JPH0565640A - スパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタ装置の構造に関し、基板上に形成す
る薄膜の品質を損なうことなく装置の稼働率を向上する
ことを目的とする。 【構成】 真空容器内に配設するシャッタ、シールド板
等のターゲット対向面にはアルミニウムの薄膜13を被覆
した銅製の凹凸薄板12を貼付し、凹凸薄板12を貼付した
部分の主板11には多数の貫通孔11a を設けて、付着膜の
密着性を高めると共に真空容器の真空排気時間を短縮す
る。凹凸薄板12の裏面には歪計素子14を固着して、付着
膜剥離の発生を監視する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタ装置の構造に関
する。スパッタ装置は真空容器内でアルゴン等のイオン
を陰極のターゲットに高速で衝突させてターゲット材の
原子を外部に叩き出し、これを対向電極上の基板に付着
させるものであり、半導体デバイス、磁気デバイス、光
学デバイスの製造等、広汎な分野で金属薄膜の形成に使
用されている。又、叩き出した原子に活性化された O₂
又は N₂ を反応させて酸化膜又は窒化膜を形成すること
が出来る。

【０００２】ところでこの叩き出したターゲット材（成
膜材）は、所望の基板の他、真空容器内の露出部分各部
にも付着堆積する。これを局限するためにシャッタやシ
ールド板等が適宜配設されているが、そのシャッタやシ
ールド板のターゲット対向面には、当然、このターゲッ
ト材が付着堆積し、膜が形成される。この付着膜が次第
に厚くなり、膜内部の応力がある限度を超えて大きくな
ると膜は剥離し、その一部はパーティクルとなって基板
上に飛来する。これが基板上に付着すると形成する薄膜
の品質を損なって製造歩留りを低下させることになる。
従って、このようなパーティクルの基板への付着を防止
することが不可欠である。

【０００３】

【従来の技術】上記のような、真空容器内の各部に付着
した膜の剥離に起因するパーティクルの発生を防止する
ためには、付着した膜が剥離する以前に除去すればよ
い。従って、特に付着の多いシャッタやシールド板等を
着脱可能な構造とし、これらを通常は経験的に定めた周
期で定期的に交換している。但し、これらを交換するた
めには真空容器内を真空破壊して大気に曝さなければな
らず、その後の真空排気に長時間（例えば半日以上）を
要するから、長時間にわたり装置の稼働を停止すること
になる。

【０００４】そこで、シャッタやシールド板等の交換周
期を延長し、装置の稼働率を向上させるために、シャッ
タやシールド板等に付着する膜の密着強度を高めて剥離
しにくくすることが考えられ、その方策が幾つか知られ
ている。以下、その代表例を紹介する。

【０００５】ブラスト処理による部品表面の粗面化。
これはガラスやアルミナ等の微細粒子を加圧ガスで加速
して部品表面に噴射してこれを粗面化するもので、広く
実施されている。部品表面の凹凸のために、付着膜との
接触面積が増加するとともに付着膜の内部応力が分散
し、密着強度が向上する。

【０００６】プラズマ溶射膜による被覆。これは特開
昭60−120515号公報で開示されており、部品表面に激し
い凹凸が得られる上、シリコン膜や窒化チタン膜を形成
する場合には、部品の材料（主としてステンレス鋼）と
付着膜の材料との熱膨張係数差に起因する内部応力をこ
の溶射膜の材料（例えばモリブデン）により緩和するこ
とが出来、より上記の効果が大きい。

【０００７】凹凸薄板の貼付。これは多数の微細な凹
凸を有する銅の薄板（市販品）をシャッタやシールド板
等のターゲットに対向する面に貼り付けるもので、付着
膜との接触面積が増加するとともに、付着膜の内部応力
をこの凹凸薄板全体で開放させるため、上記の効果は更
に大きい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の方法では、次のような問題があった。 (1) 上記の方策はいずれも部品の表面積を増加させるた
め、真空容器内を真空排気する際、残留ガス（大気）を
排出して所定の真空度まで到達するのに長時間を要す
る。特に凹凸薄板の貼付は、主板と凹凸薄板との間の空
隙があるためにこの傾向が大である。

【０００９】(2) 窒化チタン膜のように元々密着性の良
くない膜を形成する場合には、凹凸薄板の貼付を行って
も付着膜は比較的短期間で剥離が始まる。 (3) 付着膜の剥離が始まったか否かは成膜を終えた基板
を検査しなければ判明しないから、シャッタやシールド
板等の交換周期を的確に定めることが困難である。

【００１０】本発明はこのような問題を解決して、基板
上に形成する薄膜の品質を損なうことなく装置の稼働率
を向上することが可能なスパッタ装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、真空容器21内で基板１の表面に膜を形成するスパ
ッタ装置において、[1] 該真空容器21内に配設される部
品は、複数の貫通孔11a を有する主板11と該主板11の片
面に貼付された金属製の凹凸薄板12とを含んで構成され
ていることを特徴とするスパッタ装置とすることで、
[2] 前記凹凸薄板12の表面がアルミニウムの薄膜13で被
覆されていることを特徴とする前記[1] のスパッタ装置
とすることで、[3] 前記凹凸薄板12の裏面に該凹凸薄板
12の歪量を測定する歪計素子14が固着されていることを
特徴とする前記[1] のスパッタ装置とすることで、達成
される。

【００１２】

【作用】(1) シャッタやシールド板のターゲットに対向
する面に銅製の凹凸薄板が張り付けられているから、付
着膜は剥離しにくい。しかもそれらの主板には多数の貫
通孔が設けられているから主板と凹凸薄板との間の空隙
が大幅に減少し、真空容器内を真空排気する際、主板と
凹凸板との間の空隙に残留するガス（大気）の排出が容
易となり、排気時間が短縮される。

【００１３】(2) 窒化チタンは一般に密着性が良くない
が、アルミニウムに対しては比較的良い。従って、上記
の銅製凹凸薄板の表面にアルミニウムを被着しておくこ
とにより、窒化チタン膜を形成する場合であっても付着
膜は剥離しにくくなる。更に、アルミニウムは銅に比し
てガスの吸着が少ないから、真空排気時間の短縮にも効
果がある。アルミニウムの他、アルミニウムを主成分と
する合金、チタンでもこのような効果がある。

【００１４】(3) 上記の凹凸薄板に付着膜が被着される
とその膜厚に応じて凹凸薄板に内部応力が発生し、その
付着膜の一部が剥離するとその応力が減少する。従っ
て、凹凸薄板の内部応力を監視することにより、付着膜
の剥離を検知することが出来る。これにより、シャッタ
やシールド板等の交換時期の最適化が可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明に基づくスパッタ装置の実施例を図１
〜３を参照しながら説明する。図２はスパッタ装置の構
成を示す断面図である。１は被処理物の基板（半導体ウ
ェーハ等）である。21は内部で成膜処理を行う真空容器
であり、真空排気口21a を介して真空排気装置（図示は
省略）に連通している。22はカソード電極であり、直流
又は交流電圧を発生する電源（図示は省略）に接続され
ている。23は成膜材からなるターゲットである。

【００１６】24は基板１とターゲット23の間を遮蔽及び
開放するシャッタであり、駆動機構（図示は省略）によ
り開閉する。25は基板１を保持する基板ホルダであり、
駆動機構（図示は省略）により移動する。26及び27はシ
ールド板であり、それぞれターゲット23、基板１の近傍
に配設されてターゲット23から飛び出した成膜材の粒子
が基板１以外の領域に飛散するのを抑制する。

【００１７】28は内壁保護板であり、ターゲット23から
飛び出した成膜材の粒子が真空容器21の内壁へ付着する
のを防止する。29はガス配管であり、電磁バルブやマス
フロー・コントローラを備え、アルゴン、窒素、酸素等
のガスを真空容器21内に導入する。

【００１８】シャッタ24、シールド板26, 27、内壁保護
板28はいずれも容易に着脱出来、成膜材が厚く堆積すれ
ば交換する。これらのうち、シャッタ24、シールド板2
6, 27には、次のような付着膜剥離防止策が施されてお
り、又、シャッタ24は、次のような付着膜剥離モニター
を備えている。以下、この付着膜剥離防止策と付着膜剥
離モニターの詳細を説明する。

【００１９】図１は本発明の実施例の説明図であり、
(a) はシャッタの断面図、(b) は部分拡大図である。同
図において、11は主板、12は凹凸薄板、13は薄膜、14は
歪計素子である。

【００２０】主板11は機械的強度、耐熱性等の点からス
テンレス鋼が使用されており、厚さは１〜２mmである。
この主板11の凹凸薄板12が張り付けられている部分に
は、直径５〜20mmの貫通孔11aが全面にわたり多数設け
られている。凹凸板薄12は厚さ約０.2μm の銅板に押出
し加工を施して凹凸を付けたものであり、半径０.5〜２
mmの半球状の大突起12a が３〜５mmピッチで片側全面に
突出しており、更に各大突起12a の外面全面に半径0.05
〜0.２mmの半球状の小突起12b が設けられている。この
凹凸薄板12の表面は厚さ１〜10μm のアルミニウムの薄
膜13で被覆されている（イオンプレーティング法によ
る）。

【００２１】表面をアルミニウムの薄膜13で被覆された
凹凸薄板12は、主板11のターゲットに対向する面に、鋲
（図示は省略）等により固着されている。歪計素子14は
ピエゾ抵抗効果を利用するタイプのものであり、主板11
の貫通孔11a の位置で凹凸薄板12の裏面（基板１側）に
貼付されている。歪計素子14用の電源線や信号線（いず
れも図示は省略）は真空容器の壁面に設けたフィールド
スルー（図示は省略）を介して真空外に取り出されてい
る。

【００２２】図３は歪計素子の出力信号の変化の例を示
すグラフである。これはシャッタを閉じて成膜材を付着
させた後、シャッタを開いた場合の、シャッタに取り付
けた歪計素子の出力信号の時間変化を示しており、(a)
は剥離がなかった例、(b) は剥離があった例である。
(a) 、(b) 共に、シャッタ閉の状態では付着膜の増加に
従って歪量が増加し、シャッタを開くと膜の付着が停止
するが温度が急激に低下するため歪量は一時急増する。
(a) ではやがて歪量の変化は止まるが、(b) では歪量が
一時急激に減少している。この歪量の減少は、(a) のサ
イクルを繰り返すうちに付着膜の内部応力が増加し、や
がて限界を超えて剥離を生じ、内部応力の一部が開放さ
れたことによるものである。従って、これにより付着膜
の剥離の発生を検知することが出来る。

【００２３】次にこのスパッタ装置を使用して窒化チタ
ン膜を被着した結果を説明する。尚、ターゲットには高
純度のチタンを用い、アルゴンと窒素の混合ガスを流し
てスパッタした。この実施例の装置では、シャッタ等の
内部部品に付着した膜に剥離が発生するまでに連続して
堆積可能な付着膜の厚さは１.5mmであった。従って、厚
さ10mmのチタン・ターゲットを使い切ってこれを交換す
る時期まで交換する必要がなくなった。即ち、途中で部
品交換のための装置停止を行う必要がなくなり、この
分、装置の稼働率が向上する。窒化チタン膜は、純金属
チタンよりも熱膨張係数が小さく、又、内部応力が大き
い固い膜であることが知られている。そのため、従来は
シャッタ等の内部部品に堆積可能な付着膜の厚さは０.2
〜０.3mmであった。

【００２４】次に、ステンレス鋼製の主板に銅製の凹凸
薄板を貼り付けた試料の真空排気特性についての比較結
果を説明する。先ず、銅製の凹凸薄板にアルミニウム薄
膜を被覆することによって、真空中で 200℃に加熱した
時に試料から放出されるガスの量が約30％減少した。次
に、ステンレス鋼製の主板に多数の貫通孔を設け、これ
にアルミニウム薄膜を被覆した銅製の凹凸薄板を貼付し
た試料は、ステンレス鋼製の主板に貫通孔を設けていな
いものに比して、真空排気時間が50〜60％減少した。

【００２５】本発明は以上の実施例に限定されることな
く、更に種々変形して実施することが出来る。例えば、
銅製の凹凸薄板を被覆する材料を、アルミニウムに代え
てアルミニウムを主成分とする合金、或いはチタンとし
てもよい。又、本発明の付着膜剥離防止策をシャッタ、
シールド以外の部品に施してもよく、付着膜剥離モニタ
ーをシャッタ以外の部品に装着してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上に形成する薄膜の品質を損なうことなく装置の稼
働率を向上することが可能なスパッタ装置を提供するこ
とが出来、半導体装置等の製造における歩留り向上及び
生産性向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の説明図である。

【図２】 スパッタ装置の構成を示す断面図である。

【図３】 歪計素子の出力信号の変化の例を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 基板 11 主板 11a 貫通孔 12 凹凸薄板 12a 大突起 12b 小突起 13 薄膜 14 歪計素子 21 真空容器 21a 真空排気口 22 カソード電極 23 ターゲット 24 シャッタ 25 基板ホルダ 26,27 シールド板 28 内壁保護板 29 ガス配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器(21)内で基板(1) の表面に膜を
   形成するスパッタ装置において、 該真空容器(21)内に配設される部品は、複数の貫通孔(1
   1a)を有する主板(11)と該主板(11)の片面に貼付された
   金属製の凹凸薄板(12)とを含んで構成されていることを
   特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】 前記凹凸薄板(12)の表面がアルミニウム
   或いはチタンの薄膜(13)で被覆されていることを特徴と
   する請求項１記載のスパッタ装置。
3. 【請求項３】 前記凹凸薄板(12)の裏面に該凹凸薄板(1
   2)の歪量を測定する歪計素子(14)が固着されていること
   を特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。