JP7257807B2 - スパッタ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、スパッタ装置に関する。
真空中にスパッタガスを導入しながら基板とターゲット材との間に直流電圧を印加してスパッタガス原子をイオン化し、高速でターゲット材の表面にガスイオンを衝突させ、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に堆積させるスパッタ装置が知られている。係るスパッタ装置において、ターゲット材付近へスパッタガスを導入する技術(例えば、特許文献1参照)や、カソードとアノードとの間にスパッタガスを導入する技術(例えば、特許文献2参照)が知られている。
国際公開第2011/117916号 特表2006-505906号公報
本開示は、処理容器の内壁への膜の堆積を抑制できる技術を提供する。
本開示の一態様によるスパッタ装置は、減圧可能な処理容器の天井部に配置されたターゲット材と、前記処理容器内にスパッタガスを導入するガス導入部と、前記ターゲット材の周囲に配置され、前記ターゲット材の周囲への膜の堆積を防止する第1のシールド部材と、前記処理容器内に前記天井部と間隔を空けて前記天井部の内壁を覆うように配置され、前記ターゲット材と対応する部分に開口を有する第2のシールド部材と、を有し、前記ガス導入部は、前記ターゲット材から放出されるターゲット物質の死角となる位置に配置された吐出口と、前記第1のシールド部材の内部に形成され、前記吐出口を介して前記第1のシールド部材と前記第2のシールド部材とにより形成される空間と連通するガス流路と、を有し、前記ガス流路は、一又は複数の屈曲部を有し、前記屈曲部の少なくとも1つは鋭角に屈曲する
本開示によれば、処理容器の内壁への膜の堆積を抑制できる。
第1の実施形態のスパッタ装置を示す概略断面図 図1のスパッタ装置のガス導入部を拡大して示す断面図 図1のスパッタ装置のガス導入部を拡大して示す斜視断面図 第2の実施形態のスパッタ装置を示す概略断面図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔第1の実施形態〕
図1を参照し、第1の実施形態のスパッタ装置について説明する。図1は、第1の実施形態のスパッタ装置を示す概略断面図である。
図1に示されるように、スパッタ装置100は、ターゲット材124が処理容器112内に収容される基板Wに対して傾斜して配置される装置である。スパッタ装置100は、処理容器112、スリット板114、ホルダ116、ステージ118、移動機構120、基板リフトアップ機構130、シールド構造140、制御部180等を有する。
処理容器112は、本体112aと、蓋体112bと、を有する。本体112aは、例えば略円筒形状を有する。本体112aの上端は開口されている。蓋体112bは、本体112aの上端の上に着脱可能に設けられており、本体112aの上端の開口を閉じる。
処理容器112の底部には、排気口112eが形成されている。排気口112eには、排気装置122が接続されている。排気装置122は、例えば圧力制御装置、真空ポンプを有する。真空ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプであってよい。
処理容器112の側壁には、搬送口112pが形成されている。処理容器112内への基板Wの搬入及び処理容器112内からの基板Wの搬出は、搬送口112pを介して行われる。搬送口112pは、ゲートバルブ112gによって開閉される。
処理容器112には、処理容器112内にスパッタガスを導入するポート112iが設けられており、ガス供給源(図示せず)からのスパッタガスがポート112iを介して処理容器112内に導入される。スパッタガスは、プラズマ発生用のガスであり、例えばArガス等の不活性ガスであってよい。
スリット板114は、処理容器112内に設けられている。スリット板114は、略板状の部材であり、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料により形成されている。スリット板114は、処理容器112の高さ方向の略中間位置において水平に延在する。スリット板114の縁部は、処理容器112に固定されている。スリット板114は、処理容器112内を第1空間S101と第2空間S102に区画する。第1空間S101は、スリット板114の上方に位置する空間である。第2空間S102は、スリット板114の下方に位置する空間である。スリット板114には、開口114sが形成されている。
開口114sは、スリット板114をその板厚方向(図中では、Z方向)に貫通する。スリット板114は、一つの部品により形成されていてもよく、複数の部品により形成されていてもよい。スパッタ装置100における成膜時には、基板Wは開口114sの下方を水平な一方向であるX方向に移動する。開口114sは、水平な別の一方向であるY方向に沿って長く延びており、平面視で略矩形状を有する。Y方向は、開口114sの長手方向であり、X方向に直交する方向である。開口114sのY方向における中心は、成膜時における基板WのY方向における中心と略一致している。Y方向における開口114sの幅は、成膜時における基板WのY方向の幅(最大幅)よりも長い。一方、X方向における開口114sの幅は、成膜時における基板WのX方向の幅(最大幅)よりも短く設定されるが、これに限らず、基板WのX方向の幅より長く設定されてもよい。
ホルダ116は、スリット板114の上方に設けられている。ホルダ116は、導電性材料により形成されている。ホルダ116は、絶縁部材117を介して蓋体112bに取り付けられている。ホルダ116は、第1空間S101内に配置されたターゲット材124を保持する。ホルダ116は、開口114sに対して斜め上方にターゲット材124が位置するようにターゲット材124を保持する。言い換えると、ターゲット材124は、処理容器112内においてスリット板114に対して傾斜して配置されている。ターゲット材124は、例えば平面視で略矩形状である。ターゲット材124をスリット板114に投影した投影像のY方向における幅は、成膜時における基板WのY方向の幅(最大幅)よりも大きい。
ホルダ116には、電源126が接続されている。電源126は、ターゲット材124が金属材料である場合、直流電源であってよい。電源126は、ターゲット材124が誘電体又は絶縁体である場合、高周波電源であってよく、整合器を介してホルダ116に電気的に接続される。
ステージ118は、処理容器112内において基板Wを支持する。ステージ118は、移動機構120に取り付けられており、移動可能に構成されている。ステージ118は、成膜時には、第2空間S102内において移動方向(図1のX方向)に沿って移動する。
移動機構120は、ステージ118を移動させる。移動機構120は、駆動装置120aと、駆動軸120bと、多関節アーム120cと、を有する。
駆動装置120aは、処理容器112の外側に設けられている。駆動装置120aは、例えば処理容器112の底部に取り付けられている。駆動装置120aには、駆動軸120bの下端が接続されている。駆動軸120bは、駆動装置120aから本体112aの底部を貫通し、処理容器112内の上方に延在する。駆動装置120aは、駆動軸120bを上下動させ、且つ回転させるための駆動力を発生する。駆動装置120aは、例えばモータであってよい。
駆動軸120bの上端には、多関節アーム120cの一端が軸支されている。多関節アーム120cの他端は、ステージ118に取り付けられている。駆動装置120aによって駆動軸120bが回転されると、多関節アーム120cの他端はX方向に沿って直線的に移動する。これにより、第2空間S102でのステージ118の移動が実現される。また、駆動装置120aによって駆動軸120bが上下動されると、多関節アーム120c及びステージ118は上下動する。
第2空間S102の搬送口112pの近傍のエリアには、基板リフトアップ機構130が設けられている。基板リフトアップ機構130は、複数のリフトピン130aと、支持部材130bと、駆動軸130cと、駆動装置130dと、を有する。複数のリフトピン130aは、鉛直方向に延びる円柱形状を有する。複数のリフトピン130aの各々の上端の鉛直方向における高さは、略同一である。複数のリフトピン130aの個数は、例えば3本であってよい。複数のリフトピン130aは、支持部材130bに支持されている。支持部材130bは、略馬蹄形状を有する。複数のリフトピン130aは、支持部材130bの上方で延在している。支持部材130bは、駆動軸130cによって支持されている。駆動軸130cは、支持部材130bの下方に延びて、駆動装置130dに接続されている。駆動装置130dは、複数のリフトピン130aを上下動させる駆動力を発生する。駆動装置130dは、例えばモータであってよい。
基板リフトアップ機構130は、処理容器112の外部から搬送装置(図示せず)によって処理容器112内に基板Wが搬送されて、ステージ118上に基板Wを搭載する前に、搬送装置から複数のリフトピン130aそれぞれの上端の上に基板Wを受け取る。また、基板リフトアップ機構130は、処理容器112の外部へ基板Wを搬出する際、ステージ118から複数のリフトピン130aそれぞれの上端の上に基板Wを受け取る。
シールド構造140は、処理容器112の蓋体112bへの膜の堆積を抑制する。図2は、図1のスパッタ装置100のガス導入部を拡大して示す断面図である。図3は、図1のスパッタ装置100のガス導入部を拡大して示す斜視断面図である。図1から図3に示されるように、シールド構造140は、第1のシールド部材141と、第2のシールド部材142と、を有する。
第1のシールド部材141は、ターゲット材124の周囲に配置され、ターゲット材124の周囲への膜の堆積を防止する防着板である。第1のシールド部材141は、例えば蓋体112bに取り付けられている。第1のシールド部材141は、内部にガス流路141fを有する。
ガス流路141fの一端は、蓋体112bに形成されたポート112i内の流路112fと連通する。ガス流路141fの他端は、第1のシールド部材141と第2のシールド部材142との間の空間S103と連通し、空間S103に対してスパッタガスを吐出する吐出口141mとして機能する。これにより、ガス供給源からポート112i内の流路112fに供給されるスパッタガスは、第1のシールド部材141の内部に形成されたガス流路141fを通って吐出口141mから空間S103に吐出される。なお、図2において、スパッタガスの流れを矢印で示している。
吐出口141mは、ターゲット材124から放出されるターゲット物質の死角となる位置に配置されている。図2に示す例では、吐出口141mは、ターゲット材124から見たときに第2のシールド部材142に隠れる位置に配置されている。これにより、ターゲット材124から放出されるターゲット物質がガス流路141fに堆積することを抑制できる。その結果、膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制できる。これに対し、ガス流路141fにターゲット物質が堆積した場合、ガス流路141fを流れるスパッタガスによりガス流路141fに堆積した膜が剥がれ、パーティクルが発生し得る。
ガス流路141fは、例えば一又は複数の屈曲部Aを有する。図2に示す例では、ガス流路141fは、2つの屈曲部A1、A2を有する。屈曲部A1は鉛直方向から水平方向に垂直に屈曲する屈曲部であり、屈曲部A2は水平方向からターゲット材124の側に向かって斜め下方向に鋭角に屈曲する屈曲部である。
ガス流路141fの吐出口141mが形成されている側は、鉛直方向に対してターゲット材124の方向に傾斜している。これにより、吐出口141mから吐出されるスパッタガスは、鉛直方向に対してターゲット材124の方向に吐出され、ターゲット材124に向かう流れを形成する。そのため、スパッタガスを効率よくターゲット材124の近傍に供給できる。
ガス流路141fの吐出口141mの開口径Dは、第1のシールド部材141と第2のシールド部材142との間の空間S103の高さHよりも小さいことが好ましい。これにより、吐出口141mから吐出されるスパッタガスは、空間S103を通ることにより流速が小さくなるため、ターゲット材124の近傍においてスパッタガスの滞留が促進される。その結果、スパッタガスの消費量を低減できる。また、第1のシールド部材141や第2のシールド部材142に堆積した膜の剥がれを抑制できる。
第2のシールド部材142は、処理容器112内に蓋体112bと間隔を空けて蓋体112bの内壁を覆うように配置され、ターゲット材124と対応する部分に開口142aを有する。
制御部180は、スパッタ装置100の各部の動作を制御する。制御部180は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を有する。CPUは、RAM等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガスの流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。レシピ及び制御部180が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。レシピ等は、CD-ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
以上に説明したように、第1の実施形態では、第1のシールド部材141と、第2のシールド部材142と、を有する。そして、第1のシールド部材141は、処理容器112の蓋体112bに配置されたターゲット材124の周囲に配置され、ターゲット材124の周囲への膜の堆積を防止する。また、第2のシールド部材142は、処理容器112内に蓋体112bと間隔を空けて蓋体112bを覆うように配置され、ターゲット材124と対応する部分に開口142aを有する。これにより、処理容器112の内壁への膜の堆積を抑制できる。
〔第2の実施形態〕
図4を参照し、第2の実施形態のスパッタ装置について説明する。図4は、第2の実施形態のスパッタ装置を示す概略断面図である。
図4に示されるように、スパッタ装置200は、ターゲット材224が処理容器212内に収容される基板Wに対して平行に配置される装置である。
スパッタ装置200は、内部を減圧可能な処理容器212を有する。処理容器212は、例えば金属材料により形成されており、接地されている。処理容器212は、円筒部212aと、突出部212bと、を有する。円筒部212aの天井部には、共に円形かつ大きさも略同一であるターゲット電極223a、223bが、左右(X方向)に並んで水平に設けられている。ターゲット電極223a、223bは、リング状の保持体225a、225bを介してそれぞれリング状の絶縁体217a、217bに接合されている。絶縁体217a、217bは、処理容器212の天井部に接合している。従って、ターゲット電極223a、223bは、処理容器212とは電気的に絶縁された状態で、円筒部212aの上面より低く落とし込まれた位置に配置されている。
ターゲット電極223a、223bの下面には、ターゲット材224a、224bがそれぞれ接合されている。ターゲット材224a、224bの形状は、例えば矩形であり、大きさも略同一である。
ターゲット電極223a、223bは、それぞれ電源226a、226bと接続されており、例えば負の直流電圧が印加されるようになっている。
処理容器212内には、ターゲット材224a、224bと対向するように、基板Wを水平に載置するステージ218が設けられている。ステージ218は、駆動軸220bを介して処理容器212の下方に配置された駆動装置220aに接続されている。駆動装置220aは、ステージ218を回転させる機能及び基板Wを外部の搬送機構(図示せず)との間で受け渡しを行う位置とスパッタ時における処理位置との間で昇降させる機能を有する。また、ステージ218内には加熱機構(図示せず)が設けられており、スパッタ時に基板Wを加熱できるように構成されている。
ターゲット電極223a、223bの上部には、それぞれターゲット電極223a、223bと近接するようにマグネット配列体228a、228bが設けられている。マグネット配列体228a、228bは、透磁性の高い素材、例えば鉄(Fe)のベース体にN極マグネット群及びS極マグネット群を、例えばN極とS極がマトリクス状となるように配列することで構成されている。
マグネット配列体228a、228bは、ターゲット材224a、224bのエロージョンの均一性を高めるために中心から偏芯した位置に配置されている。マグネット配列体228a、228bは、回転機構229a、229bによりターゲット材224a、224bの中心を回転中心として回転する。
また、処理容器212の内部には、ターゲット材224aから放出されるターゲット物質が基板Wに付着するのを防止するために、スリット板214が設けられている。
スリット板214は、処理容器212内のターゲット材224a、224bの下方に設けられている。スリット板214は、略板状の部材であり、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料により形成されている。スリット板214は、処理容器212の高さ方向の略中間位置において水平に延在する。スリット板214の縁部は処理容器212に固定されている。スリット板214は、処理容器212内を第1空間S201と第2空間S202に区画する。第1空間S201は、スリット板214の上方に位置する空間である。第2空間S202は、スリット板214の下方に位置する空間である。スリット板214には、開口214sが形成されている。
開口214sは、スリット板214をその板厚方向(図中では、Z方向)に貫通する。スリット板214は、一つの部品により形成されていてもよく、複数の部品により形成されていてもよい。スパッタ装置200における成膜時には、基板Wは開口214sの下方を水平な一方向であるX方向に移動する。開口214sは、水平な別の一方向であるY方向に沿って長く延びており、平面視で略矩形状を有する。Y方向は、開口214sの長手方向であり、X方向に直交する方向である。開口214sのY方向における中心は、成膜時における基板WのY方向における中心と略一致している。Y方向における開口214sの幅は、成膜時における基板WのY方向の幅(最大幅)よりも長い。一方、X方向における開口214sの幅は、成膜時における基板WのX方向の幅(最大幅)よりも短く設定されるが、これに限らず、基板WのX方向の幅より長く設定されてもよい。
処理容器212の底部には、排気口212eが形成されている。排気口212eには、排気装置222が接続されている。排気装置222は、例えば圧力制御装置、真空ポンプを有する。真空ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプであってよい。
処理容器212の側壁には、搬送口212pが形成されている。処理容器212内への基板Wの搬入及び処理容器212内からの基板Wの搬出は、搬送口212pを介して行われる。搬送口212pは、ゲートバルブ212gによって開閉される。
処理容器212の上部側壁には、処理容器212内にスパッタガスを導入するポート212iが設けられており、ガス供給源からのスパッタガスがポート212iを介して処理容器212内に導入される。スパッタガスは、プラズマ発生用のガスであり、例えばArガス等の不活性ガスであってよい。
また、処理容器212の内部には、処理容器212の円筒部212aへの膜の堆積を抑制するシールド構造240が設けられている。シールド構造240は、第1のシールド部材241と、第2のシールド部材242と、を有する。
第1のシールド部材241は、ターゲット材224の周囲に配置され、ターゲット材224の周囲への膜の堆積を防止する防着板である。第1のシールド部材241は、例えば保持体225a、225bに取り付けられている。
第2のシールド部材242は、処理容器212内に円筒部212aと間隔を空けて円筒部212aの内壁を覆うように配置され、ターゲット材224と対応する部分に開口242aを有する。
スパッタ装置200では、ポート212iの処理容器212側の吐出口212mは、ターゲット材224から放出されるターゲット物質の死角となる位置に配置されている。図4に示す例では、吐出口212mは、ターゲット材224から見たときに保持体225a、第1のシールド部材241等に隠れるように配置されている。これにより、ターゲット材224から放出されるターゲット物質がポート212iに堆積することを抑制できる。その結果、膜剥がれによるパーティクルの発生を抑制できる。これに対し、ポート212iにターゲット物質が堆積した場合、ポート212iを流れるスパッタガスによりポート212iに堆積した膜が剥がれ、パーティクルが発生し得る。
制御部280は、スパッタ装置200の各部の動作を制御する。制御部280は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を有する。CPUは、RAM等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガスの流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。レシピ及び制御部280が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。レシピ等は、CD-ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
以上に説明したように、第2の実施形態のスパッタ装置200は、第1のシールド部材241と、第2のシールド部材242と、を有する。そして、第1のシールド部材241は、処理容器212の円筒部212aに配置されたターゲット材224a、224bの周囲に配置され、ターゲット材224a、224bの周囲への膜の堆積を防止する。また、第2のシールド部材242は、処理容器212内に円筒部212aと間隔を空けて円筒部212aを覆うように配置され、ターゲット材224a、224bと対応する部分に開口242aを有する。これにより、処理容器212の内壁への膜の堆積を抑制できる。
なお、上記の実施形態において、ポート112i、212i及びガス流路141fは、ガス導入部の一例である。また、蓋体112b及び円筒部212aは、天井部の一例である。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
100、200 スパッタ装置
112、212 処理容器
112i、212i ポート
124、224 ターゲット材
141、241 第1のシールド部材
142、242 第2のシールド部材

Claims (7)

  1. 減圧可能な処理容器の天井部に配置されたターゲット材と、
    前記処理容器内にスパッタガスを導入するガス導入部と、
    前記ターゲット材の周囲に配置され、前記ターゲット材の周囲への膜の堆積を防止する第1のシールド部材と、
    前記処理容器内に前記天井部と間隔を空けて前記天井部の内壁を覆うように配置され、前記ターゲット材と対応する部分に開口を有する第2のシールド部材と、
    を有し、
    前記ガス導入部は、
    前記ターゲット材から放出されるターゲット物質の死角となる位置に配置された吐出口と、
    前記第1のシールド部材の内部に形成され、前記吐出口を介して前記第1のシールド部材と前記第2のシールド部材とにより形成される空間と連通するガス流路と、
    を有し、
    前記ガス流路は、一又は複数の屈曲部を有し、前記屈曲部の少なくとも1つは鋭角に屈曲する、
    スパッタ装置。
  2. 前記吐出口は、前記ターゲット材から見たときに前記第2のシールド部材に隠れる位置に配置されている
    請求項1に記載のスパッタ装置。
  3. 前記ガス導入部は、鉛直方向に対して前記ターゲット材の方向に傾斜した方向にスパッタガスを導入する、
    請求項1又は2に記載のスパッタ装置。
  4. 前記吐出口の開口径は、前記空間の高さよりも小さい、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
  5. 前記処理容器は、本体と、前記本体に着脱可能に取り付けられる蓋体と、を有し、
    前記第1のシールド部材は、前記蓋体に設けられ、
    前記第2のシールド部材は、前記本体に設けられる、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
  6. 前記ターゲット材は、前記処理容器内に収容される基板に対して傾斜して配置される、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
  7. 前記ターゲット材は、前記処理容器内に収容される基板に対して平行に配置される、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
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