JPH09268367A

JPH09268367A - プラズマ処理による薄膜形成装置及び薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH09268367A
Application number: JP7847196A
Authority: JP
Inventors: Akira Yajima; 明矢島; Hide Kobayashi; 秀小林; Hideaki Shimamura; 英昭島村; Hiroyuki Shida; 啓之志田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜工程中の剥離異物発生を抑制して高品質の
薄膜を形成すると共に、それにより成膜室内の全掃頻度
を低減し稼働率の向上が図れる、改良されたプラズマ処
理による薄膜形成装置を実現する。【解決手段】プラズマ処理により不要な堆積膜が付着す
る領域に、基準膜厚まで成長した場合に形成される付着
膜６１２の残留応力を、それ自身の塑性歪の発生によっ
て付着膜との接合界面の剥離強さ以下に緩和すること
で、残留応力による付着膜の剥離発生を防止する下地皮
膜６１１を、真空槽（成膜室）６０２内の少なくとも防
着シールド板６０９上に設けておく。下地皮膜６１１と
しては、例えば、ＡｌもしくはＺｎの超塑性合金膜、そ
の他ＣｕＡｌ₂膜等の塑性変形が少なくとも５０％以上
のものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理による薄
膜を形成装置及びそれを用いた薄膜形成方法に係り、特
に電子デバイスを構成する高品位の薄膜を形成するのに
好適なスパッタリング装置及びＰ−ＣＶＤ装置等のプラ
ズマ処理による薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄膜形成装置の一つとなるプラズ
マ処理によるスパッタリング装置（スパッタ成膜装置と
も称する）の一般的な構成は、適当な真空排気手段とそ
れによって真空排気される真空槽、真空槽内を適当な動
作圧力に維持するＡｒガスのごとき放電用ガス導入手
段、スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲ
ットに接続され、スパッタリングターゲットを負の高電
位に維持するスパッタリング用の電源からなる。更に真
空槽内には、スパッタリングによって成膜を行う対象と
なる基板と、その基板を成膜工程中に保持するための基
板ステージを備えている。

【０００３】一方、プラズマ気相成長（Plasma-Chemica
l Vapor Deposition：以下、Ｐ−ＣＶＤと略称）による
薄膜形成装置の一般的な構成は、適当な真空排気手段と
それによって真空排気される真空槽、真空槽内を適当な
動作圧力に維持する反応ガス導入手段、放電電極、放電
電極に接続されプラズマを発生させるための電源からな
る。更に真空槽内には、Ｐ−ＣＶＤによって成膜を行う
対象となる基板と、その基板を成膜工程中に保持するた
めの基板ステージを備えている。

【０００４】スパッタ成膜や、Ｐ−ＣＶＤを代表例とし
たプラズマを利用した成膜技術は、非常に広い範囲で、
様々な用途に利用されているが、ここでは例えばＬＳＩ
等の電子デバイスを製造するために薄膜の形成に使用す
る場合の従来技術について説明する。

【０００５】このような電子部品製造の用途では、幾何
学的な大きさが非常に小さく、成膜工程で形成する膜の
厚さもミクロンオーダの非常に薄いものである。また、
平面的な大きさも超ＬＳＩに見られるように、時にはミ
クロンオーダ以下の寸法を持つ。したがって、このよう
な電子部品の成膜工程では、小さな異物の工程中の成膜
対象基板への付着であっても、その電子部品を不良品と
してしまう。このためにプラズマ処理工程で発生する異
物は厳しく管理されなければばならない。異物の発生に
ついては十分な対策を行うことが当然必要であるが、一
方、管理としては異物が工程中に発生したことを知るこ
とが必要である。

【０００６】プラズマを利用した成膜工程では、成膜対
象基板以外の場所にも、膜が形成される。この不要な成
膜が直接真空槽の壁面で起こると、清掃が大変であるの
で、通常は、真空槽の壁面を防着シールド板と呼ぶ板材
で覆い、この不要な成膜を受ける。成膜が進みある厚さ
がくると、この防着シールド板を交換したり、真空槽内
でガスやプラズマを用いてクリーニングを行うことで清
掃作業を行うことが行われている。

【０００７】この不要な膜形成の厚さがある限界を越え
ると、膜が剥がれたりすることで異物の発生が起こる。
さらに、このような剥離異物はプラズマ状態に対しても
影響を及ぼし異常放電を誘起し、二次的な異物発生を引
き起こす懸念がある。

【０００８】このような剥離異物の低減のためには、付
着膜剥離の少ない真空部品を用いることが重要である。
例えば、スパッタ成膜の場合、一般的に使用される防着
板はステンレス、Ａｌ、Ｃｕ等の数種類の材料について
異物発生頻度との対応を調査し選ばれる。また、表面に
凹凸を形成することで付着力を高める投錨効果を期待し
たブラスト処理、もしくはＡｌ溶射が施されたものが用
いられる。

【０００９】その他、例えば特開平４−２８６１１２号
公報に見られるように、ＩＣを形成するウェハに対しス
パッタリング（例えばＴｉＮの成膜プロセス）を行なっ
た時に、チャンバ内壁面を覆うシールドに付着する被膜
が圧縮応力を内包する場合には、ダミーウェハに対し引
っ張り応力を包含する被膜が形成される条件でスパッタ
リングを行なう処理を間に挟む方法が提案されている。
すなわち、この方法は、成膜中に逆応力を有する他の被
膜を積層して、これらの異なる応力を有する膜を交互に
シールドに成膜することにより内部応力を低減緩和して
剥離を防止するものである。ただし、逆応力を有する他
の被膜をシールドに積層する期間中は、正規のウェハ基
板上への成膜は中止して表面が汚染されないようにする
必要があり、このためこの処理期間はダミーウェハを用
いて成膜することになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したようにＴｉ
Ｗ、ＴｉＮ等の高融点材料のスパッタ成膜プロセスにつ
いてもブラスト処理、もしくはＡｌ溶射が施された防着
シールド板が用いられるが、それによっても付着膜の剥
離による異物発生のため、１ターゲット当たり５回以上
の成膜室の全掃作業、防着シールド板の交換作業が免れ
ない状況である。

【００１１】特にＴｉＮの成膜プロセスにおいては、製
品数十枚に対して剥離異物抑制に効果があると知られて
いるＴｉを数μｍペーストする必要があり、スループッ
トを妨げている。剥離による異物発生周期あるいは上記
Ｔｉペースト周期を延伸するためには、防着シールド板
における不要堆積膜速度を低減する方法（例えばプラズ
マ発生条件、プロセス条件の改善やチャンバの大型化な
ど）、あるいは付着膜の剥離原因を低減する方法が上げ
られる。前者は膜厚分布等、製品のプロセス条件とのマ
ッチングを取る必要や、製造装置の改造が必要となり、
実用化には困難を極める。

【００１２】従って後者の剥離原因を低減する方法を実
現することが重要である。特に上記スパッタＴｉＷ膜、
スパッタＴｉＮ膜等の高融点材料の残留応力は、数ＧＰ
ａの高圧縮応力となることから不要付着膜の残留応力が
剥離主原因の一つである。

【００１３】したがって、本発明の目的は、上記従来の
問題点を解消することにあり、具体的にはプラズマ処理
装置のチャンバ内壁を含めた不要に付着膜が堆積する真
空部品に対して不要付着膜の剥離を引き起こす残留応力
を緩和し、剥離異物発生開始時期を延伸することによ
り、高品位のスパッタ成膜を可能とする改良された薄膜
形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために以下に述べるような実験検討を行っ
た。すなわち、プラズマ処理により薄膜を形成する真空
槽（チャンバ）の内壁に付着する薄膜が剥離する要因を
分析するために、予め正規の薄膜を形成する前に特定構
造の下地膜を形成しておいてから正規の薄膜を形成し、
この薄膜の残留応力と下地膜構造との相関について調べ
た。

【００１５】薄膜の残留応力の解析に用いるプラズマ処
理装置としては、薄膜形成用の原料を固体（ターゲッ
ト）とするか、気体（ガス）とするかの違いがあるだけ
で、薄膜の残留応力の解析という点では基本的にはスパ
ッタリング装置による場合も、Ｐ−ＣＶＤ装置による場
合も同様なので、ここではスパッタリング装置の場合を
代表例として説明する。

【００１６】試料の作成は、スパッタリング装置の真空
槽内の試料台に試料基板としてＳｉウェハを載置して成
膜する。Ｓｉウエハ上には、予めスパッタ条件及び添加
物を変え、結晶粒径の異なるＡｌ合金膜を下地膜として
成膜した３種類のサンプルａ〜ｃを用意した。サンプル
ａ：下地膜の結晶粒径大（数１０μｍ）、サンプルｂ：
下地膜の結晶粒径中（約１０μｍ）、サンプルｃ：下地
膜の結晶粒径小（２μｍ以下）。

【００１７】これら各サンプル上に、上部付着膜として
圧縮性の高いＴｉＷ、ＴｉＮ等の高融点金属膜を同一膜
厚堆積した場合の残留応力、及び下地膜の再結晶温度以
下での熱サイクルを加えた時の上部付着膜の残留応力変
化について調べた。下地膜となるＡｌ合金膜には、再結
晶温度を引き上げ、かつ結晶粒径を調整するための不純
物としてＳｉを添加した。その結果の概要を図１の熱履
歴特性曲線図に示す。

【００１８】図１中の曲線ａ、ｂ、ｃは各サンプルの特
性をそれぞれ示している。Ａ点（室温）に示すが、サン
プルａ、ｂのように結晶粒径が大きいものでは初期残留
応力が既にほぼ緩和されているが、サンプルｃのように
結晶粒径が小さい下地膜ではある程度残留していること
が分かった。これは転位すべりによる塑性変形の容易さ
と関係付けられる。しかしながら、サンプルｃにおいて
はＢ点に示すように、熱を加えることによって急激な応
力の緩和を示す領域があることが分かった。

【００１９】さらにその後、数回の温度の降温、上昇の
熱履歴過程において下地膜の結晶粒径の小さなサンプル
ｃ上の付着膜応力の変化は、低温において熱応力による
と思われる小さな変化がみられるのみであった。しか
し、下地膜の結晶粒径の大きなサンプルａ上の付着膜応
力は、熱応力に起因した残留応力がそれ以上の温度にお
いても残留するようになった。

【００２０】この結果は以下の様に考察することができ
る。下地膜の結晶粒の大きなサンプルａは、熱サイクル
初期には自分自身の熱膨張によって発生する熱応力を転
位滑りにより緩和させることができ、上部へ与える応力
を小さくすることができた。しかしながら、繰り返し熱
ストレスによる塑性変形による転位網の形成のため加工
硬化現象が生じ、降伏応力は高くなり高温領域において
も熱応力の緩和現象が生じなくなったものと考えられ
る。すなわち、粒内破壊に向かっていると考えられる。

【００２１】一方、下地膜の結晶粒径の小さいサンプル
ｃにおけるある温度領域（Ｂ点を越える領域）からの緩
和現象は、結晶粒界滑りによるものと推定することがで
きる。したがって、転位滑りによる変形は期待できない
が、結晶粒成長を起こさない温度領域においては可逆的
な緩和現象を期待することができることがわかった。

【００２２】次に、サンプルｃによる大きな緩和現象を
示す温度Ｂの雰囲気における付着膜膜厚に対する残留応
力の変化を上記３種類の下地膜上とＳｉ基板上（サンプ
ルｄとする）に対して調べた。その結果の概要を図２に
示す。なお、下地膜のサンプルとしては、ａ及びｃを代
表例として示し、サンプルｂは省略した。

【００２３】サンプルｄのＳｉ基板上では、膜厚が増加
すると共に残留応力がほぼ直線的に増し、サンプルａで
は初期には残留応力が見られないが、ある膜厚領域にな
ると次第に残留応力が表れることがわかった。これに対
し、サンプルｃでは初期領域では応力が発生するが、そ
の後膜厚が増してもある一定応力に納まることがわかっ
た。

【００２４】さらに、下地膜の凹凸による付着膜残留応
力変化の影響を調べるため、凹凸周期、及び形状（エン
ボス曲率半径ｒ）を変化させ、その上にサンプルｃと同
等のＡｌ合金皮膜を下地膜として形成し、上部に圧縮性
の高いＴｉＷ、ＴｉＮ等の高融点金属膜を形成した時の
本付着膜の残留応力を調べた。その結果の概要を図３に
示す。

【００２５】エンボス曲率半径ｒの減少に伴って残留応
力は小さくなる傾向があることがわかった。この結果
は、次のようなモデルにより説明することができる。即
ち、表面を細かなエンボス形状にする程、付着膜の圧縮
性残留応力により緩和層の塑性変形によって引き起こさ
れた界面の面積増加分を凹部での膜厚減少及び凸部での
膜厚増加によって賄うことによって達成されていると考
えられる。逆にひっぱり応力の残留する付着膜に対して
は緩和層の塑性変形によって引き起こされる界面の面積
減少分を凹部での膜厚増加及び凸部での膜厚減少によっ
て賄うことによって達成されると類推することができ
る。

【００２６】しかしながら、エンボス形状が細かすぎる
場合、図４に示すように付着膜４０１（不要付着膜と見
なす）の膜厚が大きくなり隣接した凸部上に堆積された
付着膜の山同志がぶつかる（この時の膜厚を有効限界膜
厚ｔとする）と下地による緩和効果が逆に阻害されてし
まい、それ以上の膜厚では下地４０２（残留応力緩和被
膜）による残留応力緩和効果は期待できないと考えられ
る。なお、図４の４０３はエンボス形状を有する防着板
とみなす。

【００２７】すなわち、この観点からはエンボス形状は
大まかなほうが都合が良いと推定される。したがって、
有効限界膜厚ｔを剥離の起きてほしくない所望の膜厚と
した場合には、エンボス形状のピッチｐはこの有効限界
膜厚ｔの少なくとも２倍以上（ｐ≧２ｔ）にしなければ
ならない。

【００２８】ここで、図５に示すように簡単のために一
次元で、かつエンボス形状が円の重ねあわせ５０２とし
た場合の残留応力の緩和に要する緩和層５０１の伸びＳ
とエンボス形状のピッチとの関係を求める。なお、図５
（ａ）は残留応力緩和被膜の初期形状のモデル、図５
（ｂ）は残留応力緩和被膜の塑性変形後の形状のモデル
をそれぞれ示す。

【００２９】付着膜により界面に発生する残留応力を界
面の剥離強さ以上とならないように緩和するために必要
な下地皮膜の最小伸びＳは、次式（１）のように見積も
ることができる。

【００３０】

【数１】Ｓ＝ε（σ_o）−ε（σ_c） …（１）ただし、σ_o：下地が剛体であった場合の付着膜により
発生する界面の残留応力 ε（σ_o）：応力σ_oで発生する皮膜弾性定数を用いた計
算上の弾性歪 ε（σ_c）：剥離強さ相当の応力σ_cで発生する弾性歪となる。

【００３１】また、曲率半径がｒのエンボス上の初期皮
膜膜厚ｄの緩和層が発揮できる最大伸びＳ_maxは、図５
（ｂ）に示すように凹部膜厚が０となった場合であると
し、緩和層変形後の表面形状が楕円の重ねあわせ、すな
わち図中の５０３であるならば次式（２）のように表わ
すことができる。

【００３２】

【数２】Ｓ_max≒３ａ／（４ｒ）＋ｒ／（４ａ）−１ …（２）ここでａは仮定した楕円の長径である。

【００３３】ａは面積保存の条件２（ａ−ｒ）＝πｄ
より求めることができる。

【００３４】したがって、Ｓ_maxはｒが小さいほど大き
くなる。

【００３５】実際に有効限界膜厚ｔまで付着膜が剥離し
ないために必要な応力緩和のための伸びＳを実現するた
めにはＳ＜Ｓ_maxとなるようなエンボス曲率半径ｒの上
限を初期皮膜膜厚ｄ及び初期残留応力と剥離強さと皮膜
弾性定数の関数として求めることができる。

【００３６】以上の検討結果から結晶粒径が小さく制御
され粒界滑りにより容易に塑性変形する下地膜は、堆積
された付着膜の残留応力の緩和効果を有し、また、表面
の凹凸とこの緩和層の厚さの組合せによってその緩和効
果を発揮させることができることがわかった。

【００３７】したがって、上記目的を達成することので
きる本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理室内に
配設した真空部材のプラズマ処理により不要な付着膜が
堆積する領域に、この付着膜が基準膜厚まで堆積するま
で付着膜との間に生じる残留応力成分を、それ自身の塑
性歪の発生によって付着膜との接合界面の剥離強さをを
越えないように緩和することで残留応力による付着膜の
剥離発生を防止する皮膜を具備したことを特徴とする。

【００３８】そして、好ましくは上記真空部材の皮膜
が、２μｍ以下の結晶粒組織で構成され、３００℃以下
において真空部材の降伏応力以下で、さらに不要付着膜
と皮膜との間、及び皮膜と真空部材の間の接合界面の剥
離強さ以下の応力で降伏し、破断もしくは亀裂発生に至
るまでの伸びが粒界滑りによる塑性変形によって少なく
とも５０％以上、好ましくは１００％以上を示す皮膜で
あることを特徴とする。

【００３９】上記皮膜を構成する粒界滑りにより容易に
塑性変形する下地膜としては、例えばＡｌもしくはＺｎ
の超塑性合金膜、その他ＣｕＡｌ₂超塑性合金膜等が挙
げられる。

【００４０】

【発明の実施の形態】上記で述べたように基板ホルダや
防着シールド板等の不要に堆積膜が付着する真空部品の
表面に剥離原因となる付着膜との界面の残留応力を粒界
滑りによる塑性変形により緩和する皮膜を設けること
と、その緩和を実現させるために付着膜の幾何学的付着
形態を考慮に入れて、初期皮膜膜厚ｄ及び下地が剛体で
ある場合に発生する残留応力と剥離強さと皮膜弾性定数
の関数から求められる表面形状としておくことで、不要
付着膜の残留応力を界面の剥離強さ以上にならないよう
に緩和でき、これによって不要堆積膜の剥離による異物
の発生を低減することができる。

【００４１】

【実施例】以下、図面にしたがって本発明の一実施例を
説明する。〈実施例１〉図６は、スパッタ成膜装置の場合を代表例
として示したものである。成膜対象である基板６０１は
基板搬送手段（図示せず）により、スパッタ成膜を行う
真空槽６０２に搬入される。

【００４２】真空槽６０２は、真空排気手段（図示せ
ず）によって真空排気されている。同時に、ガス導入手
段（図示せず）によって真空槽６０２にはＡｒガスが導
入され、真空槽６０２の内部圧力は０．１ｍＴｏｒｒ〜
２０ｍＴｏｒｒ程度に保たれる。

【００４３】基板６０１は、基板ホルダ６０３上に置載
されている。また、基板６０１は成膜プロセスを行う時
には、クランプリング６０８により固定される。基板の
固定方法の詳細は省略しているが、基板ホルダ６０３が
上下に昇降することによりクランプリング６０８との間
で挟持される構造になっている。

【００４４】基板６０１に対向してスパッタリング電極
６０５を設けた。スパッタリングターゲット６０６に
は、スパッタリング電極６０５を介して不図示のスパッ
タ電源が接続されている。スパッタリングターゲット６
０６の前面には、プラズマ６０７が発生し、このプラズ
マ６０７から発し、スパッタリングターゲット６０６に
向かって加速されたイオン（図示せず）が、スパッタリ
ングターゲット６０６を衝撃しスパッタリングターゲッ
ト６０６を構成している材料を分子レベルで飛散させ、
成膜対象基板１上に付着膜６１２を形成した。なお、ス
パッタリングターゲット６０６にはＴｉＷ（チタンとタ
ングステンの混合物）を、基板６０１にはＳｉウェハ
を、それぞれ用いた。

【００４５】真空槽６０２内部の壁面には、防着シール
ド板６０９が着脱自在に取り付けられている。防着シー
ルド板６０９は、絶縁物６１０を介して真空槽６０２の
内壁に取り付けられている。基板ホルダ３、クランプリ
ング８および防着シールド板６０９の表面は１ｍｍ周期
の凹凸の上に、予め下地皮膜６１１として低温で超塑性
を示すＡｌ−Ｚｎ系合金を５μｍ形成した。

【００４６】スパッタリングターゲットより飛散してき
たスパッタリングターゲット６０６を構成している材料
の分子（チタンとタングステン）は成膜対象基板１上だ
けでなくクランプリング６０８および防着シールド板６
０９上にも付着する。

【００４７】なお、下地皮膜６１１は、スパッタリング
ターゲット６０６に下地皮膜形成用のターゲットとなる
Ａｌ−Ｚｎ系合金を用いて付着膜６１２の成膜処理と同
様のプラズマ処理によって形成した。

【００４８】なお、ここでは正規の付着膜１１２が基板
６０１上に形成される前に、下地皮膜６１１をスパッタ
リングにより基板６０１上を含むクランプリング６０８
および防着シールド板６０９等の成膜室内に付着させた
が、実際の成膜工程においては、正規の付着膜１１２を
基板６０１上に直接成膜することが必要であり、それに
際しては基板６０１としてダミー基板を用いて基板上を
含む成膜室内に下地皮膜をスパッタリングにより予め成
膜しておき、その後で正規の付着膜１１２を成膜すれば
良い。

【００４９】図７に評価結果を示すが、この場合はダミ
ー基板を用いて予め基板上を含む成膜室内に下地皮膜６
１１をスパッタリングにより形成してから、基板を正規
のものに替えて所定膜厚の付着膜６１２を連続１０，０
００枚の基板について成膜したものである。

【００５０】すなわち、図７には製品の着工枚数と異物
発生数の関係を下地皮膜６１１を形成した場合（○印）
と、形成しない場合（△印）とを比較して示している。
図示のように皮膜６１１を形成しない場合は、２０００
枚程度で異物が多発するようになった。これに対し、予
め成膜室内に下地皮膜６１１を形成した場合にはターゲ
ット交換時期である１０，０００枚まで異物の発生頻度
は増加しなかった。

【００５１】なお、ダミー基板を用いて予め基板上を含
む成膜室内に下地皮膜６１１をスパッタリングにより形
成する代わりに、成膜室内の少なくとも防着シールド板
６０９上に同種の下地皮膜６１１を予め別工程で形成し
ておいてもよい。

【００５２】以上は直流スパッタリング装置についての
実施例であるが、同様な方式でＰ−ＣＶＤ装置、その他
プラズマ処理装置についても上記皮膜を適用することが
できる。次の実施例２ではＰ−ＣＶＤ装置について説明
する。

【００５３】〈実施例２〉図６のターゲット６０６の代
わりに、成膜原料としてＣＶＤガスを用いる。ガス導入
手段（図示せず）によって真空槽６０２にはＡｒガスと
共に、ＣＶＤガスとしてＳｉＨ₄とＮＨ₃ガスがそれぞれ
流速８ｓｃｃｍ、１６０ｓｃｃｍで導入され、真空槽６
０２の内部圧力は２０ｍＴｏｒｒ程度に保たれる。基板
ホルダ３、クランプリング８および防着シールド板６０
９の表面は１ｍｍ周期の凹凸の上に、予め下地皮膜６１
１として低温で超塑性を示すＡｌ合金（ＣｕＡｌ₂）を
２００μｍ形成した。

【００５４】このようにして下地皮膜６１１上に、厚さ
０．１μｍのＳｉＮ層を成膜した。この成膜を試料１，
０００枚数に対して連続的に行なっても異物の発生は見
られなかった。しかし、比較例として下地皮膜６１１に
塑性変形４０％のＴｉ系合金を形成した場合には、Ｓｉ
Ｎ層の成膜試料枚数が５０枚目から異物の発生がみられ
た。また、下地皮膜６１１を形成しない場合には、さら
に早く１０枚目から異物の発生がみられた。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明により、所期
の目的を達成することができた。すなわち、プラズマ処
理による成膜中の剥離異物の発生を飛躍的に低減するこ
とができ、それによって不良製品の作り込みの防止およ
び装置の全掃頻度低減による稼働率の向上の面で大きな
効果ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための、結晶粒径の異
なる下地膜上に形成された高融点付着膜のウエハ温度に
対する残留応力の熱履歴特性曲線図。

【図２】下地膜の影響による付着膜膜厚変化に対する残
留応力の傾向を示す特性図。

【図３】下地膜による残留応力緩和を助長するエンボス
形状の効果を示す特性図。

【図４】エンボス上に堆積された付着膜の有効限界膜厚
を示す断面模式図。

【図５】エンボス形状のモデルと残留応力緩和皮膜の変
形モデルを示す断面模式図。

【図６】本発明の一実施例となるスパッタリング成膜装
置の概略断面図。

【図７】本発明の実施例で得られた成膜工程における異
物発生抑制効果を示す特性図。

【符号の説明】

４０１…不要付着膜、４０２…残留応力緩和皮膜、４０３…エンボス形状を有した防着板、５０１…残留応力緩和皮膜の初期形状のモデル、５０２…エンボス形状のモデル、５０３…残留応力緩和皮膜の塑性変形後の形状のモデ
ル、６０１…成膜対象基板、６０２…チャンバ、６０３…試料ホルダ、６０５…スパッタ電極、６０６…スパッタリングターゲット、６０７…プラズマ、６０８…クランプリング、６０９…防着シールド板、６１０…絶縁物、６１１…残留応力緩和下地皮膜。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｃ (72)発明者志田啓之東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ処理室内に配設した真空部材のプ
ラズマ処理により不要な付着膜が堆積する領域に、付着
膜が基準膜厚まで堆積するまで付着膜との間に生じる残
留応力成分を、それ自身の塑性歪の発生によって付着膜
との接合界面の剥離強さを越えないように緩和すること
で残留応力による付着膜の剥離発生を防止する下地皮膜
を配設して成るプラズマ処理による薄膜形成装置。
【請求項２】請求項１記載の薄膜形成装置において、真
空部材の下地皮膜が２μｍ以下の結晶粒組織で構成さ
れ、３００℃以下において真空部材の降伏応力以下で、
さらに不要付着膜と下地皮膜との間、及び下地皮膜と真
空部材の間の接合界面の剥離強さ以下の応力で降伏し、
破断もしくは亀裂発生に至るまでの伸びが粒界滑りによ
る塑性変形によって５０％以上を示す下地皮膜で構成し
て成る薄膜形成装置。
【請求項３】真空部材のプラズマ処理により不要な付着
膜が堆積する領域に防着シールド板が配設され、この防
着シールド板はその表面に所定の結晶粒径に制御された
下地皮膜を有して成る請求項１もしくは２記載の薄膜形
成装置。
【請求項４】下地皮膜が少なくともＡｌもしくはＺｎの
超塑性合金で構成されて成る請求項１乃至３のいずれか
一つに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】不要付着膜と皮膜の接合界面の剥離強さ
と、不要付着膜に対する基準膜厚における接合界面の残
留応力と、皮膜の歪速度の応力依存性とによって計算さ
れる付着膜との接合界面の剥離強さ以下に緩和するため
に要した塑性歪による皮膜の表面積の増加分もしくは減
少分を、凹部と凸部での膜厚変化により代償させるよう
に皮膜形成時の膜厚に対して設計された表面凹凸の間隔
及び形状を有する真空部材で処理室内の少なくともプラ
ズマ処理により不要な付着膜が堆積する領域を構成して
成る薄膜形成装置。
【請求項６】プラズマ処理による薄膜形成装置を、スパ
ッタ成膜装置で構成して成る薄膜形成装置。
【請求項７】プラズマ処理による薄膜形成装置を、Ｐ−
ＣＶＤ成膜装置で構成して成る薄膜形成装置。
【請求項８】プラズマ処理室内に配設した真空部材のプ
ラズマ処理により不要な付着膜が堆積する領域に、付着
膜が基準膜厚まで堆積するまで付着膜との間に生じる残
留応力成分を、それ自身の塑性歪の発生によって付着膜
との接合界面の剥離強さを越えないように緩和すること
で残留応力による付着膜の剥離発生を防止する下地皮膜
を配設するに際し、下地皮膜の形成材料となるスパッタ
リングターゲットを少なくともＡｌもしくはＺｎの超塑
性合金で構成し、スパッタリング成膜処理によって所定
膜厚の下地膜を形成する工程を有して成るプラズマ処理
による薄膜形成方法。
【請求項９】下地膜を形成する工程において、下地膜の
結晶粒径を制御する工程を有して成る請求項８記載のプ
ラズマ処理による薄膜形成方法。
【請求項１０】基板ホルダ上にダミー基板を載置し、真
空部材のプラズマ処理により不要な付着膜が堆積する領
域にスパッタリング処理によって下地皮膜を形成する工
程と、基板ホルダ上に正規の基板を載置し、スパッタリ
ングターゲットを替えて所定膜厚の付着膜をプラズマ処
理により成膜する工程とを有して成る請求項８もしくは
９記載のプラズマ処理による薄膜形成方法。