JPWO2019131010A1 - スパッタリング方法及びスパッタリング装置 - Google Patents
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Abstract
成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数を可及的に抑制できるスパッタリング方法及びスパッタリング装置を提供する。真空チャンバ１内にカーボン製のターゲットＴｇと成膜対象物Ｗｆとを設置し、真空ポンプＶｐにより真空チャンバ内を所定圧力に真空引きした後、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してプラズマ雰囲気を形成し、プラズマ中のスパッタガスのイオンでターゲットをスパッタリングすることでターゲットから飛散するカーボン粒子を成膜対象物表面に付着、堆積させてカーボン膜を成膜する本発明のスパッタリング方法は、少なくともターゲットがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒との熱交換でターゲットを冷却し、第１冷媒の温度を２６３Ｋ以下の温度に保持されるように前記第１冷媒の温度を制御する。
Description
本発明は、成膜対象物表面にカーボン膜を成膜するスパッタリング方法及びスパッタリング装置に関する。
従来、不揮発性メモリ等のデバイスの電極膜としてカーボン膜を用いることがある。このようなカーボン膜の成膜には、カーボン製のターゲットを用いるスパッタリング装置が一般に利用されている（例えば、特許文献１参照）。この種のスパッタリング装置は、通常、カーボン製のターゲットを有する真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットに対向配置される姿勢で成膜対象物としての基板を保持するステージと、ターゲットとステージとの間の空間を囲繞する防着板と、真空雰囲気中の真空チャンバ内に希ガスを含むスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲットに電力投入する電源とを備える。
上記スパッタリング装置によりカーボン膜を成膜するのに際しては、ステージに基板をセットし、真空ポンプにより真空チャンバ内を所定圧力に真空引きした後、ガス導入手段によりスパッタガスを所定の流量で導入し、ターゲットに電力投入して真空チャンバ内にプラズマ雰囲気を形成し、プラズマ中のスパッタガスのイオンでターゲットをスパッタリングすることでターゲットから飛散するカーボン粒子を成膜対象物表面に付着、堆積させてカーボン膜が成膜される。ターゲットをスパッタリングする間、ターゲットがプラズマからの輻射熱で加熱されるため、少なくともターゲットに電力投入している間、冷媒との熱交換でターゲットを所定温度以下に冷却される。
ところで、カーボン製のターゲットをスパッタリングして基板表面に成膜すると、成膜直後の基板表面に微細なパーティクルが付着することがある。このようなパーティクルの付着は製品歩留まりを低下させる要因となることから、成膜対象物の表面へのパーティクルの付着を可及的に抑制する必要がある。
そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、微細なパーティクルが真空チャンバ内に浮遊するカーボン粒子であり、このようなカーボン粒子（ターゲットのスパッタリングによりスパッタ面から飛散するものとは異なる）が、成膜中や成膜直後のターゲットの表面からも放出されて真空チャンバ内に浮遊することを知見するのに至った。即ち、カーボン製のターゲットとしては、パイロカーボンターゲットやアモルファスカーボンターゲットが利用されるが、特にパイロカーボンターゲットは積層構造を持つことから、積層方向の熱伝導は良いものの、この積層方向に直交するターゲットの面方向の熱伝導が極めて悪い。このため、例えばターゲットがプラズマからの輻射熱で加熱されて熱膨張したときの差でターゲットから放出されていると推測される。この場合、スパッタリング時の投入電力を低く（つまり、成膜中のターゲットの表面温度を低く）すればする程、成膜直後の成膜対象物表面に付着する微細なパーティクルの量が減少することが確認できたが、これでは、生産性が低下するという問題が生じる。
本発明は、以上の知見を基になされたものであり、成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数を可及的に抑制できるスパッタリング方法及びスパッタリング装置を提供することをその目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明は、真空チャンバ内にカーボン製のターゲットと成膜対象物とを設置し、真空ポンプにより真空チャンバ内を所定圧力に真空引きした後、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してプラズマ雰囲気を形成し、プラズマ中のスパッタガスのイオンでターゲットをスパッタリングすることでターゲットから飛散するカーボン粒子を成膜対象物表面に付着、堆積させてカーボン膜を成膜するスパッタリング方法であって、少なくともターゲットがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒との熱交換でターゲットを冷却するものにおいて、第１冷媒の温度を２６３Ｋ以下の温度に保持されるように前記第１冷媒の温度を制御することを特徴とする。
本発明によれば、少なくともターゲットがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒の温度を２６３Ｋ以下の温度に保持すれば、ターゲットへの投入電力を殊更低下させることなく、成膜直後の成膜対象物としての基板の表面に付着する微細なパーティクルの数を可及的に抑制でき、カーボン製のターゲットとしてパイロカーボンターゲットを用いるときに特に有効となることが確認された。なお、第１冷媒の温度が２６３Ｋより高いと、成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数を効果的に抑制できない。一方、第１冷媒の温度を２６３Ｋより低い温度にしても、成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数は殆ど変化しないことが実験により確認された。
ここで、スパッタリング装置によっては、カーボン製のターゲットの裏面に冷媒を循環させ、スパッタリング時にターゲットを直接冷却するものや、カーボン製のターゲットを予めバッキングプレートに接合し、バッキングプレートに冷媒を循環させてターゲットを間接冷却するものがあるが、いずれの場合でも、スパッタリング時（プラズマからの輻射熱で加熱されるとき）以外は、ターゲットの表面温度が第１冷媒の温度と同等になる。そして、スパッタリング時（プラズマから輻射熱を受けたとき）には、ターゲットの表面温度が、第１冷媒の温度に略比例する所定温度に略維持されるため、前記第１冷媒の温度を制御すれば、プラズマからの輻射熱によるターゲットの熱膨張に起因したターゲット表面からのカーボン微粒子の真空チャンバ内への放出が可及的に抑制される。なお、スパッタリング時以外（特に、複数枚の基板に対して成膜処理する際の基板交換中）にも第１冷媒を供給してターゲットを冷却するようにしておけば、成膜直後（ターゲットへの電力投入を停止した直後）に、真空チャンバ内で浮遊するカーボン粒子をターゲットに吸着保持させることもでき、有利である。
ところで、カーボン製のターゲットをスパッタリングした場合、ターゲットから飛散するカーボン粒子は、成膜対象物だけでなく、真空チャンバ内に存するアノードリングや防着板といった各種の部品にも付着、堆積する。そして、この付着したカーボン粒子が何らかの原因で再離脱して真空チャンバ内に浮遊することがある。このようなカーボン粒子もまた、微細なパーティクルとなって成膜直後の基板表面に付着することがあるため、これを可及的に抑制する必要がある。そこで、真空チャンバ内に第２冷媒により冷却される冷却体を配置し、この冷却体で、真空チャンバ内で浮遊するカーボン粒子を吸着体に吸着させ、真空チャンバ内で浮遊するカーボン粒子の数を少なくすることが提案される。然し、上記の如く、第１冷媒との熱交換でターゲットを冷却する場合、冷却体の温度、ひいては第２冷媒の温度によっては、却って成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数が多くなることが判明した。
本発明においては、第２冷媒の温度を１２３Ｋ〜３２５Ｋの温度に保持するか、または、ターゲットに供給する第１冷媒の冷媒温度と、冷却体に供給する第２冷媒の冷媒温度との和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲内の温度になるように制御することが好ましい。これにより、成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数をより一層抑制することができる。なお、前記冷却体を、互いに対向配置された前記ターゲットと前記成膜対象物との間の空間を囲繞する防着板にその空間の外側から近接配置される冷却パネルとすればよい。なお、第１冷媒と第２冷媒との冷媒温度の和が３７０Ｋより低いか、または５９０Ｋより高くなると、却って成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数が多くなることが実験により確認された。また、第２冷媒の温度が１２３Ｋより低いか、または３２５Ｋより高い場合も同様に、却って成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数が多くなることが実験により確認された。
また、上記課題を解決するために、本発明は、カーボン製のターゲットを有する真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットに対向配置される姿勢で成膜対象物を保持するステージと、ターゲットとステージとの間の空間を囲繞する防着板と、真空雰囲気中の真空チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲットに電力投入する電源とを備えるスパッタリング装置であって、少なくともターゲットがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒との熱交換でターゲットが所定温度に保持されるようにこの第１冷媒を供給する第１冷媒供給手段を更に備えるものにおいて、前記第１冷媒供給手段は２６３Ｋ以下の温度に保持されるように前記第１冷媒の温度を制御することを特徴とする。この場合、前記防着板に前記空間の外側から近接配置される冷却パネルと、この冷却パネルに第２冷媒を供給する第２冷媒供給手段とを更に備え、前記第２冷媒供給手段は１２３Ｋ〜３２５Ｋの範囲内の温度になるように前記第２冷媒の温度を制御することが好ましく、また、第１冷媒の冷媒温度と第２冷媒の冷媒温度との和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲内の温度になるように温度調整する温調手段を有することが好ましい。
以下、図面を参照し、成膜対象物をシリコンウエハ（以下、「基板Ｗｆ」という）、カーボン製のターゲットをパイロカーボンターゲット（以下、「ターゲットＴｇ」という）とし、ターゲットＴｇがパッキンプレートＢｐに接合された状態で真空チャンバの上部に取り付ける場合を例に本発明のスパッタリング方法及びスパッタリング装置の実施形態を説明する。
図１を参照して、ＳＭは、本実施形態のマグネトロン方式のスパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１の上部にカソードユニットＣｕが着脱自在に取付けられている。カソードユニットＣｕは、ターゲットＴｇと、このターゲットＴｇの上方に配置されてターゲットＴｇを貫通する漏洩磁場を作用させる磁石ユニットＭｕとを有する。ターゲットＴｇは、公知の方法により積層構造で形成されたものであり、基板Ｗｆの輪郭に応じて円形の輪郭を持つものである。また、ターゲットＴｇは、内部に冷媒循環通路Ｂｐ１が形成された銅等の熱伝導に優れた金属製のバッキングプレートＢｐの下面に公知のボンディング剤を介して接合され、この状態でスパッタ面Ｔｇ１を下方にして真空チャンバ１の上壁に設けた絶縁体１１を介して真空チャンバ１の上部に取り付けられている。
バッキングプレートＢｐの冷媒循環通路Ｂｐ１の流入口及び流出口（図示せず）には、第１冷媒供給手段としての第１チラーユニットＣｒ１からの配管１２が接続され、ターゲットＴｇをスパッタリングして基板Ｗｆ表面に成膜するときや、ターゲットＴｇのスパッタリングを停止して成膜しようとする基板Ｗｆを交換するときに、バッキングプレートＢｐの冷媒循環通路Ｂｐ１に冷媒を循環させてターゲットＴｇを所定温度に冷却できるようにしている。冷媒としては、大気圧で液相のものであれば、特に制限はなく、エチレングリコール等のアルコール類やフッ素系不活性液体が用いられる。チラーユニットＣｒ１としては公知のものが利用でき、本実施形態では、冷媒循環通路Ｂｐ１の流入口にて２６３Ｋ以下に第１冷媒の温度が保持されるようにしている。この場合、第１冷媒の温度が２６３Ｋより高いと、成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数を効果的に抑制できない虞がある一方、第１冷媒の温度を２６３Ｋより低い温度にしても、成膜直後の基板表面に付着する微細なパーティクルの数は殆ど変化しない。
バッキングプレートＢｐにはスパッタ電源Ｐｓが接続され、スパッタリングによる成膜時、バッキングプレートＢｐを介してターゲットＴｇに負の電位を持った直流電力が投入できるようにしている。また、ターゲットＴｇの上方に配置される磁石ユニットＭｕは、特に図示して説明しないが、ターゲットＴｇのスパッタ面Ｔｇ１側の磁極が異なる複数個の磁石片Ｍｇを備えて、ターゲットＴｇの下方空間に漏洩磁場を作用させる閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造のものである。なお、磁石ユニットＭｕ自体としては公知のものが利用できるため、その回転機構等を含め、これ以上の説明は省略する。
また、真空チャンバ１の底部中央には、ターゲットＴｇに対向させてステージ２が他の絶縁体１３を介して配置されている。ステージ２は、特に図示して説明しないが、例えば筒状の輪郭を持つ金属製の基台と、この基台の上面に接着されるチャックプレートとで構成され、成膜中、基板Ｗｆを吸着保持できるようにしている。なお、静電チャックの構造については、単極型や双極型等の公知のものが利用できるため、これ以上の詳細な説明は省略する。この場合、基台に、冷媒循環用の通路やヒータを内蔵し、成膜中、基板Ｗｆを所定温度に制御することができるようにしてもよい。
真空チャンバ１内には、その内側壁から間隔を置いてターゲットＴｇとステージ２との間の成膜空間１４を囲繞する防着板３が設けられている。防着板３は、ターゲットＴｇの周囲を囲繞し、かつ、そこから真空チャンバ１の下方にのびる筒状の上板部３１と、ステージ２の周囲を囲繞し、かつ、そこから真空チャンバ１の上方にのびる筒状の下板部３２とを有し、上板部３１の下端と下板部３２の上端とを周方向で隙間を存してオーバラップするようになっている。なお、上板部３１及び下板部３２は一体に形成されていてもよく、また、周方向に複数部分に分割して組み合わせるようにしてもよい。
真空チャンバ１には、アルゴンガス等の希ガス（必要に応じて適宜導入される酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスも含む）であるスパッタガスを導入するガス導入手段４が設けられている。ガス導入手段４は、上板部３１の外周に設けられたガスリング４１と、ガスリング４１に接続された、真空チャンバ１の側壁を貫通するガス管４２とを有し、ガス管４２がマスフローコントローラ４３を介して図示省略のガス源に連通している。ガスリング４１には、周方向に等間隔で穿設されたガス噴射口４１ａから同等流量でスパッタガスが噴射されるようにしている。そして、ガス噴射口４１ａから噴射されたスパッタガスは、上板部３１に形成したガス孔３１ａから、ターゲットＴｇとステージ２と防着板３とで区画される成膜空間１４内に所定の流量で導入され、成膜中、成膜空間１４内の圧力分布をその全体に亘って同等にできるようにしている。
真空チャンバ１には、ターゲットＴｇ中心を通る中心線Ｃｌに対して直交する方向に局所的に膨出させた排気空間部５が設けられ、この排気空間部５を区画する底壁面には、排気口５１が開設され、排気口５１に、排気管Ｅｐを介してクライオポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプＶｐが接続されている。そして、成膜時、成膜空間１４に導入されたスパッタガスの一部は排気ガスとなって、防着板３の継ぎ目や、防着板３とターゲットＴｇやステージ２との隙間から、防着板３の外表面と真空チャンバ１の内壁面との間の隙間を通って、真空チャンバ１と排気空間部５との境界としての排気ガス流入口１５から排気空間部５に流れ、排気口５１を介して真空ポンプＶｐへと真空排気される。このとき、成膜空間１４と排気空間部５との間には、数Ｐａ程度の圧力差が生じる。
成膜空間１４と排気空間部５との境界に位置させて真空チャンバ１内には、冷却パネル６が設けられている。冷却パネル６は、銅等の熱伝導に優れた金属製で、その内部に冷媒循環通路６１が形成されたものであり、そのパネル面６２が下板部３２と同等の曲率を持つように湾曲されて間隔を存して下板部３２に対向するように設けられている。冷却パネル６の冷媒循環通路６１の流入口及び流出口（図示せず）には、第２冷媒供給手段としての第２チラーユニットＣｒ２からの配管１６が接続され、ターゲットＴｇをスパッタリングして基板Ｗｆ表面に成膜するときや、ターゲットＴｇのスパッタリングを停止して成膜しようとする基板Ｗｆを交換するときに、冷媒循環通路６１に第２冷媒を循環させて冷却パネル６、ひいては、防着板３を所定温度に冷却できるようにしている。本実施形態では、冷却パネル６で冷却される防着板３が真空チャンバ１内に配置される冷却体を構成する。冷媒としては、上記同様、大気圧で液相のものであれば、特に制限はなく、エチレングリコール等のアルコール類やフッ素系不活性液体が用いられる。第２チラーユニットＣｒ２としては公知のものが利用でき、本実施形態では、冷媒循環通路６１の流入口にて５０Ｋ〜３５０Ｋの範囲の温度に第２冷媒の温度が保持されるようにし、第１冷媒の温度を考慮して、第１冷媒と第２冷媒の温度の和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲の温度に制御されるようにしている。なお、本実施形態では、冷却パネル６が下板部３２の部分に対向するように配置したものを例に説明したが、スパッタリング中やその前後において、防着板３をその全体に亘って所定温度に保持できるものであれば、その形態は問わない。
また、スパッタリング装置ＳＭは、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知の構造の制御コントローラＣｏを備え、この制御コントローラＣｏが、真空ポンプＶｐ、ガス導入手段４のマスフローコントローラ４３やスパッタ電源Ｐｓ等のスパッタリングによる成膜時の各部品の制御などを統括して行う。本実施形態では、制御コントローラＣｏが、第１冷媒と第２冷媒の温度の和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲の温度に制御されるように第１及び第２の両チラーユニットＣｒ１，Ｃｒ２の作動も制御する温調手段を兼用する。以下に、上記スパッタリング装置ＳＭにより基板Ｗｆに対してカーボン膜を成膜する場合を例に、本発明のスパッタリング方法を具体的に説明する。
先ず、図外の真空搬送ロボットによりステージ２上に基板Ｗｆを搬送し、ステージ２のチャックプレートで基板Ｗｆを吸着保持させて設置する（基板Ｗｆの上面が成膜面となる）。このとき、制御コントローラＣｏが、ターゲットＴｇへの第１冷媒の供給温度が２６３Ｋ以下の所定温度で、かつ、第１冷媒と第２冷媒との温度の和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲の温度に制御されるように第１及び第２の両チラーユニットＣｒ１，Ｃｒ２により第１冷媒と第２冷媒とを夫々循環させる。そして、真空チャンバ１内が所定圧力（例えば、１×１０−５Ｐａ）まで真空引きされると、ガス導入手段４を介してスパッタガス（アルゴンガス）を所定流量で導入し、スパッタ電源ＰｓによりターゲットＴｇに対して負の電位を持つ所定電力（０．５〜１０ｋＷ）を投入する。これにより、成膜空間１４内にプラズマ雰囲気が形成させ、プラズマ中のスパッタガスのイオンでターゲットＴｇがスパッタリングされ、ターゲットＴｇからのスパッタ粒子が基板Ｗｆの成膜面に付着、堆積してカーボン膜が成膜される。
ここで、スパッタリング開始前は、ターゲットＴｇの表面温度が第１冷媒の温度と同等になり、冷却パネル６のパネル面６２が第２冷媒の温度と同等になる。そして、スパッタリング時（プラズマから輻射熱を受けたとき）には、プラズマからの輻射熱で加熱されるが、ターゲットＴｇの表面温度が第１冷媒の温度、防着板３の表面温度が第２冷媒の温度に夫々略比例する所定温度に維持されるようになる。基板Ｗｆに対するカーボン膜の成膜が終了すると、スパッタガスの導入及びターゲットＴｇへの電力投入が一旦停止される。そして、ステージ２から成膜済みの基板Ｗｆが回収され、次の基板Ｗｆがステージ２に搬送され、上記手順により成膜が行われる。このような基板Ｗｆ交換時、制御コントローラＣｏは、第１及び第２の両チラーユニットＣｒ１，Ｃｒ２による第１冷媒と第２冷媒との循環を停止させない。このため、次の基板Ｗｆへのスパッタリング開始前は、ターゲットＴｇの表面温度が第１冷媒の温度と同等になり、冷却パネル６のパネル面６２が第２冷媒の温度と同等になる。
上記実施形態によれば、少なくともターゲットＴｇがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒の温度を２６３Ｋ以下の温度に保持すれば、ターゲットＴｇへの投入電力を殊更低下させることなく、成膜直後の基板Ｗｆ表面に付着する微細なパーティクルの数を可及的に抑制でき、カーボン製のターゲットＴｇとしてパイロカーボンターゲットを用いるときに特に有効となる。その上、ターゲットＴｇに供給する第１冷媒の冷媒温度と、冷却パネル６に供給する第２冷媒の冷媒温度との和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲内の温度になるように制御するため、成膜直後の基板Ｗｆ表面に付着する微細なパーティクルの数をより一層抑制することができる。
上記効果を確認するため、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて次の実験を行った。即ち、基板Ｗｆを直径３００ｍｍのシリコンウエハ、ターゲット２をφ４００ｍｍのカーボン製のものとし、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて基板Ｗｆにカーボン膜を成膜した。スパッタ条件として、ターゲットＴｇと基板Ｗｆとの間の距離を６０ｍｍ、スパッタ電源Ｐｓによる投入電力を２ｋＷ、スパッタ時間を６０ｓｅｃに設定した。また、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタリング中、スパッタガスの分圧を０．１Ｐａとした。そして、ターゲットに電力投入する間（即ち、ターゲットＴｇがプラズマからの輻射熱を受ける間）、バッキングプレートＢｐに供給する第１冷媒の温度を２９１Ｋ（一般のスパッタリング装置にてバッキングプレートに冷却水を供給する場合の温度：１８℃）、２７３Ｋ、２６３Ｋ、２５３Ｋ及び２４３Ｋに夫々設定し、成膜後に基板Ｗｆに付着しているパーティクル数を測定した。パーティクル数は、公知のパーティクルカウンターを用いて測定した。なお、本実験では、冷却パネル６への第２冷媒の供給を停止したままとしている。
図２は、第１冷媒の温度に対するパーティクル数の変化を示すグラフであり、図２中、−◆−が０．０６１μｍ以上、−■−が０．０７９μｍ以上、−▲−が０．２００μｍ以上、及び、−×−が１．０００μｍ以上のサイズを示す。これによれば、第１冷媒の温度を２６３Ｋ以下にすれば、サイズに関係なく、パーティクルの数を少なく抑制できることが判る。
次に、上記スパッタリング装置ＳＭを用い、上記と同一のスパッタ条件でカーボン膜を成膜した。本実験では、第１冷媒の温度を２６３Ｋに固定し、第２冷媒の温度を５０Ｋ〜３５０Ｋの範囲の所定温度で適宜変更した。なお、比較実験として、第１冷媒の温度を２９１Ｋに固定し、同様に、第２冷媒の温度を５０Ｋ〜３５０Ｋの範囲の所定温度で適宜変更した。
図３（ａ）は、第２冷媒の温度に対する、０．７９μｍ以上のパーティクル数の変化を示すグラフであり、図３（ｂ）は、０．６１μｍ以上のパーティクル数の変化を示すグラフである。図中、−○−が第１冷媒の温度を２６３Ｋとした場合、−●−が第１冷媒の温度を２９１Ｋとした場合である。これによれば、スパッタリング中、一般のスパッタリング装置で使用される冷却水の温度（２９１Ｋ）より極めて低い温度（２６３Ｋ）の冷媒を供給してターゲットＴｇを冷却する方がパーティクル数を少なくできることが判る。また、第１冷媒の温度が２６３Ｋ及び２９１Ｋのいずれの場合でも、第２冷媒の温度が所定範囲（１２０ｋ〜３２５ｋの範囲）を外れると、成膜後の基板Ｗｆに付着するパーティクル数が増加し、特に、サイズの小さいパーティクル数が極端に増加することが判る。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。上記実施形態では、排気ガスに含まれるカーボン粒子も吸着し得るように、排気空間部５の排気ガス流入口１５に設けた冷却パネル６により冷却体を構成するものを例に説明したが、真空チャンバ１内に存して、第２冷媒で所定温度に冷却されることで、真空チャンバ内で浮遊するカーボン粒子を吸着体に吸着、保持できるものであれば、その形状（つまり、パネル状に形成されている必要はない）や配置位置は上記のものに限定されるものではない。なお、防着板３を冷却体とした場合、この防着板で基板Ｗｆが放射冷却されないように、基板Ｗｆと防着板３との間の間隔を１０ｍｍ以上にすることが好ましい。
Ｃｏ…制御コントローラ（温調手段）、Ｃｒ１…第１チラーユニット（第１冷媒供給手段）、Ｃｒ２…第２チラーユニット（第２冷媒供給手段）、ＳＭ…スパッタリング装置、Ｔｇ…ターゲット、Ｖｐ…真空ポンプ、Ｗｆ…基板（成膜対象物）、１…真空チャンバ、３…防着板、４…ガス導入手段、６…冷却パネル（冷却体）。
Claims (7)
- 真空チャンバ内にカーボン製のターゲットと成膜対象物とを設置し、真空ポンプにより真空チャンバ内を所定圧力に真空引きした後、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに電力投入してプラズマ雰囲気を形成し、プラズマ中のスパッタガスのイオンでターゲットをスパッタリングすることでターゲットから飛散するカーボン粒子を成膜対象物表面に付着、堆積させてカーボン膜を成膜するスパッタリング方法であって、少なくともターゲットがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒との熱交換でターゲットを冷却するものにおいて、
第１冷媒の温度を２６３Ｋ以下の温度に保持されるように前記第１冷媒の温度を制御することを特徴とするスパッタリング方法。 - 請求項１記載のスパッタリング方法であって、真空チャンバ内に第２冷媒により冷却される冷却体が配置されるものにおいて、
第２冷媒の温度を１２３Ｋ〜３２５Ｋの温度に保持されるように前記第２冷媒の温度を制御することを特徴とするスパッタリング方法。 - 請求項１記載のスパッタリング方法であって、真空チャンバ内に第２冷媒により冷却される冷却体が配置されるものにおいて、
第１冷媒の冷媒温度と第２冷媒の冷媒温度との和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲内の温度になるように制御することを特徴とするスパッタリング方法。 - 請求項２又は３記載のスパッタリング方法であって、前記冷却体を、互いに対向配置された前記ターゲットと前記成膜対象物との間の空間を囲繞する防着板にその空間の外側から近接配置されてこの防着板を放射冷却させる冷却パネルとしたことを特徴とするスパッタリング方法。
- カーボン製のターゲットを有する真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットに対向配置される姿勢で成膜対象物を保持するステージと、ターゲットとステージとの間の空間を囲繞する防着板と、真空雰囲気中の真空チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲットに電力投入する電源とを備えるスパッタリング装置であって、少なくともターゲットがプラズマからの輻射熱を受ける間、第１冷媒との熱交換でターゲットが所定温度に保持されるようにこの第１冷媒を供給する第１冷媒供給手段を更に備えるものにおいて、
前記第１冷媒供給手段は２６３Ｋ以下の温度に保持されるように前記第１冷媒の温度を制御することを特徴とすることを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記防着板に前記空間の外側から近接配置される冷却パネルと、この冷却パネルに第２冷媒を供給する第２冷媒供給手段とを更に備え、
前記第２冷媒供給手段は１２３Ｋ〜３２５Ｋの範囲内の温度になるように前記第２冷媒の温度を制御することを特徴とする請求項５記載のスパッタリング装置。 - 前記防着板に前記空間の外側から近接配置される冷却パネルと、この冷却パネルに第２冷媒を供給する第２冷媒供給手段とを更に備え、
第１冷媒の冷媒温度と第２冷媒の冷媒温度との和が３７０Ｋ〜５９０Ｋの範囲内の温度になるように温度調整する温調手段を有することを特徴とする請求項５記載のスパッタリング装置。
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| JP2011032568A (ja) * | 2009-08-06 | 2011-02-17 | Olympus Corp | 成膜方法及び成膜装置 |
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