JP7398988B2 - 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。
ターゲット材から放出される粒子（成膜原子）をウエハ等の基板に入射させて成膜を行うスパッタ装置が知られている。
特許文献１には、ウエハを載置して回転可能なウエハホルダを備えると共に、ターゲットからのスパッタ原子をウエハ表面に対して所定の角度を成して斜入射させるスパッタリング装置であって、ウエハホルダは、ウエハを載置して回転可能なウエハステージと、ウエハステージを取り囲み、前記ウエハステージと共に回転可能に構成されたウエハステージ外側リングと、を有することが開示されている。
特許第４３３６３２０号公報
ところで、基板の表面に成膜を行うスパッタ装置において、基板の裏面側や基板を載置する載置台への粒子の付着を抑制することが求められている。
本開示の一態様は、基板の下面側や基板を載置する載置台への粒子の付着を抑制するスパッタ装置を提供する。
本開示の一態様に係るスパッタ装置は、基板を載置する基台部と、前記基台部の外周に配置され、前記基板とは非接触で、前記基板側面及び前記基板裏面を囲む、円環部材と、前記基台部に載置された前記基板の上面外縁を覆うエッジカバーと、を備え、前記円環部材は、前記基台部に載置された前記基板の下面と隙間を有して対向する第１の面と、前記基台部に載置された前記基板の側面と隙間を有して対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の隅部に形成されるテーパ面と、を有し、前記テーパ面の角度は、４５°以上６０°以下である。
本開示の一態様によれば、基板の下面側や基板を載置する載置台への粒子の付着を抑制するスパッタ装置を提供することができる。
一実施形態に係るスパッタ装置の断面模式図の一例。 一実施形態に係るスパッタ装置の載置部の部分拡大断面模式図の一例。 一実施形態に係るスパッタ装置の載置部におけるスパッタ粒子の軌跡を示す部分拡大断面模式図の一例。 参考例に係るスパッタ装置の載置部におけるスパッタ粒子の軌跡を示す部分拡大断面模式図の一例。 変形例に係るウェハホルダの断面模式図の一例。 変形例に係るウェハホルダの断面模式図の一例。 変形例に係るウェハホルダの断面模式図の一例。 磁気機能面を有するウェハホルダによって生成される磁場と、基板との配置の一例を示す平面模式図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜スパッタ装置１＞
一実施形態に係るスパッタ装置１について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るスパッタ装置１の断面模式図の一例である。
スパッタ装置１は、真空容器２と、ターゲット３と、載置部４と、を備える。スパッタ装置１は、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置であって、真空容器２内で、ターゲット３から放出されたスパッタ粒子（成膜原子）を載置部４に載置された基板Ｗの表面に付着させ、成膜する装置である。
真空容器２は、真空ポート２ａおよび搬入搬出ポート２ｂを有している。真空ポート２ａは、排気装置（図示せず）と接続され、真空容器２内が真空雰囲気となるように減圧される。搬入搬出ポート２ｂは、開閉可能に構成され、搬入搬出ポート２ｂを介して、基板Ｗを真空容器２内に搬入および真空容器２内から搬出することができるように構成されている。
ターゲット３は、真空容器２内に配置され、スパッタ粒子を放出する。また、ターゲット３は、載置部４に載置される基板Ｗの表面に対して、所定の角度をなして配置されている。換言すれば、ターゲット３の表面（スパッタ粒子を放出する面）は、基台部５の中心を鉛直方向に通る軸線ＡＸ１に対して傾斜して配置されている。
載置部４は、基台部５と、ウェハホルダベース６と、ウェハホルダ７と、エッジカバー８と、を備える。
基台部５は、静電チャック（図示せず）を有し、基板Ｗを吸着することができるように構成されている。また、基台部５には、昇降ピン（図示せず）が設けられており、基板Ｗを基台部５上から持ち上げることができるように構成されている。なお、軸線ＡＸ１は、基台部５の中心を鉛直方向に通る軸線である。
ウェハホルダベース６は、ウェハホルダ７を基台部５に固定する。ウェハホルダ７は、基台部５の外周側に配置され、ウェハホルダベース６に固定される。
エッジカバー８は、ターゲット３からみて、基台部５に載置された基板Ｗの外縁を覆うように配置される。
また、載置部４は、回転昇降機構９およびエッジカバー駆動部１０を有する。回転昇降機構９は、基台部５を軸線ＡＸ１の軸方向に昇降することができ、軸線ＡＸ１を回転軸として回転することができるように構成されている。これにより、回転昇降機構９は、基台部５、ウェハホルダベース６、ウェハホルダ７、及び、基台部５に吸着された基板Ｗを昇降および回転することができるように構成されている。エッジカバー駆動部１０は、エッジカバー８を軸線ＡＸ１の軸方向に昇降することができるように構成されている。
スパッタ装置１の動作の一例について説明する。
基板Ｗの搬入時において、搬入搬出ポート２ｂは解放されている。基台部５は、回転昇降機構９により所定の高さに配置されている。エッジカバー８は、エッジカバー駆動部１０により、持ち上げられており、基台部５とエッジカバー８との間に基板Ｗを搬入するための空間を有している。また、基台部５の昇降ピン（図示せず）は、基台部５の載置面から突き出されている。
搬送機構（図示せず）は、搬入搬出ポート２ｂおよび基台部５とエッジカバー８との間の空間を介して、基板Ｗを真空容器２内に搬入し、基板Ｗを基台部５の昇降ピン（図示せず）に受け渡たす。搬送機構が真空容器２内から退避すると、搬入搬出ポート２ｂは閉塞する。昇降ピンが下降することにより、基板Ｗは基台部５に載置される。また、静電チャック（図示せず）により、基板Ｗは基台部５に吸着される。エッジカバー駆動部１０により、基板Ｗの外縁はエッジカバー８によって覆われる。
真空容器２内は、真空ポート２ａに接続された排気装置（図示せず）によって、真空雰囲気となる。基台部５は、回転昇降機構９により所定の高さに配置され、軸線ＡＸ１を回転軸として回転する。また、ターゲット３はスパッタ粒子を放出する。これにより、基台部５に吸着された基板Ｗの表面にスパッタ粒子が堆積することにより、基板Ｗにスパッタ粒子の膜を成膜する。
基板Ｗの表面に所望の膜が成膜されると、搬入とは逆の手順で、基板Ｗは真空容器２内から搬出される。
次に、スパッタ装置１の載置部４について、図２を用いてさらに説明する。図２は、一実施形態に係るスパッタ装置１の載置部４の部分拡大断面模式図の一例である。
基台部５は、円板形状を有する部材である。基台部５の上面は、基板Ｗを載置する載置面となる。基台部５の外径は、基板Ｗの外径よりも小さく形成されている。
ウェハホルダベース６は、円環形状を有する部材であり、例えば、基台部５の下面側外縁から径方向外側に向かって形成されている。
ウェハホルダ７は、段付きの円環形状を有する部材であり、例えば、アルミ材等の非磁性金属で形成されている。ウェハホルダ７は、下側内周面７１と、上側内周面７２と、外周面７３と、内側上面７４と、外側上面７５と、底面７６と、隅部７７と、を有する。
下側内周面７１は、底面７６から内側上面７４にわたって形成される円筒面である。下側内周面７１の内径は、基台部５の外径よりも大きく形成され、基板Ｗの外径よりも小さく形成されている。上側内周面７２は、隅部７７の上端から内側上面７４にわたって形成される円筒面である。上側内周面７２の内径は、下側内周面７１の内径よりも大きく形成され、基板Ｗの外径よりも大きく形成されている。このため、内側上面７４と基板Ｗの側面との間には径方向隙間２２が形成されている。外周面７３は、底面７６から外側上面７５にわたって形成される円筒面である。外周面７３の外径は、上側内周面７２の内径よりも大きく形成されている。なお、ウェハホルダ７は、下側内周面７１、上側内周面７２及び外周面７３の中心軸が基台部５の軸線ＡＸ１と一致するように設けられている。
内側上面７４は、基台部５の上面（基板Ｗを載置する載置面）よりも低い位置に形成されている。内側上面７４を基台部５の上面よりも低い位置とすることにより、基板Ｗを基台部５の上面に確実に載置させることができ、静電チャックによって基板Ｗを基台部５に確実に固定することができる。一方、内側上面７４は、基台部５に載置された基板Ｗの下面よりも低い位置に形成されている。このため、内側上面７４と基板Ｗの下面との間には下面隙間２３が形成されている。外側上面７５は、内側上面７４よりも高い位置に形成されている。また、外側上面７５は、例えば、基台部５に載置された基板Ｗの上面よりも高い位置に形成されている。なお、外側上面７５は、基台部５に載置された基板Ｗの上面と略等しい高さに形成されていてもよく、基台部５に載置された基板Ｗの上面よりも低い位置に形成されていてもよい。
隅部７７は、上側内周面７２と内側上面７４との間に形成されている。隅部７７には、角度θのテーパ面が形成されている。
エッジカバー８は、円環形状を有する部材であり、例えば、アルミ材等で形成されている。エッジカバー８の内周面の内径は、基板Ｗの外径よりも小さく生成されている。また、エッジカバー８は、内周面の中心軸が基台部５の軸線ＡＸ１と一致するように配置される。また、高さ方向において、エッジカバー８は、基板Ｗから離間して配置されている。このため、エッジカバー８の下面と基板Ｗの上面との間には上面隙間２１が形成されている。
ところで、スパッタ装置１において、基板Ｗの下面や基台部５の上面（載置面）にスパッタ粒子が付着しないことが好ましい。また、基台部５の上面（載置面）に導電性を有するスパッタ粒子（例えば、金属原子）が付着すると、静電チャックの吸着性に影響を与えるおそれがある。
次に、一実施形態に係るスパッタ装置１について、参考例に係るスパッタ装置と対比しつつ説明する。図３は、一実施形態に係るスパッタ装置１の載置部４におけるスパッタ粒子の軌跡を示す部分拡大断面模式図の一例である。図４は、参考例に係るスパッタ装置の載置部４Ｒにおけるスパッタ粒子の軌跡を示す部分拡大断面模式図の一例である。
ここで、参考例に係るスパッタ装置は、図４に示す載置部４Ｒのウェハホルダ７Ｒの形状が異なっている。具体的には、ウェハホルダ７Ｒは、隅部７７Ｒが矩形となっている。その他の構成は、図２および図３に示す一実施形態に係るスパッタ装置１と同様であり、重複する説明を省略する。
図１に示すように、ターゲット３は、軸線ＡＸ１に対して傾斜して配置されている。このため、スパッタ粒子の入射方向３１は矢印で示すように、基板Ｗの表面に対して傾斜して入射する。入射したスパッタ粒子は、一部が入射した表面に吸着（堆積）され、他の一部が反跳する。
参考例に係るスパッタ装置の載置部４Ｒにおいて、図４に示すように、反跳したスパッタ粒子の軌跡３３は、基板Ｗの下面側まで回り込む。このため、スパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりするおそれがある。
これに対し、一実施形態に係るスパッタ装置１の載置部４は、図２及び図３に示すように、隅部７７にテーパ面が形成されている。これにより、スパッタ粒子の軌跡３２は、スパッタ粒子の反跳方向を異ならせて、基板Ｗの下面側まで回り込むことを抑制する。このため、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。
また、隅部７７のテーパ面の角度θ（図２参照）を４５°以上６０°以下とすることにより、好適にスパッタ粒子の反跳方向を異ならせて、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。
また、隅部７７のテーパ面の上端は、基板Ｗの下面よりも下側に形成されることが好ましい。換言すれば、隅部７７のテーパ面の上端は、基台部５の上面（載置面）よりも下側に形成されることが好ましい。これにより、基台部５に載置した基板Ｗが径方向に位置ずれした場合でも、基板Ｗの外周部が上側内周面７２で係止されることにより、ずれ量を制限することができる。また、基板Ｗの下面側のエッジがテーパ面に乗り上げることを防止することができる。これにより、基板Ｗは基台部５の載置面に確実に載置することができる。また、静電チャックで基板Ｗを吸着することができる。
なお、一実施形態に係るスパッタ装置１の構成は、これに限られるものではない。
図５は、変形例に係るウェハホルダ７Ａ～７Ｄの断面模式図の一例である。ウェハホルダ７Ａ～７Ｄに示すように、内側上面７４に凹部７４ａ～７４ｄが形成されていてもよい。凹部７４ａ～７４ｄに侵入したスパッタ粒子は凹部７４ａ～７４ｄで反跳することにより反跳回数を増やすことができる。換言すれば、凹部７４ａ～７４ｄの内壁にスパッタ粒子を付着させることで、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。
図５（Ａ）に示すウェハホルダ７Ａのように、矩形の凹部７４ａが形成されていてもよい。また、図５（Ｂ）に示すウェハホルダ７Ｂのように、凹部７４ｂの外周側側面が隅部７７のテーパ面と連続して形成されていてもよい。また、図５（Ｃ）に示すウェハホルダ７Ｃのように、凹部７４ｃの内周側側面がテーパ面として形成されていてもよい。これにより、テーパ面で反跳したスパッタ粒子を径方向外側に向けて反跳させることができる。また、図５（Ｄ）に示すウェハホルダ７Ｄのように、凹部７４ｄを楔形に形成してもよい。これにより、凹部７４ｄの加工を容易とするとともに、凹部７４ｄの内周側側面をテーパ面として、スパッタ粒子を径方向外側に向けて反跳させることができる。
また、ウェハホルダ７の内側上面７４に突起部（図示せず）が形成されていてもよい。これにより、スパッタ粒子の反跳回数を増やす。換言すれば、突起部にスパッタ粒子を付着させることで、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。
また、ウェハホルダ７，７Ａ～７Ｄの表面は、ブラスト処理等により荒らされた表面としてもよい。これにより、スパッタ粒子をウェハホルダ７，７Ａ～７Ｄの表面に吸着させて、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。なお、ブラスト処理は、ウェハホルダ７，７Ａ～７Ｄの全面に施されてもよく、一部の面に施されてもよい。
図６は、変形例に係るウェハホルダ７Ｅの断面模式図の一例である。ターゲット３から放出されるスパッタ粒子が磁性体粒子である場合、ウェハホルダ７Ｅの表面に磁気機能面７８を形成してもよい。磁気機能面７８は磁場を有し、磁性体粒子を積極的に回収する。これにより、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。磁気機能面７８は、例えば、外側上面７５、上側内周面７２、隅部７７、内側上面７４、下側内周面７１にわたって形成されていてもよい。
ウェハホルダ７Ｅは、例えば、磁石（図示せず）を埋め込むことにより、磁気機能面７８を形成してもよい。また、ウェハホルダ７Ｅは、例えば、表面に磁性材料膜を形成して、磁性材料膜を磁化させることにより、磁気機能面７８を形成してもよい。
図７は、変形例に係るウェハホルダ７Ｆの断面模式図の一例である。ウェハホルダ７Ｆは、内部に電磁石７９を有する。電磁石７９には、外部電源８０から電力が供給される。外部電源８０から電磁石７９に電力を供給することで、ウェハホルダ７Ｆの表面に磁場を生成して、磁気機能面７８を形成することができる。なお、外部電源８０からの電力を遮断することにより、磁場を停止することができる。このような構成により、例えばウェハホルダ７Ｆのクリーニング（メンテナンス）の際に、磁場を停止することで磁気機能面７８で回収されたスパッタ粒子（磁性体粒子）を離すことができる。これにより、ウェハホルダ７Ｆを好適にクリーニング（メンテナンス）することができる。
また、図６及び図７に示すウェハホルダ７Ｅ，７Ｆにおいて、内側上面７４に凹部７４ａ～７４ｄ（図５参照）が形成されていてもよい。形成される凹部７４ａ～７４ｄの側壁及び底面を磁気機能面７８としてもよい。
図８は、磁気機能面７８を有するウェハホルダ７Ｆによって生成される磁場８１と、基板Ｗとの配置の一例を示す平面模式図である。
ウェハホルダ７Ｆには、周方向に複数の電磁石７９（図７参照）が配置されている。図８では、複数の電磁石７９のそれぞれが生成する磁場８１を模式的に示す。外部電源８０は、複数の電磁石７９に対して個別に電力を供給することができるように構成されている。これにより、生成する磁場を個別に制御することができるようになっている。
基板Ｗの周囲に配置されるウェハホルダ７Ｆにおいて、磁場８１を生成することにより、ターゲット３から放出される磁性体粒子（スパッタ粒子）の軌跡を調整することができる。これにより、基板Ｗの表面に成膜される磁性体粒子の面内均一性を制御することができる。また、反跳したスパッタ粒子が基板Ｗの下面に付着したり、基台部５の上面に付着したりすることを抑制することができる。
以上、スパッタ装置１について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
１ スパッタ装置
２ 真空容器
２ａ 真空ポート
２ｂ 搬入搬出ポート
３ ターゲット
４ 載置部
５ 基台部
６ ウェハホルダベース
７，７Ａ～７Ｆ ウェハホルダ（円環部材）
８ エッジカバー
９ 回転昇降機構
１０ エッジカバー駆動部
２１ 上面隙間
２２ 径方向隙間
２３ 下面隙間
３１ スパッタ粒子の入射方向
３２ スパッタ粒子の軌跡
７１ 下側内周面
７２ 上側内周面（第２の面）
７３ 外周面
７４ 内側上面（第１の面）
７４ａ～７４ｄ 凹部
７５ 外側上面
７６ 底面
７７ 隅部（テーパ面）
７８ 磁気機能面
７９ 電磁石
８０ 外部電源
Ｗ 基板
ＡＸ１ 軸線

Claims (5)

  1. 基板を載置する基台部と、
    前記基台部の外周に配置され、前記基板とは非接触で、前記基板側面及び前記基板裏面を囲む、円環部材と、
    前記基台部に載置された前記基板の上面外縁を覆うエッジカバーと、を備え、
    前記円環部材は、
    前記基台部に載置された前記基板の下面と隙間を有して対向する第１の面と、
    前記基台部に載置された前記基板の側面と隙間を有して対向する第２の面と、
    前記第１の面と前記第２の面との間の隅部に形成されるテーパ面と、を有し、
    前記テーパ面の角度は、４５°以上６０°以下である、
    スパッタ装置。
  2. 前記第１の面には、凹部が形成される、
    請求項１に記載のスパッタ装置。
  3. 磁性体粒子を放出するターゲットを備え、
    前記円環部材は、
    磁場を有し、前記磁性体粒子を回収する磁性体粒子回収面を有する、
    請求項１または請求項２に記載のスパッタ装置。
  4. 前記円環部材は、
    前記磁性体粒子回収面の磁場を生成する電磁石を有する、
    請求項３に記載のスパッタ装置。
  5. 前記円環部材は、複数の前記電磁石を有し、
    複数の前記電磁石は、個別に磁場が制御される、
    請求項４に記載のスパッタ装置。
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