JPH06172987A

JPH06172987A - スパッタ装置

Info

Publication number: JPH06172987A
Application number: JP32455092A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ikeda; 隆洋池田; Shigeya Mori; 重哉森; Kenichi Otsuka; 賢一大塚; Keiji Horioka; 啓治堀岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】容器を大気解放することなく容器内壁に付着
した膜を除去することができ、且つ容器内の特定の部分
を取り外すことなく付着した膜を除去することができ、
形成薄膜の膜質向上及び装置稼働率向上等に寄与し得る
洗浄機構付きスパッタ装置を提供すること。【構成】チャンバ１０内にターゲット２１と基板３１
を対向配置し、ターゲット２１をスパッタして基板３１
に薄膜を堆積するスパッタ装置において、チャンバ１０
とは別室でマイクロ波放電により励起された活性酸素７
１をチャンバ１０内に導入するガス導入機構４１，４
２，４３，４４と、ターゲット２１を冷却する冷却機構
２６と、チャンバ１０内の防着板１１を加熱するヒータ
１２とを具備してなり、成膜時に防着板１１の壁面に付
着した薄膜７２を成膜後に除去することを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターゲットをスパッタ
して試料基板に薄膜を堆積するスパッタ装置に係わり、
特に容器内に付着した薄膜を除去するための洗浄機構を
有するスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
金属や半導体及び絶縁物の薄膜形成方法としてスパッタ
法が広く用いられている。図３に、典型的なスパッタ装
置の構成を示す。スパッタ法においては、アルゴンイオ
ン３の衝撃によってスパッタターゲット１から、ターゲ
ット１を構成していた粒子４の一部が弾き飛ばされ、基
板２に到達し堆積することによって、基板２上に所望の
薄膜が形成される。

【０００３】ここで、ターゲット１からの粒子４の速度
は広い角度分布を有するために、基板２上のみならず、
真空チャンバ５の内壁の至るところに薄膜が堆積する。
チャンバ内壁に到達する粒子は壁に衝突する際にその運
動エネルギーを壁に与え、壁はそれを熱エネルギーとし
て受け取る。このため、スパッタの際にはチャンバ内壁
は室温よりも高温となり、スパッタ終了時に再び室温に
戻る。

【０００４】従って、チャンバ壁を構成している材料と
付着する膜の熱膨張係数が大きく異なる場合や、粒子の
運動エネルギーが大きく或いは成膜時間が長いために内
壁の温度上昇が著しい場合、及び両者の間の密着性が悪
い場合には、付着膜がチャンバ内壁から剥がれ始める。
この剥がれた付着膜が次の成膜時に基板上に付着する
と、形成される薄膜にとってはそれが欠陥となるため、
製品の不良率を増加させる原因となる。また、スパッタ
の最中に剥がれた膜がターゲット上に付着することは異
常放電の原因となり、このような状況下ではやはり成膜
された膜に欠陥が発生する。

【０００５】通常は、付着膜の膜厚がある程度薄いうち
は上記付着膜の剥がれが起こらないため、従来の技術に
おいては、まず防着板と呼ばれる金属製の板でチャンバ
内壁を覆っておく。そして、総成膜量が一定の値を越え
て内壁から剥がれ始める以前にチャンバを大気解放し、
防着板を取り外し、防着板に付着した膜を薬液に浸し溶
解するか、或いは適当な薬液がない場合にはグラスビー
ズブラスターなどで機械的に付着膜を除去すると言う方
法がとられていた。

【０００６】しかしながらこの方法を用いると、通常１
０^-5Ｐａ程度の高真空状態に保たれているチャンバを大
気解放してしまうため、チャンバ内部の金属部分やスパ
ッタターゲットに水分子などの大気中の不純物分子が吸
着され、再度真空引きにより高真空状態に復帰させるた
めには長時間を要し、生産効率を低下させる。また、こ
の方法では防着板を取り付けることのできない複雑な形
状を有する部分に付着した膜を除去することはできず、
そのような部分をチャンバ内から取り外して上記防着板
の洗浄と同様の洗浄を行うか、或いはその部分ごと交換
すると言った方法を取らざるを得ず、再度真空引きを行
う前に取り外した部分を元の正規の位置に取り付けると
いう手続きが余計に必要となる。

【０００７】従来例としては他に、防着板に付着膜との
密着性の良い材料を用いて洗浄頻度を少なくする方法、
成膜前後で防着板の温度を一定に保つことにより膜と防
着板の熱膨脹係数の差に基づく付着膜の剥がれを防止す
る方法等があるが、上記の困難を完全には解決するには
至っていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のス
パッタ装置においては、スパッタによる成膜時に容器の
内壁に薄膜が付着し、これが剥がれて欠陥の発生や異常
放電を招く要因となっていた。また、容器内壁に付着し
た薄膜を除去するには大気解放する必要があり、装置稼
働率の低下を招くという問題があった。

【０００９】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、その目的とするところは、容器を大気解放
することなく容器内壁に付着した膜を除去することがで
き、且つ容器内の特定の部分を取り外すことなく付着し
た膜を除去することができ、形成薄膜の膜質向上及び装
置稼働率向上等に寄与し得る洗浄機構付きスパッタ装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、容器を
大気解放することなく容器内の付着膜を除去することに
あり、この付着膜の除去として反応性ガスを用いたエッ
チングを行うことにある。

【００１１】即ち本発明は、容器内にターゲットと試料
基板を対向配置し、ターゲットをスパッタして試料基板
に薄膜を堆積するスパッタ装置において、容器内にター
ゲットのスパッタによる付着膜をエッチングするための
反応性ガスを導入する手段と、ターゲットを冷却する手
段と、容器内の付着膜を除去すべき部分を加熱する手段
とを具備してなることを特徴とする。

【００１２】ここで、容器内に導入する反応性ガスとし
ては、容器とは別室でマイクロ波等のエネルギー照射に
より活性化された酸素若しくはオゾンを含むガスを用い
るのが望ましい。また、容器内に防着板を設けた場合、
この防着板を選択的に加熱するのが望ましい。

【００１３】

【作用】本発明によれば、スパッタ容器の内部に付着し
た膜と化学反応を起こし、その結果蒸気圧の高い生成物
を生じせしめる反応性ガス（クリーニングガス）を容器
内に導入し、この反応生成物を排気することにより、容
器を大気解放することなく容器内部に付着した膜を除去
することができる。

【００１４】従って、大気中に存在する不純物、とりわ
け到達真空度に最も影響を及ぼす水分子がチャンバ内部
へ吸着することを避け得るため、チャンバ内洗浄後再度
真空引きによって高真空状態を回復し再び成膜が可能に
なるまでの時間を大幅に短縮することが可能となる。ま
た、上記クリーニングガスが到達する部分であればどこ
でも付着膜の除去が可能であるため、防着板の取り付け
ができないような複雑な形状をした部位であっても、分
解・組み立てを行うことなくそこに付着した膜を除去す
ることができる。この場合も、容器内洗浄後に再度真空
引きによって高真空状態を回復し再び成膜が可能になる
までの時間を大幅に短縮することが可能となる。

【００１５】なお、クリーニングガスとしては、スパッ
タにより成膜される膜の種類に応じて適当なものをを選
ぶことができる。例えば、磁性材料上への炭素膜のスパ
ッタコーティングはハードディスクの表面保護の目的で
広く用いられているが、この場合スパッタチャンバ内部
に付着した炭素膜の除去に用いるクリーニングガスとし
ては、例えば酸素ガスを無声放電や紫外光照射によって
転換したオゾンＯ₃を用いることもできる。さらに、酸
素ガスにマイクロ波やラジオ波などの電磁波を照射する
ことにより酸素ラジカルを発生させ、これをクリーニン
グガスとして容器内に導入することもできる。

【００１６】また、除去すべき部位を加熱しながら上記
クリーニングガスを導入すると、上記クリーニングガス
から発生した活性酸素が容器内壁に堆積したカーボンと
反応し、二酸化炭素となって排気される。

【００１７】また、アルミニウム成膜に使用されるスパ
ッタ容器の洗浄には、Ｃｌ₂，Ｂｒ₂，ＨＣｌ，ＣＣ
ｌ，ＢＣｌ₃を含むガス、さらにシリコン，酸化シリコ
ン，窒化シリコンの成膜に使用されるスパッタ容器の洗
浄にはＣＦ₄を含むガスを用いることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例に係わるスパッ
タ装置の概略構成を示す断面図である。図中１０はスパ
ッタチャンバ（容器）であり、このチャンバ１０内には
スパッタターゲット２１と試料基板３１が対向配置され
ている。ターゲット２１は、例えばグラファイトからな
るもので、上側のカソード２２の下面に保持されてい
る。カソード２２には直流電源２３より電力が供給さ
れ、さらにカソード２２は冷却水２６により冷却される
ものとなっている。また、チャンバ１０の上方にはマグ
ネトロン放電を生起するためのマグネット２４が配置さ
れている。基板３１はアノードとしての試料台３２上に
保持されており、試料台３２はヒータ３３により加熱さ
れるものとなっている。

【００２０】チャンバ１０には、バルブ４１を介して石
英配管４２が接続されている。この配管４２にはマイク
ロ波放電部４３及びマスフローコントローラ４４が接続
されている。そして、マスフローコントローラ４４によ
り流量制御された反応性ガス、例えばＯ₂ガスは放電部
４３に導入され、この部分でマイクロ波により活性化さ
れる。本実施例では、マイクロ波電力は１．５ｋＷとし
た。マイクロ波放電部４３で励起された活性酸素７１
は、配管４２を介してチャンバ１０内に導入されるもの
となっている。

【００２１】チャンバ１０にはターボポンプ５１が接続
され、このターボポンプ５１にはドライポンプ５２が接
続されている。そして、チャンバ１０内に導入されたガ
スはこれらのポンプ５１，５２により排気されるものと
なっている。

【００２２】また、チャンバ１０内には、ターゲット２
１から基板３１までの空間を囲むように防着板１１が設
けられている。この防着板１１の回りには、活性酸素導
入の際に防着板１１の温度を上昇させ、洗浄時の反応速
度を増加させるためのヒータ１２が設けられている。ま
た、防着板１１で囲まれた空間には、高真空ピラニゲー
ジ６１が設置されており、このゲージ６１による検出情
報は圧力表示部６２に表示されるものとなっている。

【００２３】なお、図には示していないがチャンバ１０
には、スパッタ成膜時にチャンバ１０内にアルゴン等の
不活性ガスを導入するためのガス導入口が設けられてい
る。このガス導入口の代わりに、活性酸素導入のための
配管４２を通して不活性ガスを導入してもよい。この場
合は、マイクロ波放電部４３におけるマイクロ波放電を
停止しておけばよい。

【００２４】次に、本装置における洗浄機能について説
明する。まず、炭素膜剥離の最適条件を見出す目的で、
シリコン基板上に炭素を２００ｎｍスパッタ成膜した試
験片を防着板１１上に取り付けた後、チャンバ１０を真
空引きし、防着板１１の温度を２５０℃に昇温したの
ち、バルブ４１を開き種々の流量の酸素プラズマをチャ
ンバ１０内に導入した。また、その際にポンプ５１，５
２の排気速度を調節することによりチャンバ内圧力を種
々の値に調節した。その後、チャンバ１０を大気解放
し、試験片を回収して炭素膜厚の減少量を段差系により
測定し、種々のガス流量・圧力に対する剥離速度の依存
性を調べた。炭素膜の剥離速度は、図２のようにガス流
量及びチャンバ内圧力に依存するが、ここでは流量５０
０sccm，圧力２Ｐａの場合に最大の剥離レートが得られ
た。

【００２５】次いで、バルブ４１を閉じ、チャンバ１０
内を２×１０^-5Ｐａの高真空に排気した後、アルゴンガ
スを導入しＤＣマグネトロンスパッタによりターゲット
２１のグラファイトをスパッタし、防着板１１上に約１
μｍの炭素膜（付着膜）７２を堆積させる。このとき、
試料台３２上に基板３１をセットしておけば、通常のス
パッタ成膜と同様に、基板３１上に炭素膜が堆積され
る。

【００２６】次いで、上記実験で最大の剥離速度の得ら
れた５００sccm，２Ｐａの条件で１０分間の酸素プラズ
マ導入後、チャンバ１０内を大気解放して防着板１１を
観察した結果、防着板１１上に約１μｍ堆積していた炭
素膜が除去されていることが確認された。また、この際
に防着板１１のみならず、チャンバ壁面に付着した炭素
膜、及び防着板１１と基板３１の間の隙間から回り込ん
で試料台３２上や基板加熱ヒータ３３上に付着した炭素
膜も除去されたが、これは防着板１１以外の部分は直接
加熱しなくとも防着板１１からの輻射熱により昇温し、
また防着板１１上に比べ堆積量が少ないため、防着板１
１上より低温でもクリーニングガスとの接触により付着
膜が剥離されるためである。

【００２７】また、ターゲット２１はクリーニングの間
水冷系２６により絶えず室温程度に冷却されているため
に、ターゲット２１のグラファイトは活性酸素によるエ
ッチングを受けず、次のスパッタ直前に短時間のダミー
スパッタを行うことにより通常のスパッタを再開するこ
とが可能となる。実際に再度チャンバ１０内を高真空に
２×１０^-5Ｐａ排気し、通常のカーボンスパッタが開始
できるまでに、ダミースパッタの時間を含めて１時間で
済む。これは、従来技術によりチャンバ１０を大気解放
したのち防着板１１等の洗浄を行い、その後組み立て，
高真空排気，ダミーデポにより通常のスパッタが開始で
きるまでに３０時間を要したのに比べると、大幅な時間
短縮となる。

【００２８】このように本実施例によれば、スパッタ成
膜後にチャンバ１０内に酸素プラズマを導入し、ターゲ
ット２１を冷却すると共に、防着板１１及び試料台３２
を加熱することにより、防着板１１や試料台３２等に付
着した薄膜を簡易に除去することができる。そしてこの
場合、チャンバ１０を大気解放する必要がないことか
ら、チャンバ洗浄後に再びスパッタ成膜を開始する間で
の時間を大幅に短縮することができる。従って、付着膜
の剥離による欠陥発生や異常放電を未然に防止し、かつ
大気解放による無駄時間をなくすことができ、形成薄膜
の膜質向上と共に装置稼働率の向上をはかることができ
る。

【００２９】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例ではマグネトロン放電方式のス
パッタ装置に適用したが、マグネトロン方式に限らず、
高周波スパッタ，反応性スパッタ，その他各種方式に適
用することができる。また、反応性ガスを導入する手段
としては、必ずしも容器とは別室で活性化する方式に限
らず、容器内に導入したのち容器内で放電，光照射等に
より励起する方式でもよい。さらに、反応性ガスの種類
は、ターゲットの種類に応じて適宜選択すればよい。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
パッタ成膜後に容器内に反応性ガスを導入すると共に、
ターゲットを冷却、防着板等の壁面を加熱することによ
って、大気解放・部品着脱を行うことなく、スパッタ成
膜時に容器内部に付着した膜を除去することができる。
従って、付着膜の剥がれに起因する欠陥発生や異常放電
を防止し、かつ洗浄後再び成膜を行うまでに要する時間
を著しく短縮することができ、形成薄膜の膜質向上及び
装置稼働率の向上をはかることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるスパッタ装置の概略
構成を示す断面図。

【図２】炭素膜の剥離速度の圧力依存性を示す特性図。

【図３】従来のスパッタ装置の概略構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０…チャンバ（容器）１１…防着板１２…防着板加熱用のヒータ２１…ターゲット２２…カソード２３…電源２４…マグネット２６…水冷系３１…試料基板３２…試料台３３…試料台加熱用のヒータ４３…マイクロ波放電部７１…活性酸素７２…付着膜

フロントページの続き (72)発明者堀岡啓治神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内にターゲットと試料基板を対向配置
し、ターゲットをスパッタして試料基板に薄膜を堆積す
るスパッタ装置において、前記容器内に前記ターゲットのスパッタによる付着膜を
エッチングするための反応性ガスを導入する手段と、前
記ターゲットを冷却する手段と、前記容器内の前記付着
膜を除去すべき部分を加熱する手段とを具備してなるこ
とを特徴とするスパッタ装置。