JPH06283501A

JPH06283501A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH06283501A
Application number: JP6958193A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nakamura; 中村　　清; Yoshiyuki Okuno; 栄之奥野; Toshihiko Katsura; 敏彦桂; Kenji Iwade; 健次岩出
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Material Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronics Engineering Corp
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】形成するスパッタ膜中への不純物の混入を抑
制すると共に、絶縁部材の再使用回数や耐久性の向上を
図ったスパッタリング装置を提供する。【構成】真空槽１内に基板受け台４とスパッタターゲ
ット２とを対向して配置し、基板受け台４上には成膜基
板３を載置する。また、成膜基板３およびその周辺部に
不要なスパッタ被膜が被着することを防止するために、
防着用プレート５および防着用リング６を設置する。こ
のようなスパッタリング装置において、基板受け台４、
防着用プレート５および防着用リング６から選ばれた少
なくとも 1つを、窒化ケイ素およびサイアロンから選択
された少なくとも 1種の絶縁部材により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種基板表面に薄膜を
形成するスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや液晶表示素子等の製造
プロセスにおいて、 SiO₂膜等の絶縁膜を形成するため
のスパッタリング装置の概略構成を図１に示す。同図に
おいて、１は真空槽であり、この真空槽１内にはスパッ
タターゲット２と成膜基板３とが対向配置されている。
成膜基板３は、基板受け台４上に載置されている。また
成膜基板３の周囲にスパッタ被膜（例えば SiO₂膜）が
被着することを防ぐために、防着部品として、プレート
５やリング６が配置されている。なお、図中７はＲＦ電
源である。

【０００３】枚葉式のスパッタリング装置の場合、基板
処理枚数の増加に伴って、上記防着用プレート５や防着
用リング６、さらには基板受け台３にスパッタ被膜が厚
く被着する。そこで、適当な処理枚数毎に基板受け台
３、防着用プレート５および防着用リング６上に被着し
たスパッタ被膜を除去する必要がある。

【０００４】ところで、上記基板受け台４、防着用プレ
ート５、防着用リング６の構成材料としては、従来、石
英が用いられていたが、これら石英製の部品はフッ酸処
理によりスパッタ被膜、例えば SiO₂膜を除去する際
に、基材部分まで除去されてしまうため、再使用回数が
制限されるという問題を有していた。また、石英製の基
板受け台４、防着用プレート５、防着用リング６は機械
的強度が低く、取扱い時に破損等が生じやすく、耐久性
に乏しいという問題も有していた。

【０００５】そこで、基板受け台４や防着部品５、６の
耐久性改善のために、石英に比べて高強度の酸化アルミ
ニウム（Al₂O ₃）製絶縁部材を用いることが検討され
ている。しかし、Al₂O ₃製絶縁部材と SiO₂膜とで
は、熱膨張係数の差が大きいため、基板受け台４や防着
部品５、６上の SiO₂膜が厚くなると、上記熱膨張差に
より SiO₂膜の剥離が起こり、それがダスト化して配線
保護膜（基板上の SiO₂膜）中に混入するという不具合
が生じる。これによって、配線保護膜の H₂O 、Na等に
対する保護効果が劣化するという問題を招いてしまう。

【０００６】また、スパッタ時の防着部品等の表面温度
は、プラズマ中で高温(200℃程度）になるため、Al₂O
₃では熱サイクルによる熱衝撃破壊の頻度が高いという
問題もある。さらに、スパッタ SiO₂膜の膜厚が30〜50
μm になって、スパッタ作業間の熱サイクルにより被膜
剥離が生じた場合や、 100μm 程度をスパッタ被膜の膜
厚の目途として、クリーニングを実施するが、その際に
装置冷却による熱サイクルとAl₂O ₃と SiO₂との熱膨
張差による応力の複合的作用により、Al₂O ₃製絶縁部
材に破壊が生じる等、十分な耐久性が得られないという
問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のスパッタリング装置においては、基板受け台や防着用
プレート、防着用リングと、そこに被着するスパッタ被
膜との熱膨張係数のマッチングが悪いため、被膜剥離を
起こして、基板上のスパッタ膜（例えば配線保護膜）中
へのダスト混入を招いたり、また耐熱衝撃性も不十分
で、熱サイクルや熱膨張差により破壊が生じる等、耐久
性にも問題を有していた。

【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、形成するスパッタ膜中への不純物の
混入を抑制すると共に、絶縁部材の再使用回数や耐久性
の向上を図ったスパッタリング装置を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
装置は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、成膜基板
が載置される基板受け台と、前記真空槽内の前記成膜基
板と対向して配置されたターゲットと、前記成膜基板お
よびその周辺部を覆う防着用リングおよび防着用プレー
トとを具備するスパッタリング装置において、前記基板
受け台、防着用リングおよび防着用プレートから選ばれ
た少なくとも 1つが、窒化ケイ素およびサイアロンから
選択された少なくとも 1種の絶縁部材により構成されて
いることを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明のスパッタリング装置においては、基板
上以外にスパッタ被膜が被着する、基板受け台、防着用
リングおよび防着用プレートの少なくとも 1つを、窒化
ケイ素やサイアロンからなる絶縁部材により構成してい
る。ここで、上記窒化ケイ素（Si₃N ₄）およびサイア
ロン（Si-Al-O-N)、従来の絶縁部材である酸化アルミニ
ウム（Al₂O ₃）、代表的な配線保護膜であるスパッタ
SiO₂膜の熱膨張係数、曲げ強度および熱衝撃温度差を
表１にまとめて示す。

【００１１】

【表１】表１から明らかなように、Si₃N ₄や Si-Al-O-Nは、ス
パッタ SiO₂膜との熱膨張係数の差が小さい。よって、
スパッタリング装置内が温度上昇しても、熱応力により
上記基板受け台、防着用リングおよび防着用プレートか
らスパッタ被膜が剥離することを防止することができる
ため、基板上のスパッタ膜中に不純物が混入することを
抑制することが可能となる。また、Si₃N ₄や Si-Al-O
-Nは、強度や耐熱衝撃性に優れており、さらに上記した
ようにスパッタ SiO₂膜との熱膨張差が小さいため、熱
サイクルや熱膨張差に基く応力による破壊を抑制するこ
とができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明のスパッタリング装置の実施例
について説明する。なお、基本的な装置構造は、図１に
示したスパッタリング装置と同一であるため、図１を参
照して説明する。

【００１３】この実施例のスパッタリング装置において
は、基板受け台４、防着用プレート５および防着用リン
グ６を、窒化ケイ素およびサイアロンから選択された少
なくとも 1種の絶縁部材により構成している。上記基板
受け台４は、円板状の窒化ケイ素焼結体もしくはサイア
ロン焼結体からなるものである。また、防着用プレート
５および防着用リング６は、上記基板受け台４と同様な
焼結体からなるものであり、防着用リング６はリング形
状を有している。また、防着用プレート５は、切頭円錐
型の中空凸部が中央部に設けられた円板形状を有してい
る。これら防着用プレート５や防着用リング６によっ
て、成膜基板３の周辺部にスパッタ被膜が不要に被着す
ることを防止している。

【００１４】ここで、上記窒化ケイ素やサイアロンから
なる各部品４、５、６は、通常のセラミックス焼結体の
製造方法に準じて作製される。例えば、窒化ケイ素製の
部品であれば、窒化ケイ素（Si₃N ₄）原料粉末 100重
量部に、焼結助剤として、例えば酸化イットリウム(Y₂
O ₃)4〜 5重量部、酸化アルミニウム（Al₂O ₃)2〜4
重量部、窒化アルミニウム(AlN)3〜 4重量部、酸化チタ
ン(TiO₂)0〜 1重量部等を添加、混合し、この原料混合
粉末を金型成形法、ラバープレス法、スリップキャステ
ィング法等の各種公知の成形法によって、所望形状の成
形体とした後、脱脂・焼成して焼結体を作製し、あるい
はホットプレス等により焼結体を作製し、この焼結体に
必要に応じて研削加工等を施すことにより得られる。

【００１５】また、サイアロン製の部品は、Si_6-zAl_z
O_z N_8-z(0＜ z≦4.2)を満足するサイアロン粉末を用
いて、上記窒化ケイ素製部品と同様に製造することによ
り得られる。

【００１６】次に、上記基板受け台４、防着用プレート
５および防着用リング６の具体例、およびそれらを用い
たスパッタリング装置の特性評価結果について述べる。

【００１７】まず、Si₃N ₄粉末 100重量部に、 Y₂O
₃粉末 5重量部、Al₂O ₃ 4重量部、 AlN 3重量部を添
加、混合し、この原料混合粉末を金型成形法によって、
それぞれ所望形状の成形体とし、脱脂・焼成してそれぞ
れ焼結体を得た後、これらの焼結体にそれぞれ研削加工
を行って、所定寸法の基板受け台４、防着用プレート５
および防着用リング６をそれぞれ 4個ずつ作製した。

【００１８】また、本発明との比較として、Al₂O ₃焼
結体を用いて、同一形状、同一寸法の基板受け台４、防
着用プレート５および防着用リング６をそれぞれ 4個ず
つ作製した。

【００１９】これら実施例および比較例による基板受け
台４、防着用プレート５および防着用リング６をそれぞ
れ用いて、 4連のスパッタリング装置を各々構成した。
そして、各スパッタリング装置を用いて、 6インチのSi
基板（成膜基板３）上に 1枚当り 1μm 厚の SiO₂膜を
形成し、このスパッタ工程を連続して行うことにより、
清浄化までの平均使用回数およびスパッタ被膜剥離によ
る平均ダスト量を評価した。それらの結果を表２に示
す。

【００２０】

【表２】また、各スパッタリング装置における基板受け台４、防
着用プレート５および防着用リング６の清浄化再生まで
に使用し得るスパッタ被膜の累積膜厚（例えば1μm/ 1
枚にて 250枚処理した場合、累積スパッタ膜厚は 250μ
m となる）と、基板受け台４、防着用プレート５および
防着用リング６がそれぞれ何回清浄化して再生使用でき
るかを評価した。それらの結果を表３および表４に示
す。

【００２１】

【表３】

【表４】表２〜表４より明らかなように、窒化ケイ素焼結体から
なる基板受け台４、防着用プレート５および防着用リン
グ６を用いた実施例によるスパッタリング装置において
は、窒化ケイ素焼結体とスパッタ SiO₂膜との熱膨張係
数の差が小さいことから、熱応力により上記各部品から
スパッタ SiO₂被膜が剥離することを抑制することがで
き、よって清浄化再生までの使用回数（換言すれば累積
スパッタ膜厚）を増やすことができると共に、基板上の
スパッタ膜中に不純物が混入することを抑制することが
できる。また、窒化ケイ素焼結体とスパッタ SiO₂膜と
の熱膨張差が小さいこと、さらには焼結体自体の強度や
耐熱衝撃性が大きいことから、清浄化再生して使用し得
る回数を改善することができる。これらによって、製造
コストの低減を図った上で、高品質の絶縁膜を作製する
ことが可能となる。また、基板受け台４、防着用プレー
ト５および防着用リング６として、サイアロン焼結体を
用いたスパッタリング装置についても、同様な評価を行
ったところ、窒化ケイ素焼結体製の部品を用いた場合と
同等の効果が得られた。

【００２２】なお、上記実施例においては、本発明のス
パッタリング装置を SiO₂絶縁膜の成膜に適用した例に
ついて説明したが、本発明はこれに限られるものではな
く、Si₃N ₄絶縁膜等の成膜に適用することも可能であ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスパッタ
リング装置によれば、形成するスパッタ膜中への不純物
の混入を抑制した上で、基板受け台、防着用リングおよ
び防着用プレートの再使用回数や耐久性の向上を図るこ
とができる。これらにより、安定した絶縁膜等のスパッ
タ膜を、高い生産性の下で作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタリング装置の一構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１……真空槽２……スパッタターゲット３……成膜基板４……基板受け台５……防着用プレート６……防着用リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桂敏彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者岩出健次神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝多摩川工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽と、前記真空槽内に配置され、成
膜基板が載置される基板受け台と、前記真空槽内の前記
成膜基板と対向して配置されたターゲットと、前記成膜
基板およびその周辺部を覆う防着用リングおよび防着用
プレートとを具備するスパッタリング装置において、前記基板受け台、防着用リングおよび防着用プレートか
ら選ばれた少なくとも1つが、窒化ケイ素およびサイア
ロンから選択された少なくとも 1種の絶縁部材により構
成されていることを特徴とするスパッタリング装置。