JPH09310187A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャッキング機構の影響を排して加工対象と
なる基板近郷の空間領域における電位を均一にすること
で、エッチングおよび成膜処理を同一ポジションで行う
ことのできるスパッタ装置を提供する。 【解決手段】 接地された導電性材料からなるカバー部
材２１で、チャッキング機構１０の基板押さえ部１１を
覆う。基板Ｗおよびその周辺部だけは露出させるように
カバー部材２１には開口部２１０を設けておく。エッチ
ングおよび成膜処理は、該開口部２１０を通して行う。
チャッキング機構との干渉を避けるため、カバー部材２
１はその高さ位置を変更可能にしておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本装置は成膜用のスパッタ装
置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】薄膜を形成する方法として、従来からス
パッタリング技術が知られている。何らかの膜が付いた
基板に薄膜を成膜する場合、良質な薄膜を得るために
は、成膜前に前記膜付き基板の表面をエッチングする必
要がある。そのため、従来の枚葉式やインライン方式の
スパッタ装置では、成膜処理を行うチャンバとは別にエ
ッチング処理を行うためのチャンバを設け、両チャンバ
を接続していた。エッチング処理後の基板は、成膜処理
を行うチャンバにまで搬送されここで成膜処理が行われ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スパッタ装置は、種々
の材料の薄膜化手段の一つとして、各方面でニーズが高
まっている。特に最近は、より薄い膜を再現よく形成す
る為に、従来のメッキ法にかわって、このスパッタリン
グ技術は重要になっている。しかし、上記従来装置に
は、このようなニーズに十分応えてはいなかった。

【０００４】例えば、上記従来装置では、成膜とエッチ
ングとを別のチャンバで行っているため、装置が複雑で
生産効率が悪いという問題があった。さらにエッチング
してから成膜するまでに無駄な時間がかかりエッチング
した面がベストの状態ではなくなってしまうという問題
があった。

【０００５】生産効率を高めるには、スパッタ装置にも
加工対象となる基板の自動交換が可能なチャッキング機
構を採用することが必須となる。また、一カ所でエッチ
ングと成膜とを行ってしまうことが好ましい。

【０００６】しかし、上述したチャッキング機構をスパ
ッタ装置に採用した場合、エッチング分布が不均一にな
ってしまうという問題があった。また、バッチ式のスパ
ッタ装置を用いれば、成膜とエッチングとを同一ポジシ
ョンで行うことができる。しかし、バッチ式のスパッタ
装置では、基板を交換する度毎にチャンバを大気に暴露
しなければならない。そして、その度毎に、チャンバ内
一定の圧力まで排気しなければならず、結局、生産効率
が低かった。

【０００７】本発明は、処理室を大気開放することなく
同一チャンバ内の同一ポジションで、複数の基板を連続
して、エッチングと成膜を実施できるスパッタ装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、チャッキ
ング機構を採用した場合になぜエッチング分布が不均一
になってしまうのかを様々な角度から検証した。その結
果、チャッキング機構の存在自体が基板に対応した空間
領域における電位を不均一にしてしまうことにその原因
があるとの結論に達した。つまり、基板を受け渡す機構
との関係で、チャッキング機構は非対称にならざるをえ
ない。このようなチャッキング機構によって基板を保持
した状態でエッチングを行った場合、基板周辺の空間領
域における電位も不均一になり、その影響を受けてエッ
チング分布も悪くなってしまう。本発明はこのような知
見に基づいてなされたものであり、チャッキング機構に
よる影響を抑え基板の被加工面に対応した領域における
電位を均一にすることで、チャッキング機構によって基
板を保持した状態でのエッチングを可能とした。本発明
の具体的な構成を述べれば以下の通りである。

【０００９】真空容器内にターゲット電極と基板電極と
を対向配置し、これらの電極間を放電させることで、前
記ターゲット電極をスパッタリングしてスパッタ粒子を
前記基板電極に接して保持された基板に堆積させて成膜
するスパッタ装置において、前記基板を保持するチャッ
キング機構と、前記チャッキング機構に保持されている
前記基板の被加工面に対応する空間領域おける電位を均
一にする電位均一化手段とを有することを特徴とするス
パッタ装置が提供される。

【００１０】前記電位均一化手段は、前記チャッキング
機構に保持された基板を露出させつつ前記チャッキング
機構の少なくとも一部を覆う、導電性を備え接地された
カバー部材を含んで構成されることが好ましい。

【００１１】前記カバー部材は、前記チャッキング機構
に保持された基板に対応する領域に設けられた円形の開
口部を備えていることが好ましい。

【００１２】前記電位均一化手段は、さらに、動力を発
生させる動力機構と、前記動力機構によって発生された
動力によって前記カバー部材の位置および／または姿勢
を変更する作動機構とを有することが好ましい。

【００１３】前記チャッキング機構は、前記動力機構の
発生する動力によって作動されるものであることが好ま
しい。

【００１４】作用を説明する。

【００１５】チャッキング機構は、別途用意された搬送
装置等によって運ばれてきた基板を、基板電極に接した
状態で保持する。

【００１６】電位均一化手段はチャッキング機構に保持
されている基板の被加工面に対応する空間領域おける電
位を均一にする。例えば、導電性を備え接地されたカバ
ー部材によって、チャッキング機構の少なくとも一部を
覆うことで電位を均一にできる。加工対象となる基板は
円形であることが多いため、カバー部材には円形の開口
部を設けここから基板電極などを露出させておく。エッ
チングは、該開口部を通じて行う。この場合、基板の被
加工面に対応する空間領域おける電位は均一にされてい
るため、エッチング分布は均一になる。成膜処理も同様
に、該開口部を通じて行う。この場合、基板の位置等を
変える必要はなく、エッチングと成膜処理とを連続して
行うことができる。

【００１７】作動機構によって、カバー部材の位置およ
び／または姿勢を変更すれば、チャッキング機構および
基板を搬送してくる搬送装置等との干渉を防ぎつつ、基
板とカバー部材との間隔をより小さくできる。両者の間
隔が小さいほど電位をより均一にできるため、エッチン
グ分布をより均一にできる。

【００１８】電位均一化手段の動力機構によってチャッ
キング機構も作動させれば、装置構成が簡略化できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２０】該実施形態の枚葉式スパッタ装置の構成を
図１に示した。

【００２１】処理室１，搬送室２および仕込取出室３
は、真空チャンバにより構成されている。そして、これ
らは仕切弁５ａ，５ｂを介して互いに平面的に接続され
ている。仕込取出室３にセットされた基板は、搬送室２
に設置されている真空搬送ロボット４により処理室１へ
運ばれる。又、処理を終えた基板は真空搬送ロボット４
により仕込取出室３に戻される。

【００２２】処理室１の詳細を図２を用いて説明する。

【００２３】処理室１は、ターゲット電極８、基板電極
７、絶縁物９ａ，９ｂ、チャッキング機構１０、エッチ
ング分布改善機構２０、昇降機構３０を備えている。

【００２４】チャッキング機構１０は、基板押え部１
１、絶縁物１２、シャフト１３、及びバネ１４により構
成されている。通常の状態では、バネ１４により、シャ
フト１３はスリーブ１５に沿って上に押し上げられてい
るため、チャッキング機構１０は着状態、即ち、基板押
さえ部１１が基板電極７に押しつけられた状態となって
いる。この時、基板押さえ部１１の上に基板Ｗが載せら
れていれば、該基板Ｗは基板押さえ部１１と基板電極７
との間に挟まれて保持される。該着状態において、シャ
フト１３をスリーブ１５に沿って下に押し下げること
で、チャッキング機構１０は脱状態、即ち、基板押さえ
１１が基板電極７から離れた状態となる。基板Ｗを実際
に保持している状態からこの脱状態に移ると、基板Ｗは
自重にて基板電極７から離れ、基板押さえ１１に載った
まま該基板押さえ１１とともに下がる。シャフト１３の
押し下げは、エッチング分布改善機構２０の後述する当
接部２７を介して昇降機構３０によってなされる。な
お、絶縁物１２は、基板押え部１１とシャフト１３とを
電位的に切離している。

【００２５】エッチング分布改善機構２０は、基板Ｗの
被加工面に対応した空間領域（図３における斜線領域）
における電位を均一にするためのものである。本実施形
態のエッチング分布改善機構２０は、接地された導電性
の部材（後述するカバー部材２１）によってチャッキン
グ機構１０等を覆うことで、上述した電位の均一化を図
っている。

【００２６】カバー部材２１は、導電性の材料から成
り、その中央には基板Ｗを露出するための開口部２１０
が開けられている。カバー部材２１は、この開口部２１
０が基板Ｗに対応した位置にくるように支持されてい
る。基板Ｗへのエッチング，成膜は、この開口部２１０
を通して行われる。この開口部２１０の形状は、加工対
象となる基板Ｗの形状（通常は、円形）にあわせる。開
口部２１０の大きさは、電位の均一化機能という観点か
らは大きい方がよい。但し、このカバー部材２１は、電
位の均一化の役割の他に、成膜時に各機構部に成膜分子
が固着し当該機後部が動作不能になるのを防ぐための役
割（防護機能）も負っている。この防護機能の観点から
は、開口部２１０は小さい方がよい。従って、本実施形
態では、両機能（電位の均一化機能、防護機能）の効果
を勘案し、該開口部２１０の大きさを基板Ｗよりも多少
大きい程度にしている（図４参照）。カバー部材２１は
接地されているため、該カバー部材２１にイオンが当た
っても該カバー部材２１が帯電することはない。

【００２７】エッチング分布改善機構２０はさらにカバ
ー部材２１の高さ位置を変更するための機構として、シ
ャフト２３、バネ２４、支持部２６ａ，ｂ、当接部２７
を備えている。支持部２６ａ，ｂはカバー部材２１、シ
ャフト２３および当接部２７と連結されており、これを
昇降機構３０によって作動させることで、カバー部材２
１の高さ位置を変更するようになっている。つまり、支
持部２６が押し下げられると、カバー部材２１は下が
る。この時、シャフト２３もスリーブ２５に沿って下が
り、シャフト２３に取り付けられているバネ２４が圧縮
される。このバネ２４が元に戻ろうとする力がカバー部
材２１を押し上げる際の動力となる。

【００２８】昇降機構３０は、チャッキング機構１０お
よびエッチング分布改善機構２０を作動させるための機
構である。昇降機構３０は、モータ３４の回転力をベル
ト３３によりボールネジ３２へ伝え、さらに、ボールネ
ジ３２の回転力を昇降部３１の昇降動作に変えている。

【００２９】通常は、バネ２４，１４の力によって、基
板押さえ部１１およびカバー部材２１は上に上がってい
る。以下、このように基板押さえ部１１とカバー部材２
１との両方が上がっている状態を“状態Ａ”と呼ぶこと
にする。

【００３０】この状態Ａから昇降部３１を下降させて、
バネ２４を圧縮しつつ当接部２７がシャフト１３の上端
に接する位置にまでカバー部材２１を押し下げる。この
時、バネ１４は圧縮されておらず、基板押さえ部１１は
上がったままの状態を保っている。以下、この状態を
“状態Ｂ“と呼ぶ。

【００３１】状態Ｂからさらに昇降部３１を下降させる
と、カバー部材２１はさらに押し下げられる。また、こ
れに伴って当接部２７が基板押さえ部１１を押し下げて
いる。以下、この状態を”状態Ｃ“と呼ぶ。この状態Ｃ
では、バネ２４及びバネ１４の両方が圧縮されている。

【００３２】このように状態Ａから昇降部３１を下げて
ゆくことで、チャッキング機構１０およびエッチング分
布改善機構２０の状態を、状態Ａ→状態Ｂ→状態Ｃと順
次変更してゆくことができる。また、状態Ｃから昇降部
を上げてゆけば、バネ１４，２４の力によって、チャッ
キング機構１０およびエッチング分布改善機構２０の状
態を、状態Ｃ→状態Ｂ→状態Ａと戻せるようになってい
る。

【００３３】ターゲット電極８に交流を印加するための
回路等も当然備えている。また、バイアススパッタを可
能とするため、基板電極７に交流を印加するための回路
等を備えている。例えば、絶縁物９ａ，９ｂは、基板電
極７、ターゲット電極８をチャンバ等から絶縁してい
る。

【００３４】なお、特許請求の範囲において言う“電位
均一化手段”とは、本実施形態におけるエッチング分布
改善機構２０、昇降機構３０に相当する。“カバー部
材”とは、カバー部材２１に相当する。“作動機構”と
は、支持部２６ａ，ｂ、シャフト２３、バネ２４等に相
当する。“動力機構”とは、昇降機構３０に相当する。

【００３５】次に、基板Ｗの受け渡し動作を説明する。

【００３６】枚葉式スパッタ装置は、あらかじめ全室真
空状態とされているものとする。また、仕込取出室３に
は、あらかじめ基板Ｗがセットされているものとする。

【００３７】仕切弁５ａを開け、搬送室２から処理室１
に基板Ｗを搬送する。この時、各機構はあらかじめ状態
Ｃ（すなわち、基板押さえ部１１およびカバー部材２１
を下げた状態）としておく。真空搬送ロボット４は基板
Ｗを載せたアームを伸ばし、基板Ｗを基板電極７の真下
に位置させた状態で停止する。そして、そのまま基板押
さえ部１１を上昇させて状態Ｂとする。この状態におい
て、チャッキング機構１０は基板押さえ部１１によって
基板Ｗを基板電極７に押しつけることで基板Ｗを保持し
ている。なお、カバー部材２１は下がっているため、該
カバー部材２１が真空搬送ロボット４のアーム等と干渉
することはない。

【００３８】この後は、真空搬送ロボット４のアームを
縮めてから、仕切弁５ａを閉める。そして、各機構を状
態Ａとする。つまり、カバー部材２１を上昇させて、カ
バー部材２１と基板Ｗとの間隔を狭める。そして、この
状態で基板電極７に電位をかけて基板Ｗのエッチングを
行う。この場合、チャッキング機構１０の存在による影
響はカバー部材２１によって抑えられており、基板Ｗの
被加工面に対応した空間領域における電位は均一になっ
ている。従って、エッチング分布は均一になる。特に、
本実施形態のエッチング分布改善機構２０は、カバー部
材２１の位置を変更可能にしているため、チャッキング
機構１０との機械的な干渉を生じることなく、エッチン
グ処理時におけるカバー部材２１と基板Ｗとの間隔を狭
くすることができる。従って、カバー部材２１が固定さ
れその位置変更ができないようになっている場合に較べ
て、電位をより均一に（すなわち、バイアス分布をより
均一に）できる。

【００３９】エッチングの後は、ターゲット電極８に電
位をかけて成膜を行う。この場合、必要に応じて、基板
電極７とターゲット電極８とのそれぞれに別の電位をか
ければ、バイアススパッタによる成膜も可能である。

【００４０】成膜処理後は、仕切弁５ａを開けるととも
に、カバー部材２１を下降させる（状態Ｂ）。そして、
真空搬送ロボット４のアームを伸ばし、当該アームの基
板保持部を基板電極７の真下で停止させる。そのまま、
基板押さえ部１１を下降させれば（状態Ｃ）、基板Ｗは
アームにのせられることになる。この後、真空搬送ロボ
ット４はアームを縮めて加工済みの基板Ｗを仕込取出室
３に戻す。加工済みの基板Ｗが運び出された後、仕切弁
５ａは閉じられて、処理室１は待機状態になる。

【００４１】以上説明した実施形態では、チャッキング
機構などの影響を抑え基板近傍の空間領域での電位を均
一にできる。そのため、チャッキング機構によって基板
を同一ポジションに保持したままの状態で、エッチング
と成膜処理とを行うことができる。しかも、基板は、搬
送装置によって自動的に交換可能であるため、装置稼働
率および生産効率が高い。

【００４２】基板を交換する度毎に処理室を大気に開放
する必要がないため、処理条件を一定に保つことが容易
である。そのため、プロセスが安定化し、良好な膜が安
定して得られる。つまり、信頼性が高い。

【００４３】なお、上記実施形態では、チャッキング機
構および真空搬送装置のアームとの干渉を避けるために
カバー部材２１の位置だけを変更していた。しかし、姿
勢を、あるいは、位置と姿勢との両方を、変更するよう
にしてもよい。あるいは逆に、チャッキング機構等の構
成によっては、干渉の恐れがない場合もある。このよう
な場合には、カバー部材の位置、姿勢を変更するための
機構は不要である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、処
理室を大気に開放することなく、同一ポジションで連続
してエッチングと成膜ができる。従って、以下のような
効果が得られる。

【００４５】１）装置稼動率の大幅な向上 ２）膜質の安定化 ３）信頼性の向上 ４）製品の歩留り向上

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である枚葉式スパッタ装置の
構成図である。

【図２】処理室１内の各機構構成を示す図である。

【図３】基板Ｗの被加工面に対応する空間領域を示す図
である。

【図４】カバー部材２１およびその周辺部を図２におけ
る下側から見た様子を模式的に示した図である。

【符号の説明】

１…処理室、 ２…搬送室、 ３…仕込取出室、 ４…
真空搬送ロボット、 ５…仕切弁、 ７…基板電極、
８…ターゲット、 ９…絶縁物、 １０…チャッキング
機構、 １１…基板押え部、 １２…絶縁物、 １３…
シャフト、 １４…バネ、 １５…スリーブ、 ２０…
エッチング分布改善機構、 ２１…カバー部材、 ２３
…シャフト、 ２４…バネ、 ２５…スリーブ、 ２６
…保持部、２７…当接部、 ３０…昇降機構、 ３１…
昇降部、 ３２…ボールネジ、３３…ベルト、 ３４…
モータ、 ２１０…開口部、 Ｗ…基板

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｎ 21/68 21/302 Ｂ (72)発明者 田中 健 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内にターゲット電極と基板電極と
   を対向配置し、これらの電極間を放電させることで、前
   記ターゲット電極をスパッタリングしてスパッタ粒子を
   前記基板電極に接して保持された基板に堆積させて成膜
   するスパッタ装置において、 前記基板を保持するチャッキング機構と、 前記チャッキング機構に保持されている前記基板の被加
   工面に対応する空間領域おける電位を均一にする電位均
   一化手段とを有すること、 を特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】前記電位均一化手段は、前記チャッキング
   機構に保持された基板を露出させつつ前記チャッキング
   機構の少なくとも一部を覆う、導電性を備え接地された
   カバー部材を含んで構成されること、 を特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
3. 【請求項３】前記カバー部材は、前記チャッキング機構
   に保持された基板に対応する領域に設けられた円形の開
   口部を備えていること、 を特徴とする請求項２記載のスパッタ装置。
4. 【請求項４】前記電位均一化手段は、さらに、 動力を発生させる動力機構と、 前記動力機構によって発生された動力によって前記カバ
   ー部材の位置および／または姿勢を変更する作動機構
   と、 を有することを特徴とする請求項３記載のスパッタ装
   置。
5. 【請求項５】前記チャッキング機構は、前記動力機構の
   発生する動力によって作動されるものであること、 を特徴とする請求項５記載のスパッタ装置。