動作を制御するものを用いることが好ましい。

また、特に限定されることはないが、真空槽２内の各部分に対するスパッタ粒子の付着を確実に防止する観点からは、防着部昇降機構７は、防着部６の防着面６０がステージ５の載置部５３に載置された基板１０の表面より高い位置、すなわち、基板１０の表面に対してターゲット４側の領域内において昇降できるように構成することが好ましい。

なお、ターゲット４と防着部６との間には、例えば真空槽２の内壁に対するスパッタ粒子の付着を防止するための図示しない上側の防着部が設けられている。

図２〜図５は、本発明に係るスパッタリング方法の一例を模式的に示す部分説明図である。
図２に示す例は、メンテナンス直後におけるスパッタリング時の成膜状態を示すものである。

図２に示すように、本例では、基板１０の外径より大きい外径を有するターゲット４の例えば周縁部から飛翔する例えばＡｌからなるスパッタ粒子のうち、基板１０の例えば周縁部とその外側近傍の領域に向って四つのスパッタ粒子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が基板外方側から基板内方側にこの順序で斜入射するものとする（以下、「第１スパッタ粒子Ｓ１」、「第２スパッタ粒子Ｓ２」、「第３スパッタ粒子Ｓ３」、「第４スパッタ粒子Ｓ４」という。）。

そして、第１〜第４スパッタ粒子Ｓ１〜Ｓ４のうち、基板１０に対して外方側から内方側に向って２番目に入射する第２スパッタ粒子Ｓ２が基板１０の表面の端縁部（エッジ部）１０ａに到達するように設定されているものとする。

また、第１〜第４スパッタ粒子Ｓ１〜Ｓ４のうち、基板１０に対して最外方側の第１スパッタ粒子Ｓ１が防着部６の防着面６０の内側端縁部（エッジ部）６１に到達するように設定されているものとする。

この場合、防着部６の防着面６０は、ステージ５の載置部５３に載置された基板１０の表面より予め定めた高さだけ高い位置に配置され、基板１０の表面に対してターゲット４側の領域内で移動（昇降）できるように構成されている。

このような状態で、スパッタリングを行うと、基板１０に対して外方側から内方側に向って第２スパッタ粒子Ｓ２が基板１０の表面の端縁部（エッジ部）１０ａに到達するとともに、この第２スパッタ粒子Ｓ２に対して基板内方側の第３スパッタ粒子Ｓ３と第４スパッタ粒子Ｓ４がそれぞれ基板１０の表面に到達して、基板１０の表面に例えばアルミニウム膜８が形成される。

その一方で、基板１０に対して最外方側の第１スパッタ粒子Ｓ１は、防着部６の防着面６０の内側端縁部（エッジ部）６１に到達する。

ここで、防着部６の防着面６０は、ステージ５の載置部５３に載置された基板１０の表面より高い位置に配置されているから、第１スパッタ粒子Ｓ１は、防着部６の防着面６０の内側端縁部６１によってその飛翔が遮られ、その結果、第１スパッタ粒子Ｓ１は基板１０の裏面側に回り込まず、また、ステージ５の本体部５０やステージ５構成部材に付着することなく、防着部６の防着面６０の内側端縁部６１上に付着する。

この状態でスパッタリングを繰り返すと、ターゲット４から飛翔した第１スパッタ粒子Ｓ１の防着部６の防着面６０の内側端縁部６１への付着が続行するため、図３に示すように、防着部６の防着面６０の内側端縁部６１上においてターゲット４の材料であるアルミニウム膜８が厚くなって隆起部分８ａが形成される。

その後、さらにスパッタリングを繰り返すと、防着部６の防着面６０の内側端縁部６１におけるアルミニウム膜８の隆起部分８ａの高さが高くなるため、図４に示すように、この隆起部分８ａによって第２スパッタ粒子Ｓ２の基板１０の表面の端縁部１０ａへの到達が妨げられる。

そして、その結果、基板１０の表面の端縁部１０ａにおいて膜が形成できなくなる。
そこで、本実施の形態では、防着部昇降機構７を動作させ、図５に示すように、防着部６をターゲット４から離間する方向、すなわち、鉛直下方に移動させる（例えば１ｍｍ程度）。

これにより、第２スパッタ粒子Ｓ２の基板１０の表面の端縁部１０ａへの飛翔ルートに対して防着面６０の内側端縁部６１におけるアルミニウム膜８の隆起部分８ａが下方に退避し、第２スパッタ粒子Ｓ２の基板１０の表面の端縁部１０ａへの到達が再開されるため、基板１０の表面の端縁部１０ａにおいてアルミニウム膜８の形成が行われる。

この場合、図４に示すような基板１０の表面の端縁部１０ａにおいて膜が形成できなくなった状態から基板１０の表面の端縁部１０ａに対する成膜を再開しても、基板１０の表面の端縁部１０ａにおける膜厚が中央部分に比べて薄くなってしまうため、それ以前のタイミングで防着部昇降機構７を動作させて防着部６を下降させることが望ましい。

そのためには、例えば防着部６の防着面６０に対するターゲット４材料の付着量に応じて防着部６を下降させてターゲット４から離間させるように防着部昇降機構７の動作を制御する。

具体的には、例えばターゲット４の使用量と防着部６の防着面６０に対するターゲット４材料の付着量の関係を予め算出しておき、当該算出されたターゲット４の使用量に基づいて防着部６を下降させてターゲット４から離間させるように防着部昇降機構７の動作を制御する。

これにより、基板１０の表面の端縁部１０ａにおけるアルミニウム膜８の形成を連続的に行うことができるので、基板１０上における膜厚分布の面内均一性を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、基板１０上における膜厚分布の面内均一性を長期間にわたって確保することができるので、メンテナンスの頻度を減少させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。
例えば上記実施の形態では、ターゲットとしてアルミニウムからなるものを用いたが、本発明はこれに限られず、他の材料からなるものを用いることもできる。

また、上記実施の形態では、ターゲットの外径より小さい外径を有する基板を用いる場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、基板の外径より小さい外径を有する複数のターゲットを並べて配置し、所定のターゲットから飛翔したスパッタ粒子が、ステージ上に配置される基板の縁部の外側近傍の領域に向って基板外方側から基板内方側に斜入射する場合にも適用することができるものである。

１……スパッタリング装置
２……真空槽
３……バッキングプレート
４……ターゲット
５……ステージ
６……防着部
７……防着部昇降機構（防着部駆動機構）
８……アルミニウム膜
８ａ…隆起部分
１０……基板
１０ａ…端縁部
５０……本体部
５３……載置部
６０……防着面
６１……内側端縁部

Claims (7)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に設けられ、基板が配置されるステージと、
   前記真空槽内に設けられ、スパッタリングの際、ターゲットから飛翔して前記ステージ上に配置される基板の縁部の外側近傍の領域に向って基板外方側から基板内方側に斜入射するスパッタ粒子を遮蔽するための防着部とを有し、
   前記防着部を、前記ターゲットに対して近接又は離間させるための防着部駆動機構が設けられているスパッタリング装置。
2. 前記防着部は、前記ターゲットに対向する防着面を有し、当該防着面は、前記ステージ上に配置される基板の表面に対して前記ターゲット側の領域内で移動できるように構成されている請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記防着部の防着面に対するターゲット材料の付着量に応じて前記防着部を前記ターゲットから離間させるように前記防着部駆動機構の動作を制御するように構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
4. 前記ステージ上に基板の表面が水平となるように配置され、前記防着部駆動機構が鉛直上方向又は下方向に移動できるように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、
   前記ターゲットの使用量と前記防着部の防着面に対するターゲット材料の付着量の関係を予め算出しておき、当該算出された前記ターゲットの使用量に基づいて前記防着部を前記ターゲットから離間させるように前記防着部駆動機構の動作を制御するステップを有するスパッタリング方法。
6. 前記基板として、前記ターゲットの外径より小さい外径を有する基板を用いる請求項１記載のスパッタリング方法。
7. 前記ターゲットがアルミニウムからなる請求項５又は６のいずれか１項記載のスパッタリング方法。

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