JPH1187245A

JPH1187245A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH1187245A
Application number: JP1634798A
Authority: JP
Inventors: Masahito Ishihara; 雅仁石原; Hajime Sahase; 肇佐長谷; Nobuyuki Takahashi; 信行高橋
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-03-30
Anticipated expiration: 2018-01-12
Also published as: JP4185179B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】品質の良いスパッタリング成膜が行える実用
的なスパッタリング装置を提供する。【解決手段】排気系２１を備えた処理チャンバー２内
に配置されたターゲット２１と基板ホルダー２４との間
のスパッタリング粒子飛行空間を取り囲むようにして筒
状の防着シールドが備えられる。基板ホルダー２４は移
動機構２８によって成膜処理の合間に移動されて防着シ
ールド２７から遠ざけられ、スパッタリング粒子飛行空
間の排気の際のコンダクタンスが向上する。移動機構２
８は成膜処理中にも駆動され、ターゲット２２１と基板
Ｓとの距離が変化して基板Ｓに堆積する薄膜の膜厚分布
が均一になる。基板ホルダー２４は基板Ｓを加熱するヒ
ータを内蔵し、金属からなる複数のブロックが拡散接合
によって熱伝導性及び気密性良く接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、各種半導体デ
バイスの製作において配線用金属材料の成膜等のために
使用されるスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスの製作においては、
配線用金属材料の成膜等のためにスパッタリング装置が
使用されている。例えば、各種ＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）のコンタクト部に形成されたコンタクトホール
内に金属材料を埋め込んで配線する工程では、スパッタ
リングによってコンタクトホール内にアルミニウム膜を
堆積させながら基板を高温に加熱し、アルミニウムのリ
フローによってコンタクトホール内をアルミニウムで埋
め込み配線している。また、コンタクトホールに埋め込
まれる金属配線材料と下地半導体との相互拡散による汚
損を防止するため、金属配線材料と下地半導体との間に
拡散防止膜を薄く堆積させることも行われている。この
拡散防止膜は、例えばチタン薄膜の上に窒化チタン薄膜
を積層した構造が採用され、同じくスパッタリングによ
って作成される場合が多い。

【０００３】図９は、このようなスパッタリングを行う
従来のスパッタリング装置の概略構成を示した正面図で
ある。図９に示すスパッタリング装置は、排気系２１を
備えた処理チャンバー２と、処理チャンバー２内に被ス
パッタリング面が露出するように配置されたターゲット
２２１を有するカソード２２と、カソード２２に電力を
与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電源２
２２と、カソード２２を臨む処理チャンバー２内の放電
空間に所定のガスを導入するガス導入手段２３と、スパ
ッタリングされたターゲット２２１の材料が到達する処
理チャンバー２内の所定位置に基板Ｓを配置するための
基板ホルダー２４と、基板ホルダー２４を加熱すること
で間接的に基板Ｓを加熱するヒータ２５と、基板ホルダ
ー２４に高周波電圧を印加して基板Ｓに自己バイアス電
圧を誘起させる高周波電源２６と、カソード２２と基板
ホルダー２４との間のスパッタリング粒子飛行空間を取
り囲むようにして設けられた筒状の防着シールド２７
と、基板ホルダー２４に載置された基板Ｓを周縁を押圧
して基板Ｓが動かないようにするクランプ９から主に構
成されている。

【０００４】図９に示す装置において、カソード２２
は、前側（基板ホルダー２４の側）にターゲット２２１
を備えている。ガス導入手段２３によって処理チャンバ
ー２内に導入されたガスは、カソード電源２２２によっ
て与えられた電力によって電離し、ターゲット２２１の
前方の放電空間にスパッタリング放電が生じる。このス
パッタリング放電によってターゲット２２１がスパッタ
リングされ、スパッタリングによって放出されたターゲ
ット２２１の材料の粒子（通常は原子。以下、スパッタ
リング粒子と呼ぶ。）が基板Ｓに到達してターゲット２
２１の材料の薄膜を堆積する。

【０００５】また、ヒータ２５は、赤外線ランプ等の輻
射加熱ヒータであり、処理チャンバー２内の基板ホルダ
ー２４の下側の位置に配置されている。そして、高周波
電源２６は、基板ホルダー２４に高周波電圧を印加し、
放電によって形成されたプラズマと高周波との相互作用
により、基板Ｓに負の自己バイアス電圧を与える。負の
自己バイアス電圧によってプラズマ中から正イオンが効
率よく引き出されて基板Ｓに入射し、成膜のエネルギー
に利用される。

【０００６】尚、カソード２２と基板ホルダー２４との
間に設けられた防着シールド２７は、ターゲット２２１
からのスパッタリング粒子が基板Ｓ以外の不必要な場所
に付着するのを効果的に防止する。例えば、処理チャン
バー２の内壁面等にスパッタリング粒子が付着すると、
所定の厚さに成長した後、内部ストレスによって剥離
し、処理チャンバー２内をパーティクルとなって浮遊す
る。このパーティクルが基板Ｓに付着すると、局所的な
膜厚異常や配線のショート等の欠陥を招く恐れがある。
防着シールド２７は、上記のような問題を効果的に防止
している。この防着シールド２７は、処理チャンバー２
の不必要な場所へのスパッタリング粒子の付着を防止す
るため、カソード２２と基板ホルダー２４との間のスパ
ッタリング粒子飛行空間をできるだけくまなく取り囲む
ことが好ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記構成に係る従来の
スパッタリング装置において、品質の良い薄膜を作成す
るには、成膜中の基板の温度管理が重要であるが、従来
の装置では、基板ホルダーの下側に配置されたヒータに
よって間接的に温度制御しているため、温度制御の精度
が悪かった。また、ヒータが真空中に露出しているた
め、ヒータからの脱ガスが基板の汚損の原因となる場合
があった。本願の発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、品質の良いスパッタリング
成膜が行える実用的なスパッタリング装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた処理
チャンバーと、処理チャンバー内に被スパッタリング面
が露出するように配置されたターゲットを有するカソー
ドと、カソードに電力を与えてスパッタリング放電を生
じさせるカソード電源と、スパッタリングされたターゲ
ットの材料が到達する処理チャンバー内の所定位置に基
板を配置するための基板ホルダーとを備えたスパッタリ
ング装置であって、前記基板ホルダーは、基板を加熱す
るヒータを内蔵した加熱ブロックを含む同種又は異種の
金属からなる複数のブロックを有し、当該複数のブロッ
クは、拡散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合さ
れているという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項２記載の発明は、セパレーションチャン
バーを介して加熱チャンバーとスパッタチャンバーとが
気密に接続され、加熱チャンバーで基板を所定の温度に
加熱した後、スパッタチャンバーで基板にスパッタリン
グによる成膜が行われるマルチチャンバータイプのスパ
ッタリング装置であって、前記加熱チャンバーは、基板
が載置される加熱ステージを備え、この加熱チャンバー
は、基板を加熱するヒータを内蔵した加熱ブロックを含
む同種又は異種の金属からなる複数のブロックを有し、
当該複数のブロックは、拡散接合によって熱伝導性及び
気密性良く接合されているという構成を有する。また、
上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、セパ
レーションチャンバーを介してスパッタチャンバーと冷
却チャンバーとが気密に接続され、スパッタチャンバー
内で基板にスパッタリングによる成膜が行われた後に、
冷却チャンバーで基板を所定の温度に冷却するマルチチ
ャンバータイプのスパッタリング装置であって、前記冷
却チャンバーは、基板が載置される冷却ステージを備
え、この冷却チャンバーは、基板を冷却する冷媒が流通
される冷却ブロックを含む同種又は異種の金属からなる
複数のブロックを有し、当該複数のブロックは、拡散接
合によって熱伝導性及び気密性良く接合されていること
を特徴とするスパッタリング装置。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、本願発明の実施形態に係るスパ
ッタリング装置の概略構成の一例を示す平面図である。
図１に示すスパッタリング装置は、マルチチャンバータ
イプの装置であり、中央に配置されたセパレーションチ
ャンバー１と、セパレーションチャンバーの周囲に設け
られた複数の処理チャンバー２，３，４及び二つのロー
ドロックチャンバー５とからなるチャンバー配置になっ
ている。各チャンバー１，２，３，４，５は、専用又は
兼用の排気系によって排気される真空容器であり、各チ
ャンバー１，２，３，４，５同士の接続個所には不図示
のゲートバルブが設けられている。セパレーションチャ
ンバー１内には搬送ロボット１１が設けられている。搬
送ロボット１１は、一方のロードロックチャンバー５か
ら基板Ｓを一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２に送
って順次処理を行うようになっている。そして、最後の
処理を終了した後、他方のロードロックチャンバー５に
戻すようになっている。処理チャンバーの一つは、スパ
ッタチャンバー２として構成される。また、他の処理チ
ャンバーの一つは、スパッタリングの前に基板Ｓを加熱
する加熱チャンバー３として構成され、さらに他の処理
チャンバーの一つは、スパッタリング後に基板Ｓを冷却
する冷却チャンバー４等として構成される。図２は、図
１に示すスパッタチャンバー２の概略構成を説明する正
面図、図３は、図２に示すスパッタチャンバー２内に配
置された基板ホルダー２４の概略構成を示す正面断面
図、図４は図３に示す基板ホルダー２４内に埋設された
ヒータ２５の構成を説明する平面図、図５は図３に示す
基板ホルダー２４を構成する冷却ブロック２４４の構成
を説明する平面図、図６は図３に示す基板ホルダー２４
の詳細を示す部分断面概略図である。

【００１０】図２に示すスパッタチャンバー２は、内部
を排気する排気系２１と、スパッタチャンバー２内に被
スパッタリング面が露出するように配置されたターゲッ
ト２２１を有するカソード２２と、カソード２２に電力
を与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電源
２２２と、カソード２２を臨むスパッタチャンバー２内
の放電空間に所定のガスを導入するガス導入手段２３
と、スパッタリングされたターゲット２２１の材料が到
達するスパッタチャンバー２内の所定位置に基板Ｓを配
置するための基板ホルダー２４と、基板ホルダー２４内
に設けられた不図示ヒータ２５と、基板ホルダー２４に
高周波電圧を印加して基板Ｓに自己バイアス電圧を誘起
させる不図示高周波電源２６と、カソード２２と基板ホ
ルダー２４との間のスパッタリング粒子飛行空間を取り
囲むようにして設けられた筒状の防着シールド２７とを
備えている。

【００１１】カソード２２は、マグネトロン放電のため
の磁石機構２２３と、磁石機構２２３の前側に配置され
たターゲット２２１とから構成されている。磁石機構２
２３は、中心に配置された柱状の中心磁石２２４と、中
心磁石２２４を取り囲むリング状の周辺磁石２２５と、
中心磁石２２４と周辺磁石とを繋ぐヨーク２２６とから
構成されている。中心磁石２２４の前面と周辺磁石２２
５の前面とは互いに異なる磁極になっており、図２に示
すようなアーチ状の磁力線２２７がターゲット２２１を
貫いて設定されるようになっている。カソード電源２２
２がカソード２２を介して放電空間に設定する電界は、
アーチ状の磁力線２２７の頂点付近で磁界と直交する。
このため、形成されるスパッタリング放電において、電
子はマグネトロン運動を行うようになり、マグネトロン
放電が達成される。

【００１２】次に、本実施形態の装置の大きな特徴点を
成す基板ホルダー２４の構成について、図３、図４、図
５及び図６を使用して説明する。図３に示す基板ホルダ
ー２４は、上面に基板Ｓが載置される部材である静電吸
着ブロック２４１と、静電吸着ブロック２４１の下側に
設けられた導熱ブロック２４２と、導熱ブロック２４２
の下側に設けられた加熱ブロック２４３と、加熱ブロッ
ク２４３の下側に設けられた冷却ブロック２４４とから
主に構成されている。

【００１３】静電吸着ブロック２４１は、後述する静電
吸着機構２４６により上面に静電気を誘起して基板Ｓを
静電吸着するものである。この静電吸着ブロック２４１
は、アルミナ等の誘電体で形成されている。静電吸着ブ
ロック２４１は、基板Ｓ（本実施形態ではほぼ円形の半
導体ウェーハ）よりも少し径の小さい例えば円盤状であ
る。

【００１４】導熱ブロック２４２は、加熱ブロック２４
３からの熱を効率よく基板Ｓに伝えるためのものであ
り、銅等の熱伝導効率の良い材料で形成されている。こ
の導熱ブロック２４２は、基板Ｓよりも少し径の大きい
例えば円盤状である。

【００１５】加熱ブロック２４３は、導熱ブロック２４
２と同じ径の例えば円盤状であり、材質的にはステンレ
ス製である。そして、この導熱ブロック２４２の下端面
には、ヒータ２５が埋設されている。ヒータ２５は、本
実施形態ではシースヒータが採用されている。即ち、内
部に抵抗発熱電線を埋め込んだ棒状の発熱体をほぼ円環
状に形成したヒータ２５が採用されている。ヒータ２５
が設けられる部分には、ヒータ２５の形状に合わせて加
熱ブロック２４３の下面に溝が形成されている。そし
て、ヒータ２５はこの溝の内部に填め込まれて設けられ
ている。また、ヒータ２５と溝の壁面との間は熱伝導性
の良いニッケル等の材料でロー付けされている。そし
て、発熱ブロックの下側には、蓋板２５０が設けられて
おり、ヒータ２５が設けられた発熱ブロックの下端面を
塞いでいる。このため、ヒータ２５は真空雰囲気に露出
することはなくなっている。

【００１６】また、図４に示す通り、上記ほぼ円環状の
ヒータ２５は、基板ホルダー２４の中心軸に対して同軸
円周状に複数設けられている。この複数のヒータ２５
は、中心軸よりに位置して直列につながれている第一の
群のヒータ２５Ａと、中心軸から遠い位置に位置して直
列につながれている第二の群のヒータ２５Ｂに分けられ
ている。そして、第一の群のヒータ２５Ａにつながれた
第一のヒータ電源２５１Ａと、第二の群のヒータ２５Ｂ
につながれた第二のヒータ電源２５１Ｂとは、独立して
制御されることが可能となっている。

【００１７】具体的に説明すると、成膜中の基板Ｓの温
度は、基板Ｓの中央部分において高くなり易く、基板Ｓ
の周辺部分で低くなり易い。このため、第二の群のヒー
タ２５Ｂへの供給電力を第一の群のヒータ２５Ａに比べ
て高くし、基板Ｓの面内温度分布がより均一になるよう
に制御する。

【００１８】また、図３に示す通り、冷却ブロック２４
４は、上記蓋板２５０に対して接触して設けられてい
る。冷却ブロック２４４も、導熱ブロック２４２と同じ
径の円盤状であり、材質的にはステンレス製である。こ
の冷却ブロック２４４内には、冷媒通路２４４１が形成
されている。冷媒通路２４４１は、図５に示す通り、基
板ホルダー２４の中心軸を中心にした複数の同心円周状
の形状の部分を繋いだ形状である。図３に示すように、
冷媒通路２４４１の一番中心軸よりの部分に冷媒導入口
２４４２が設けられ、一番外側の部分に冷媒排出口２４
４３が設けられている。従って、冷却ブロック２４４
は、周辺部分よりも中央部分が比較的効率よく冷却され
る。これは、前述したように、基板Ｓの中央部分の温度
が上がり易いためである。

【００１９】尚、図３に示すように、上記冷媒導入口２
４４２には、冷媒導入管２４４４が接続されている。ま
た、冷媒排出口２４４３には、冷媒排出管２４４５が接
続されている。そして、冷媒導入管２４４４と冷媒排出
管２４４５とを繋ぐようにしてサーキューレータ２４４
６が設けられている。サーキュレータ２４４６は、冷却
ブロック２４４との熱交換により加熱された冷媒を再び
冷却して冷媒導入管２４４４に送り出し、冷媒導入口２
４４２に一定の低い温度の冷媒を供給するよう構成され
ている。

【００２０】また、図３に示すように、基板ホルダー２
４には、基板Ｓの温度を測定する放射温度計２４５が設
けられている。具体的には、基板ホルダー２４の中央部
分を気密に貫通させるようにして計測管２４５１が設け
られている。計測管２４５１の先端は、静電吸着ブロッ
ク２４１の基板載置面の少し下方に位置している。ま
た、計測管２４５１の下端には、放射温度計２４５が接
続されている。放射温度計２４５は、基板Ｓの裏面から
の放射のみを検出するよう、その計測の見込み角が充分
小さく設定されている。

【００２１】次に、基板Ｓを静電吸着ブロック２４１に
吸着する静電吸着機構２４６について図６を使用して説
明する。図６は、図３とは異なる方向での断面図であ
る。静電吸着機構２４６は、静電吸着ブロック２４１内
に埋設された一対の吸着電極２４６１と、一対の吸着電
極２４６１間に直流電圧を印加する吸着電源２４６２と
から主に構成されている。一対の吸着電極２４６１は、
基板Ｓと平行な面内に配置されている。一対の吸着電極
２４６１は、中心部分を小さく円形にくりぬいて形成さ
れた円環状を二つに割ったような形状である。

【００２２】また、基板ホルダー２４には、吸着電極２
４６１に直流電圧を導入するための絶縁管２４６３が設
けられている。絶縁管２４６３の先端は、静電吸着ブロ
ック２４１内に達しており、その先端と吸着電極２４６
１とを繋ぐ接続体２４６４が気密に設けられている。そ
して、絶縁管２４６３の内部には、接続体２４６４に繋
がれた不図示の配線が設けられており、この配線が吸着
電源２４６２に繋がっている。接続体２４６４を介して
一対の吸着電極２４６１間に直流電圧が印加されると、
静電吸着ブロック２４１が誘電分極して基板載置面に静
電気が誘起し、基板Ｓが吸着されるようになっている。

【００２３】尚、一対の吸着電極２４６１に同じ負の直
流電圧を印加するようにしてもよい。吸着電極２４６１
が負の電圧になると、静電吸着ブロック２４１の表面に
は正電荷が誘起される。一方、後述するように、スパッ
タリング放電により形成されたプラズマと高周波との相
互作用により基板Ｓに負の自己バイアス電圧が与えられ
るから、静電吸着ブロック２４１の表面に正電荷を誘起
することで、基板Ｓを静電的に吸着することができる。
この場合は、一対の吸着電極２４６１でなく、一枚の吸
着電極２４６１でも良い。

【００２４】また、同様に図６を使用して、基板Ｓに自
己バイアス電圧を誘起する高周波電源２６について説明
する。本実施形態における高周波電源２６は、上記吸着
電極２４６１に高周波電圧を印加するよう構成されてい
る。即ち、従来のような基板ホルダー２４全体ではな
く、静電吸着ブロック２４１内の吸着電極２４６１にの
み高周波電圧を印加するよう構成されている。

【００２５】尚、高周波電源２６と基板ホルダー２４と
の間には、不図示のマッチングボックスが設けられる。
マッチングボックスは、マッチングボックスから負荷側
（基板ホルダー２４側）のインピーダンスを調整して、
反射波等を抑制する。また、吸着電源２４６２と基板ホ
ルダー２４との間には、高周波が吸着電源２４６２に到
達するのを防止する高周波フィルタ回路等が設けられ
る。

【００２６】上述した基板ホルダー２４の構成におい
て、各導熱ブロック２４２と加熱ブロック２４３及び加
熱ブロック２４３と冷却ブロック２４４の界面は、拡散
接合の手法によって接触性良く接合されている。拡散接
合は、二つの部材を当接させて数トン程度の圧力を加え
るとともに両者を１０００℃程度まで加熱することで接
合する手法である。この手法によると、両者の界面の接
触性や気密性が向上する上、処理チャンバー内に設けた
後の脱ガスが抑制される。このため、基板Ｓに対する温
度制御の精度向上や基板Ｓの汚損防止の効果に優れてい
る。

【００２７】例えば導熱ブロック２４２と加熱ブロック
２４３等をネジ止めによって固定する方法では、ネジ止
めの僅かな締め付け力の違いから熱容量な熱伝導性等の
熱的条件が変化する問題がある。例えば複数のネジでネ
ジ止めしている場合には、各ネジの締め付け力の僅かな
違いから熱伝導性にばらつきが生じて基板Ｓに対して均
一な加熱ができなかった。また、装置の運搬等の際にネ
ジに僅かなゆるみが生じて締め付けが低下すると、熱的
条件が変化するため、設定された加熱条件では予定され
た温度に加熱することができなくなり、加熱制御の再現
性が低下する問題があった。

【００２８】これに対し、拡散接合を行う本実施形態で
は、基板ホルダー２４が一つの固体として一体化するの
で、ネジ止めの方式で見られた上記問題は生じない。例
えば、基板Ｓを４５０℃に加熱する場合、ネジ止めの場
合には４５０℃±１０％の再現性であったのに対し、本
実施形態では４５０℃±３％の再現性に改善される。

【００２９】また、図３に示すように、静電吸着ブロッ
ク２４１と導熱ブロック２４２との間には、カーボンシ
ート２４９が挟み込まれている。カーボンシート２４９
は、静電吸着ブロック２４１と導熱ブロック２４２との
間の熱伝導性及び気密性を向上させている。

【００３０】さらに、図２に示すような、本実施形態の
装置では、基板ホルダー２４を上下動させる移動機構２
８が設けられている。移動機構２８の構成について、再
び図２を使用して説明する。まず、スパッタチャンバー
２の底板部分２０１には、基板ホルダー２４の支柱部分
２４８を挿通させた開口が設けられている。基板ホルダ
ー２４の支柱部分２４８は開口を通して下方に延び、そ
の下端部分が移動機構２８によって保持されている。

【００３１】移動機構２８は、支柱部分２４８の下端を
保持した保持アーム２８１と、保持アーム２８１を上下
動させる直線運動源２８２と、直線運動源２８２による
直線運動をガイドするリニアガイド２８３と、直線運動
源２８２を制御する制御部２８４とから主に構成されて
いる。制御部２８４によって直線運動源２８２が駆動さ
れると、アーム２８１を介して基板ホルダー２４が上下
動するようになっている。

【００３２】尚、底板部分２０１の下方に延びる支柱部
分２４８を取り囲むようにしてベローズ２８５が設けら
れている。ベローズ２８５は、底板部分２０１の開口の
縁と保持アーム２８１とを気密に繋ぎ、基板ホルダー２
４の上下動を許容しつつ、底板部分２０１の気密を保持
している。

【００３３】また、本実施形態において、カソード２２
と基板ホルダー２４との間の空間を取り囲むようにして
防着シールド２７が設けられている。防着シールド２７
は、交換自在に配置されており、ターゲット２２１から
のスパッタリング粒子が基板Ｓ以外の不必要な場所に付
着するのを効果的に防止している。

【００３４】次に、図１に示す加熱チャンバー３の構成
について説明する。図７は、図１に示す加熱チャンバー
３の概略構成を説明する正面図である。図７に示す加熱
チャンバー３は、内部を排気する排気系３１と、基板Ｓ
が載置されて加熱される加熱ステージ３４とを備えてい
る。

【００３５】排気系３１は、加熱チャンバー３内で基板
Ｓが汚損されることがないように、加熱チャンバー３内
を排気するものである。排気系３１は、例えば１０^-7Ｔ
ｏｒｒ程度の圧力まで加熱チャンバー３内を排気するこ
とが可能に構成される。尚、加熱チャンバー３内に所定
の不活性ガスを導入するガス導入手段が必要に応じて設
けられる。

【００３６】加熱ステージ３４は、基板ホルダー２４と
同様の構成である。即ち、加熱ステージ３４上面に基板
Ｓが載置される部材である静電吸着ブロック３４１と、
静電吸着ブロック３４１の下側に設けられた導熱ブロッ
ク３４２と、導熱ブロック３４２の下側に設けられた加
熱ブロック３４３とから構成されている。

【００３７】次に、図１に示す冷却チャンバー４の構成
について説明する。図８は、図１に示す冷却チャンバー
４の概略構成を説明する正面図である。図８に示す冷却
チャンバー４は、内部を排気する排気系４１と、基板Ｓ
が載置されて冷却される冷却ステージ４４とを備えてい
る。

【００３８】排気系４１は、冷却チャンバー４内で基板
Ｓが汚損されることがないように、冷却チャンバー４内
を排気するものである。排気系４１は、例えば１０^-7Ｔ
ｏｒｒ程度の圧力まで冷却チャンバー４内を排気するこ
とが可能に構成される。尚、冷却チャンバー４内に所定
の不活性ガスを導入して対流等による熱放散を抑制する
ガス導入手段が必要に応じて設けられる。

【００３９】冷却ステージ４４は、加熱のための構成が
無いことを除いて図３に示す基板ホルダー２４と同様の
構成である。即ち、上面に基板Ｓが載置される部材であ
る静電吸着ブロック４４１と、静電吸着ブロック４４１
の下側に設けられた導熱ブロック４４２と、導熱ブロッ
ク４４２に下側に設けられた冷却ブロック４４４とから
構成されている。

【００４０】上記構成に係る本実施形態のスパッタリン
グ装置の動作について説明する。まず、図１に示すロー
ドロックチャンバー５内に収容されている未処理の一枚
の基板Ｓをセパレーションチャンバー１内の搬送ロボッ
ト１１が取り出して加熱チャンバー３に搬送し、基板Ｓ
は図７に示す加熱ステージ３４に載置される。不図示の
ゲートバルブが閉じて、排気系３１によって加熱チャン
バー３内の圧力が所定の圧力に維持される。加熱ステー
ジ３４では、ヒータ３５が予め動作して加熱ステージ３
４を所定温度に加熱している。基板Ｓが載置されて不図
示の静電吸着機構が動作すると、基板Ｓが所定の温度ま
で急速に加熱される。この加熱温度は、例えば１５０〜
４５０℃程度である。尚、加熱される基板Ｓの温度は、
放射温度計３４５によって計測されて確認される。

【００４１】上記加熱を所定時間行った後、基板Ｓは図
１に示す搬送ロボット１１によってスパッタチャンバー
２に送られ、基板Ｓは、図３に示す基板ホルダー２４上
に載置される。この際、基板ホルダー２４は、所定の下
方待機位置に位置している場合があり、この場合は、基
板Ｓの載置動作の前又は後に移動機構によって基板ホル
ダー２４を上方の処理位置に移動させる。また、基板Ｓ
の載置後に図６に示す静電吸着機構２４６が動作し、基
板Ｓを図３に示す基板ホルダー２４に静電吸着させる。
尚、基板ホルダー２４内のヒータ２５及びサーキュレー
タ２４４６が予め動作しており、基板Ｓは基板ホルダー
２４に吸着されることによってこの温度に温度制御され
る。

【００４２】スパッタチャンバー２の内部は予め所定圧
力まで排気されており、基板Ｓの載置してゲートバルブ
を閉じた後、図２に示すガス導入手段２３を動作させて
アルゴン等のスパッタリング率の高い所定のガスを所定
の流量で導入する。排気系２１を制御してスパッタチャ
ンバー２の圧力を所定の値に保ちながら、カソード電源
２２２を動作させ、カソード２２に所定の電圧を印加す
る。これによって、スパッタリング放電が生じてターゲ
ット２２１がスパッタリングされ、放出されたスパッタ
リング粒子が基板Ｓに達して所定の薄膜が基板Ｓ上に堆
積する。

【００４３】並行して図６に示す高周波電源２６が動作
しており、基板Ｓには負の自己バイアス電圧が誘起され
る。この負の自己バイアス電圧によってプラズマ中から
正イオンが効率よく引き出されて基板Ｓに入射し、成膜
のエネルギーに利用される。また、成膜中の基板Ｓの温
度は、図３に示す放射温度計２４５によって計測されて
いる。この計測結果は、ヒータ２５を駆動するヒータ電
源２５１Ａ，Ｂに送られ、基板Ｓの温度がフィードバッ
ク制御される。尚、図２に示すターゲット２２１と基板
Ｓとの距離は、予め最適な値に調整される。即ち、基板
ホルダー２４が移動機構２８によって上下動し、ターゲ
ット２２１とターゲット２２１との距離が最適な値に調
整される。尚、ターゲット２２１が移動することで基板
ホルダー２４とターゲット２２１の距離が変化する構成
であっても良い。

【００４４】上記成膜動作を所定時間行って所定の厚さ
の薄膜を作成した後、カソード電源２２２、ガス導入手
段２３、静電吸着機構２４６、ガス供給手段２４７、高
周波電源２６の動作をそれぞれ停止させた後、排気系２
１によってスパッタチャンバー２内を再度排気する。そ
の後、ゲートバルブを開けて搬送ロボット１１が基板Ｓ
をスパッタチャンバー２から搬出し、冷却チャンバー４
に搬送する。

【００４５】基板Ｓは、図８に示す冷却チャンバー４内
の冷却ステージ４４に載置される。冷却ステージ４４
は、冷媒通路４４１内への冷媒の流通によって予め所定
の温度に冷却されている。基板Ｓが冷却ステージ４４に
載置されて静電吸着機構４４６が動作すると、基板Ｓは
急速に冷却される。放射温度計４４５によって基板Ｓの
温度が所定の温度に低下したのを確認すると、基板Ｓ
は、冷却チャンバー４から搬出され、ロードロックチャ
ンバー５に送られる。これで、一枚の基板に対する一連
の成膜処理が終了する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１の発
明によれば、基板ホルダー内に設けられたヒータによっ
て制御性よく基板の温度管理ができるので、この点で品
質の良い薄膜の作成に貢献できる。また、請求項２の発
明によれば、加熱ステージ内に設けられたヒータによっ
て制御性よく基板の温度管理ができるので、この点で品
質の良い薄膜の作成に貢献できる。また、請求項３の発
明によれば、冷却ステージ内に設けられた冷却ブロック
によって制御性よく基板の温度管理ができるので、この
点で品質の良い薄膜の作成に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態に係るスパッタリング装置
の概略構成を示す平面図である。

【図２】図１に示すスパッタチャンバーの概略構成を示
す正面図である。

【図３】図２に示す基板ホルダー２４の概略構成を示す
正面断面図である。

【図４】図３に示す基板ホルダー２４内に埋設されたヒ
ータ２５の構成を説明する平面図である。

【図５】図３に示す基板ホルダー２４を構成する冷却ブ
ロック２４４の構成を説明する平面図である。

【図６】図２に示す基板ホルダー２４の概略構成を示す
断面図であり、図３とは異なる方向での断面図である。

【図７】図１に示す加熱チャンバー３の概略構成を説明
する正面図である。

【図８】図１に示す冷却チャンバー４の概略構成を説明
する正面図である。

【図９】従来のスパッタリング装置の概略構成を示した
正面図である。

【符号の説明】

１セパレーションチャンバー１１搬送ロボット２処理チャンバー２１排気系２２カソード２２１ターゲット２２２カソード電源２２３磁石機構２３ガス導入手段２４基板ホルダー２４１静電吸着ブロック２４２導熱ブロック２４３加熱ブロック２４４冷却ブロック２４６静電吸着機構２５ヒータ２６高周波電源３加熱チャンバー３４加熱ステージ３４２導熱ブロック３４３加熱ブロック３５ヒータ４冷却チャンバー４４冷却ステージ４４２導熱ブロック４４４冷却ブロック５ロードロックチャンバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を備えた処理チャンバーと、処理
チャンバー内に被スパッタリング面が露出するように配
置されたターゲットを有するカソードと、カソードに電
力を与えてスパッタリング放電を生じさせるカソード電
源と、スパッタリングされたターゲットの材料が到達す
る処理チャンバー内の所定位置に基板を配置するための
基板ホルダーとを備えたスパッタリング装置であって、前記基板ホルダーは、基板を加熱するヒータを内蔵した
加熱ブロックを含む同種又は異種の金属からなる複数の
ブロックを有し、当該複数のブロックは、拡散接合によ
って熱伝導性及び気密性良く接合されていることを特徴
とするスパッタリング装置。
【請求項２】セパレーションチャンバーを介して加熱
チャンバーとスパッタチャンバーとが気密に接続され、
加熱チャンバーで基板を所定の温度に加熱した後、スパ
ッタチャンバーで基板にスパッタリングによる成膜が行
われるマルチチャンバータイプのスパッタリング装置で
あって、前記加熱チャンバーは、基板が載置される加熱ステージ
を備え、この加熱チャンバーは、基板を加熱するヒータ
を内蔵した加熱ブロックを含む同種又は異種の金属から
なる複数のブロックを有し、当該複数のブロックは、拡
散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されている
ことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】セパレーションチャンバーを介してスパ
ッタチャンバーと冷却チャンバーとが気密に接続され、
スパッタチャンバー内で基板にスパッタリングによる成
膜が行われた後に、冷却チャンバーで基板を所定の温度
に冷却するマルチチャンバータイプのスパッタリング装
置であって、前記冷却チャンバーは、基板が載置される冷却ステージ
を備え、この冷却チャンバーは、基板を冷却する冷媒が
流通される冷却ブロックを含む同種又は異種の金属から
なる複数のブロックを有し、当該複数のブロックは、拡
散接合によって熱伝導性及び気密性良く接合されている
ことを特徴とするスパッタリング装置。