JPH04268064A - 成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマを利用した成膜
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ等を利用して基板上に成膜を行
なう場合、本成膜の前に数分間のプレスパッタリングと
いわれる予備操作を行ない放電等の成膜条件の安定を待
って本成膜に移行するのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の方法
において本成膜中に成膜室内の基板以外の部分（被成膜
部）への成膜が行なわれ、かつその部分の温度上昇幅が
大きいと、この部分の膜が剥離し、基板上への付着が顕
著となる。

【０００４】特に、従来の方法では、通常予備操作にお
いて成膜室内の温度があまり上昇していない段階で本成
膜を行なうので、本成膜時における成膜室内の温度上昇
率が高く、上記の問題を避けることは困難な場合が多か
った。

【０００５】例えば、従来のプレスパッタリングを行な
う方法においてＳｉＯ２　膜を１μｍ以上の膜厚で成膜
した場合、直径５インチのウェハーで２０００個を超え
る直径１μｍ以上の微粒子の付着が認められた。

【０００６】このような微粒子の付着は、例えば基板上
に形成した膜のパターンニング工程でのパターンニング
不良の発生等の製品歩留りの低下を招く原因となる。

【０００７】そこで、本成膜中の成膜室内の温度変化を
少なくして、膜剥離を防止し、基板上への付着を防ぐ方
法として、基板以外の被成膜部を冷却する方法がある。

【０００８】しかしながらこの方法では、複雑な構成の
成膜装置では冷却管を内蔵できない場合も多い。

【０００９】本発明の目的は、冷却手段を用いることな
く基板以外の被成膜部の膜剥離を抑制し、基板への付着
を防止する方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の成膜方法は、成
膜室内に成膜用原料を導入し、プラズマを発生させて該
成膜用原料に応じた堆積膜を基板上に成膜する成膜方法
において、該成膜室内の前記基板以外の部分の到達最高
温度をＴｍａｘ℃としたときに、基板以外の被成膜部の
温度Ｔ℃がＴ≧Ｔｍａｘ　×０．８　となるまで予備加
熱後成膜を行なうことを特徴とする。本発明の方法によ
れば、プレスパッタリング等の予備操作条件を調節する
ことで、特別な冷却手段を設けることなく、基板以外の
被成膜部から剥離した膜の基板上への付着を効果的にお
さえることができる。特に、基板近傍で膜が被着し易く
かつ、素材が薄く熱変形し易い基板以外の被成膜部の温
度Ｔを０．８　Ｔｍａｘ　以上にすることによりこの部
分からの膜剥離を抑制し、その基板への付着を防止でき
る。

【００１１】Ｔは、０．８　×Ｔｍａｘ　以上、好まし
くは０．９　×Ｔｍａｘ　以上とされる。

【００１２】本発明の方法における成膜室内の予備加熱
は、プレスパッタリング等の本成膜に先立つ予備操作の
条件を効果的な予備加熱が行なえるように調節すること
により達成できる。なお、本成膜前の予備操作それ自体
が成膜室内の所望とする部分（被成膜部）の温度上昇を
生じさせるものであれば、その温度上昇を上述の予備加
熱の条件を満たすまで行なえば良い。また、予備操作自
体が温度上昇を招かないものであれば、温度上昇に必要
な操作条件を新らたに付加すれば良い。

【００１３】なお、プレスパッタリングの場合は発生す
るプラズマにより予備加熱が行なわれる。

【００１４】この本発明でいう予備加熱を兼ねる予備操
作を実施するにあたっては、歩留り等を考慮して、処理
時間、投入電力などの条件を設定するのが好ましい。

【００１５】本発明におけるＴｍａｘ　は、用いる装置
により異なり、予備実験を行なうことで容易に求めるこ
とができる。

【００１６】Ｔｍａｘ　を測定する部分としては、上述
した基板上への剥離膜の付着の原因となる基板以外の被
成膜部分（被成膜部）を選択すると良い。

【００１７】特に、Ｔｍａｘ　を測定する部分としては
、基板に近く膜が成膜され易い所で、かつその構成素材
の厚さが薄く、温度変化により素材が変形し易い場所を
選定するとより効果的である。

【００１８】例えば図１及び２に示す構成のスパッタリ
ング装置は、装置内壁面にターゲット２ａ、２ｂ、２ｃ
が配され、その前方（図では上方）に互いに連動したシ
ャッター３ａ、３ｂが設けられ、またその反対側に成膜
用基板としてのシリコンウェハー５がセットされ、シャ
ッター３ａ、３ｂ間の領域（開口部）の前方（図では上
方）を横切る方向（矢印の方向）に往復運動可能にキャ
リアー４ａが設けられた構成を有する。

【００１９】シャッター３ａ、３ｂは所定の間隔の開口
部を形成できる距離をおいて連結されており（連結部は
図示せず）、該開口部がスパッタしようとするターゲッ
トの前面に配置できるようにこれらが移動自在（例えば
矢印方向）に設けられている。図１にはターゲット２ｂ
での成膜を行なう場合が示されている。

【００２０】この装置ではシャッター３ａ、３ｂの間の
領域の前方に達したキャリアー４ａ上の基板部分に成膜
が行なわれる。この装置における本成膜時には、６ａ〜
６ｆの部分（被成膜部）への成膜が避けられない場合が
多く、この部分に形成された膜が、基板５への所望とし
ない微粒子の付着の要因となる。そこで、この装置では
、６ａ〜６ｆの部分の本成膜時のＴｍａｘ　を予め測定
しておき、プレスパッタリング等の予備操作を行なう段
階でこの６ａ〜６ｆのＴｍａｘ　に対して先に挙げた関
係を満足する成膜領域温度Ｔ（例えば温度検出手段７で
の測定位置の温度）が達成された段階で本成膜操作に入
る。

【００２１】図３に示される構成の装置は、図１、２に
示した装置のシャッター３ａ、３ｂの代りに、キャリア
４方向への開口３ｄを有する防着箱３ｃを設け、キャリ
ア４を矢印方向に、すなわち左から右へ一方向に基板５
を移動させて成膜を行なうものであるが、膜を形成する
基板５以外の被成膜部６ａ〜６ｃでの成膜が避けられな
い場合が多い。そこでこのような構成の装置においては
膜形成材料の付着が起こりやすい被成膜部である６ａ〜
６ｃのＴｍａｘ　を予め測定しておき、成膜領域内の温
度（Ｔ）が先に示した関係を満した段階で予備操作から
本成膜に移行させる。

【００２２】図４及び５に示すスパッタリングによる成
膜装置は、図１、２の装置におけるシャッター３ａ、３
ｂの代りにシャッター３ｅが設けられた構成を有する。 シャッター３ｅはプレスパッタリング時に基板とターゲ
ットの間に配置され、基板への成膜時に基板とターゲッ
トとの間の領域外へ移動できるように設けられている。

【００２３】この装置では、プレスパッタ時にシャッタ
ー３ｅ及び６ｅ、６ｆでの成膜が避けられない場合が多
いので、この部分のＴｍａｘ　を予め測定して上述した
各例と同様に本成膜時への移行の段階を決定する。

【００２４】なお、Ｔｍａｘ　及びＴが用いる装置の構
成や予備操作及び本成膜の条件から予測可能なものであ
れば、実測値でなくて予測値であっても良い。

【００２５】

【実施例】実施例１ まず、図１、２に示す構成を有するスパッタリングによ
る成膜装置（商品名：日本ＭＲＣ製スパッタ装置６０３
型）を用いて以下の条件でのプレスパッタリング（予備
操作）及び本スパッタリング（本成膜）を行なった。

【００２６】プレスパッタリングの条件投入電力　　　
　　　　　　　　　２．０　ｋＷ　、成膜室内ガス圧　
　　　　　１０　ｍＴｏｒｒ、処理時間　　　　　　　
　　　　　１分。

【００２７】なお、このプレスパッタリングは、キャリ
ア５をシャッター３ａの裏側（図１の４ｃの位置）に停
止させた状態で行ない、成膜室内の圧力は、不図示の給
気及び排気系を操作して成膜室内に不活性ガス（アルゴ
ンガス）をその流量を調節しながら流入、排気させるこ
とにより制御した。

【００２８】プレスパッタリング終了後、引き続いて以
下の条件でのターゲット２ｂでの本スパッタリングを行
なった。

【００２９】本スパッタリングの条件 基板　　　　　　　　　　　　　　シリコンウェハー（
直径５インチ、厚さ０．６２５ｍｍ　）、 ターゲット２ｂ　　　　ＳｉＯ２　、 投入電力　　　　　　　　　　２．０　ｋＷ　（２ｂの
ターゲットに印加）、 バイアス電圧　　　　　　−１００Ｖ（キャリア４ａは
レール上を摺動するように配置し、該レールを介してバ
イアス電圧をキャリア４ａに印加）、 成膜室内ガス圧　　　　１０　ｍＴｏｒｒ、キャリア搬
送（矢印方向往復）　　　　５０ｃｍ／分。

【００３０】なお、成膜室内圧はプレスパッタリング時
と同様に制御し、基板４はプレスパッタリングを行なう
前に成膜室内に配置しておいた。以上の条件でのプレス
パッタリング及び本スパッタリングをこの順に本スパッ
タリングにおける成膜時間を種々変化させて行なった。

【００３１】Ｔの測定位置としてその構成素材の厚さが
０．３ｍｍ　と薄い６ａ部を選定し、各成膜における６
ａ部の到達最高温度（成膜終了時）Ｔｍａｘ　と基板５
に形成された膜への直径１μｍ以上の微粒子の付着数を
測定し、本スパッタリングにおける成膜時間と６ａの温
度及び付着微粒子数の関係を図６に示す。

【００３２】図６には成膜時間に対する基板以外の部分
に成膜された膜が剥離して微粒子状に基板に付着したも
の（微粒子という）の数の変化が、ウェハー３枚／バッ
チで成膜した際の微粒子数の平均、最大、最小により示
されている。

【００３３】なお、基板５上の成膜された膜上への微粒
子の付着数は、ウェハー検査装置（商品名：キヤノン販
売製ＷＩＳ１５０）で測定した。

【００３４】図６に示すように、本スパッタリング時の
６ａにおける温度変化が大きいほど基板５上の膜に付着
する微粒子数も増加することがわかった。また、本スパ
ッタリング時の６ａでの温度変化と付着粒子数の変化の
程度は近似しており、６ａでの温度変化が少ないほど基
板５上の膜への付着微粒子数の増加率も少なくなる。従
って本スパッタリング開始時の付着微粒子数は当然少な
いので、本スパッタリング開始時から６ａの到達最高温
度までの変温変化率を低くおさえることにより、すなわ
ち本スパッタリング開始時の温度を予め高めておくこと
で付着微粒子数を低くおさえることができる、というこ
とが示された。

【００３５】すなわち、図６において、６ａ部の温度が
０．８　×Ｔｍａｘ　に達するまでの微粒子数の変化は
　２００〜１６６０となり、０．８　×Ｔｍａｘ　〜Ｔ
ｍａｘ　の間では１６６０〜２０２０となった。すなわ
ち、微粒子数が０．８　×Ｔｍａｘ　までは大きく増加
し、特に０．８　×Ｔｍａｘ　直前での増加が非常に大
きい。従って、本成膜に先立って予め基板以外の被成膜
部の温度を０．８　×Ｔｍａｘ　以上に保持すれば微粒
子の付着数を軽減できる。これは図８に示すデータから
も明らかである。

【００３６】実施例２ プレスパッタリングでの処理時間を種々変化させ、かつ
本スパッタリングでの成膜時間を１００分に固定した以
外は実施例１と同様の条件での成膜を行ない、基板に形
成された膜への微粒子の付着数を測定した。得られた結
果を図８に示す。

【００３７】この結果から、６ａのＴｍａｘ　に対しＴ
≧Ｔｍａｘ　×０．８　の関係を満足する温度Ｔにプレ
スパッタリングにおいて６ａが達した段階で本スパッタ
リングを行なうことで、基板上の膜への付着微粒子数を
低くおさえることができることが確認された。 実施例３ プレスパッタリングの処理時間を５０分に変更して、本
スパッタリング開始時の６ａの温度をそのＴｍａｘ　（
＝１２０　℃）の９３％、すなわちＴ＝１１２　℃とす
る以外は、実施例１と同様にして成膜を行ない、成膜時
間と基板上の膜への付着微粒子数の関係を求めた。その
結果を図７に（ＩＩ）として示す。

【００３８】なお、実施例１の条件での結果を図７の（
Ｉ）として付記した。

【００３９】図７の結果から明らかなように、プレスパ
ッタリングの処理時間を１分から５０分に変更したこと
で、基板上の膜への付着微粒子数で１／３に、偏差で１
／１１に減少させることができた。

【００４０】なお、この偏差は、ウェハー４枚／バッチ
で微粒子数を測定した際の各操作での最大と最小の差の
違いをいう。

【００４１】実施例４ 図３に示す構成の装置を用い、プレスパッタリングで６
ａの温度がそのＴｍａｘ　の８５％となるまで行ない、
本スパッタリングを行なう以下の条件での成膜を実施し
た。

【００４２】 Ｔｍａｘ　２００℃ 成膜条件 基　　板：　　　　　　　　シリコンウェハー（直径５
インチ　　厚さ０．６２５ｍｍ　２枚／バッチ） ターゲット：　　　　ＳｉＯ２　 投入電力：　　　　　　２．０　ｋＷ　バイアス電圧：
　　−５０Ｖ ガス圧：　　　　　　　　１０　ｍＴｏｒｒキャリア搬
送：　　５．０ｍｍ／分 成膜終了時における基板上の膜への微粒子の付着数を実
施例１と同様に測定したところ以下の表１に示す結果を
得た。

【００４３】

【表１】 実施例５ 図４に示す構成の装置を用い、プレスパッタリングでの
６ａの温度がＴｍａｘとなった時点で本スパッタリング
を行なう以下の条件での成膜を実施した。

【００４４】 Ｔｍａｘ　２１０℃ 成膜条件 基　　板：　　　　　　　　シリコンウェハー（直径５
インチ　　厚さ０．６２５ｍｍ　１枚／バッチ） ターゲット：　　　　ＳｉＯ２　 投入電力：　　　　　　２．０　ｋＷ　バイアス電圧：
　　−７５Ｖ ガス圧：　　　　　　　　１０　ｍＴｏｒｒ成膜終了時
における基板上の膜への微粒子の付着数を実施例１と同
様に測定した。

【００４５】

【表２】 なお、前述実施例では成膜装置としてスパッタ装置を用
いたが、プラズマＣＶＤ等のプラズマを用いた装置でも
よく、ターゲット、電力等の条件もこれら実施例に限定
されない。

【００４６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、プレスパッタリ
ング等の予備操作条件を調節することで、特別な冷却手
段を設けることなく、基板上に成膜された膜への微粒子
の付着数を効果的におさえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用い得るスパッタリングによる成膜装
置の一例を示す部分断面図である。

【図２】図１に示した装置のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明に用い得るスパッタリングによる成膜装
置の他の例の部分断面図である。

【図４】本発明に用い得るスパッタリングによる成膜装
置の他の例の部分断面図である。

【図５】図４の装置のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】実施例１で得られた成膜時間、６ａ部温度及び
基板上に形成された膜への微粒子の付着数の関係を示す
図である。

【図７】実施例３で得られた成膜時間と基板上に形成さ
れた膜への微粒子の付着数の関係を示す図である。

【図８】実施例２でのプレスパッタリング終了時の６ａ
部の温度と付着微粒子数の関係を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　成膜室 ２ａ〜２ｃ　　　　ターゲット ３ａ、３ｂ、３ｅ　　　　シャッター ３ｃ　　　　防着箱 ３ｄ　　　　開口 ４ａ　　　　キャリアー ４ｂ　　　　ホルダー ５　　　　　　基板 ６ａ〜６ｆ　　　　被成膜部 ７　　　　温度検出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　成膜室内に成膜用原料を導入し、プラ
   ズマを発生させて該成膜用原料に応じた堆積膜を基板上
   に成膜する成膜方法において、該成膜室内の前記基板以
   外の部分の到達最高温度をＴｍａｘ　℃としたときに、
   基板以外の被成膜部の温度Ｔ℃がＴ≧Ｔｍａｘ　×０．
   ８　となるまで予備加熱後成膜を行なうことを特徴とす
   る成膜方法。
2. 【請求項２】　　成膜室内の予備加熱をプラズマにより
   行なう請求項１に記載の成膜方法。