WO2010061589A1 - スパッタリング装置 - Google Patents

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WO2010061589A1
WO2010061589A1 PCT/JP2009/006347 JP2009006347W WO2010061589A1 WO 2010061589 A1 WO2010061589 A1 WO 2010061589A1 JP 2009006347 W JP2009006347 W JP 2009006347W WO 2010061589 A1 WO2010061589 A1 WO 2010061589A1
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WO
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substrate
shielding member
shutter
target
holder
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PCT/JP2009/006347
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English (en)
French (fr)
Inventor
山口述夫
松尾和昭
秋山進
小林幸弘
Original Assignee
キヤノンアネルバ株式会社
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus used for depositing a material on a substrate in a manufacturing process of a semiconductor device or a magnetic storage medium.
  • a sputtering apparatus for depositing a thin film on a substrate supports a substrate, a vacuum vessel evacuated to a vacuum, a target holder for holding an evaporation source called a target made of a material to be deposited on the substrate, and a substrate in the vacuum vessel A substrate holder.
  • the sputtering apparatus introduces a gas such as Ar into the vacuum vessel and further applies a high voltage to the target to generate plasma.
  • a target material is adhered to a substrate supported by a substrate holder by utilizing a target sputtering phenomenon caused by charged particles in the discharge plasma.
  • sputtered particles When the positive ions in the plasma are incident on the target material having a negative potential, the atoms and molecules of the target material are blown off from the target material. This is called sputtered particles.
  • the sputtered particles adhere to the substrate to form a film containing the target material.
  • an openable / closable shielding plate called a shutter is usually provided between a target material and a substrate.
  • the shutter is mainly used for the following three purposes.
  • a shutter is used to prevent spatter particles from scattering until the discharge is stabilized.
  • plasma is not generated at the same time as applying a high voltage, but is usually generated with a delay time of about 0.1 seconds from voltage application, or plasma is generated even when a voltage is applied. Even if it is not generated, a phenomenon such as instability of plasma occurs immediately after the start of discharge. Due to these phenomena, there arises a problem that a film cannot be formed with a stable film thickness and film quality.
  • the shutter is started to perform so-called pre-sputtering, in which the discharge is started with the shutter closed and the shutter is opened after the discharge is stabilized so that the sputter particles are deposited on the substrate. Is used.
  • the shutter is used for conditioning. Conditioning is not the purpose of forming a film on a substrate, but a discharge performed to stabilize the characteristics.
  • the deposition is stable.
  • the inner surface of the vacuum container in the same state as when the film is formed by continuous film formation.
  • sputtered particles adhere not only to the inner surface of the vacuum vessel but also to the substrate mounting surface of the substrate holder.
  • the shutter provided near the substrate holder so that the substrate mounting surface of the substrate holder is hidden from the sputtering surface of the target and the inner surface of the vacuum vessel is not hidden, the shutter is closed and no film is formed on the substrate mounting surface.
  • an inert gas and a reactive gas are introduced into the vacuum vessel before discharging.
  • nitrides and oxides adhere to the inner surface of the vacuum vessel.
  • Conditioning may also occur during continuous film formation for production, and discharge under conditions different from production conditions. For example, when a strong stress film is continuously deposited on the substrate by the reactive sputtering method, the film attached to the deposition shield or the like inside the vacuum vessel is peeled off to form particles.
  • a metal film may be periodically formed by a reactive sputtering method. For example, when TiN is continuously formed, the Ti film is periodically conditioned. If only TiN is continuously formed, the TiN film attached to the deposition shield or the like inside the vacuum vessel is peeled off, but this can be prevented by conditioning the Ti film periodically.
  • a shutter is used when a contaminated or oxidized target surface is previously sputtered to remove a contaminated or oxidized portion of the target before continuous film formation for production.
  • the target is formed by machining such as a lathe in the final process.
  • contaminants generated from the grinding tool adhere to the target surface, or the target surface may be oxidized during the transportation of the target. It is required to expose the surface of the.
  • the shutter is used for so-called target cleaning, in which sputtering is performed with the shutter closed so that contaminated or oxidized target particles do not adhere to the substrate mounting surface of the substrate holder.
  • the target material adhering to the backside of the semiconductor substrate in the sputtering process is brought into the subsequent process and contaminates the apparatus in the subsequent process or attached to the backside of the substrate.
  • the device performance deteriorates due to the material peeling off.
  • the contamination of the other apparatus using the back surface of the substrate as a medium is possible even if the amount of the target material adhering to the surface of the substrate holder in the part where the substrate is placed is extremely small, for example, about 1 ⁇ 10 11 atms / cm 2. Strict management is required because the impact is great.
  • This problem occurs because there is a gap around the shutter even when the shutter is closed, and a small amount of sputter particles pass through the gap. That is, sputtered particles adhere to the substrate holder during conditioning and target cleaning, and in a significant case, a film is deposited, which not only adheres to the back surface of the substrate and contaminates the substrate, but is transported to the next process. This is due to contamination of other manufacturing equipment.
  • Patent Document 1 As a technique for avoiding the problem of spattering of sputter particles during target cleaning or pre-sputtering, for example, in Patent Document 1, a cylindrical cathode cover is installed around the target, and the opening of the cathode cover is provided. A technique for providing a shutter is disclosed. This method is effective as a means for preventing spattering of the sputtered particles.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose apparatuses having two shutters between a substrate and a target or between a substrate and a vapor deposition source.
  • Patent Documents 2 and 3 there is an advantage that film formation can be started in a stable state, but there is a problem of spattering of sputtered particles with respect to the substrate mounting surface of the substrate holder that is required in recent years. It was not a solution.
  • the conventional method is insufficient for the level of pollution prevention required in recent years.
  • the present invention provides a sputtering apparatus that prevents sputtered particles from adhering to the substrate mounting surface of a substrate holder when performing discharge for conditioning, pre-sputtering, and target cleaning.
  • the purpose is to do.
  • a sputtering apparatus that achieves the above object is as follows.
  • a target holder provided in a vacuum vessel and holding a target for film formation on a substrate;
  • a substrate holder for placing the substrate;
  • a first shielding member that is disposed in the vicinity of the substrate holder and is in a closed state that shields between the substrate holder and the target holder, or an open state that opens between the substrate holder and the target holder.
  • First opening / closing drive means for opening / closing the first shielding member in the open state or in the closed state;
  • a second shielding member having a ring shape, which is installed on the surface of the substrate holder and on the outer periphery of the substrate;
  • Drive means for moving the substrate holder in order to make the substrate holder on which the second shielding member is installed approach the first shielding member in the closed state;
  • the first shielding member is formed with a first protrusion having at least one ring shape extending in the direction of the second shielding member,
  • a second protrusion having at least one ring shape extending in the direction of the first shielding member is formed on the second shielding member, The first protrusion and the second protrusion are fitted in a non-contact state at a position where the substrate holder approaches by the driving means.
  • the sputtering apparatus is A target holder provided in a vacuum vessel and holding a target for film formation on a substrate; A substrate holder for mounting the substrate; A first shielding member that is disposed in the vicinity of the substrate holder and is in a closed state that shields between the substrate holder and the target holder, or an open state that opens between the substrate holder and the target holder.
  • First opening / closing drive means for opening / closing the first shielding member in the open state or in the closed state;
  • a second shielding member having a ring shape, which is installed on the surface of the substrate holder and on the outer periphery of the substrate;
  • Drive means for moving the first shielding member to bring the first shielding member in the closed state closer to the substrate holder on which the second shielding member is installed.
  • the first shielding member is formed with a first protrusion having at least one ring shape extending in the direction of the second shielding member, A second protrusion having at least one ring shape extending in the direction of the first shielding member is formed on the second shielding member, The first protrusion and the second protrusion are fitted in a non-contact state at a position where the first shielding member approaches by the driving means.
  • a sputtering apparatus that prevents sputtered particles from adhering to the substrate mounting surface of the substrate holder when performing discharge for conditioning, pre-sputtering, and target cleaning.
  • FIG. 1B is a block diagram of a main controller 100 for operating the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1A.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing an outline of a substrate shutter 19 facing the substrate peripheral cover ring 21.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of a substrate peripheral cover ring 21 facing a substrate shutter 19. It is a figure explaining the positional relationship of the board
  • FIG. It is a figure explaining the positional relationship of the board
  • FIG. It is a figure explaining the positional relationship of the board
  • FIG. It is a figure explaining the operation
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a film forming apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the film forming apparatus 1 introduces an inert gas into the vacuum container 2, a vacuum exhaust apparatus having a vacuum container 2, a turbo molecular pump 48 that exhausts the inside of the vacuum container 2 through the exhaust port 8, and a dry pump 49.
  • An inert gas introduction system 15 capable of introducing a reactive gas
  • a reactive gas introduction system 17 capable of introducing a reactive gas.
  • the exhaust port 8 is a conduit having a rectangular cross section, for example, and connects the vacuum vessel 2 and the turbo molecular pump 48.
  • a main valve 47 is provided between the exhaust port 8 and the turbo molecular pump 48 to shut off the film forming apparatus 1 and the turbo molecular pump 48 when maintenance is performed.
  • the inert gas introduction system 15 is connected to an inert gas supply device (gas cylinder) 16 for supplying an inert gas.
  • the inert gas introduction system 15 includes piping for introducing an inert gas, a mass flow controller for controlling the flow rate of the inert gas, valves for shutting off and starting the gas supply, and A pressure reducing valve, a filter, and the like are configured as necessary, and a gas flow rate designated by a control device (not shown) can be stably flowed.
  • the inert gas is supplied from the inert gas supply device 16 and the flow rate of the inert gas is controlled by the inert gas introduction system 15 and then introduced into the vicinity of the target 4 described later.
  • a reactive gas supply device (gas cylinder) 18 for supplying a reactive gas is connected to the reactive gas introduction system 17.
  • the reactive gas introduction system 17 includes piping for introducing reactive gas, a mass flow controller for controlling the flow rate of the inert gas, valves for shutting off and starting the gas flow, and A pressure reducing valve, a filter, and the like are configured as necessary, and a gas flow rate designated by a control device (not shown) can be flowed stably.
  • the reactive gas is supplied from the reactive gas supply device 18 and the flow rate of the reactive gas is controlled by the reactive gas introduction system 17 and then introduced into the vicinity of a substrate holder 7 that holds the substrate 10 described later.
  • the inert gas and the reactive gas are introduced into the vacuum vessel 2 and then sputtered particles are generated or used to form a film as will be described later.
  • the air is exhausted by the pump 48 and the dry pump 49.
  • a target holder 6 that holds the target 4 whose surface to be sputtered is exposed is held via a back plate 5, and a substrate 10 is held at a predetermined position where sputtered particles emitted from the target 4 reach.
  • a substrate holder 7 is provided.
  • the vacuum vessel 2 is provided with a pressure gauge 41 for measuring the pressure in the vacuum vessel 2.
  • the inner surface of the vacuum vessel 2 is grounded.
  • a grounded cylindrical shield 40 (a deposition shield member) is provided on the inner surface of the vacuum vessel 2 between the target holder 6 and the substrate holder 7, and the shield 40 (a deposition shield member) is a sputter particle. Is prevented from adhering directly to the inner surface of the vacuum vessel 2.
  • a magnet 13 for realizing magnetron sputtering is disposed behind the target 4 as viewed from the sputtering surface.
  • the magnet 13 is held by the magnet holder 3 and can be rotated by a magnet holder rotation mechanism (not shown). In order to make the erosion of the target uniform, the magnet 13 rotates during discharge.
  • the target 4 is installed at a position (offset position) obliquely above the substrate 10. That is, the center point of the sputtering surface of the target 4 is at a position that is shifted by a predetermined dimension with respect to the normal line of the center point of the substrate 10.
  • the target holder 6 is connected to a power supply 12 for applying sputtering discharge power.
  • the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1A includes a DC power source, but is not limited thereto, and may include, for example, an RF power source. When an RF power source is used, it is necessary to install a matching unit between the power source 12 and the target holder 6.
  • the target holder 6 is insulated from the vacuum vessel 2 by an insulator 34, and is made of a metal such as Cu, so that it becomes an electrode when DC or RF power is applied.
  • the target holder 6 has a water channel (not shown) inside, and is configured to be cooled by cooling water supplied from a water pipe (not shown).
  • the target 4 is composed of material components to be deposited on the substrate. Since it relates to the purity of the film, a high purity is desirable.
  • the back plate 5 installed between the target 4 and the target holder 6 is made of a metal such as Cu and holds the target 4.
  • a target shutter 14 is installed so as to cover the target holder 6.
  • the target shutter 14 has a double-rotation shutter structure that can open and close each shutter member independently.
  • the target shutter 14 is a shielding member (third shielding member) for closing the space between the substrate holder 7 and the target holder 6 or opening the space between the substrate holder 7 and the target holder 6. Function as.
  • the target shutter 14 is provided with a target shutter drive mechanism 33 so that the double shutter can be opened and closed separately.
  • a second shielding member having a ring shape (hereinafter also referred to as “substrate peripheral cover ring 21”) is provided on the surface of the substrate holder 7 and on the outer edge side (outer peripheral portion) of the mounting portion of the substrate 10. ing.
  • the substrate peripheral cover ring 21 prevents the sputtered particles from adhering to a place other than the film forming surface of the substrate 10 placed on the substrate holder 7.
  • the place other than the film formation surface includes the side surface and the back surface of the substrate 10 in addition to the surface of the substrate holder 7 covered by the substrate peripheral cover ring 21.
  • the substrate holder 7 is provided with a substrate holder drive mechanism 31 for moving the substrate holder 7 up and down or rotating at a predetermined speed.
  • the substrate holder drive mechanism 31 raises the substrate holder 7 toward the closed substrate shutter 19 (first shielding member) or lowers the substrate holder 7 with respect to the substrate shutter 19 (first shielding member).
  • the substrate holder 7 can be moved up and down.
  • a substrate shutter is arranged between the substrate holder 7 and the target holder 6 in the vicinity of the substrate 10.
  • the substrate shutter 19 is supported by the substrate shutter support member 20 so as to cover the surface of the substrate 10.
  • the substrate shutter drive mechanism 32 rotates the substrate shutter support member 20 to insert the substrate shutter 19 between the target 4 and the substrate 10 at a position near the surface of the substrate (closed state). By inserting the substrate shutter 19 between the target 4 and the substrate 10, the space between the target 4 and the substrate 10 is shielded.
  • the substrate shutter drive mechanism 32 drives the substrate shutter 19 to open and close in order to enter a closed state that shields between the substrate holder 7 and the target holder 6 or an open state that opens between the substrate holder 7 and the target holder 6. To do.
  • the substrate shutter 19 is configured to be retractable into the exhaust port 8. As shown in FIG. 1A, it is preferable to reduce the area of the apparatus if the retreat location of the substrate shutter 19 is accommodated in the conduit of the exhaust path to the turbo molecular pump 48 for high vacuum exhaust.
  • the substrate shutter 19 is made of stainless steel or aluminum alloy. Moreover, when heat resistance is calculated
  • the surface of the substrate shutter 19 is blasted by sandblasting or the like at least on the surface facing the target 4 to provide minute irregularities on the surface. By doing so, the film attached to the substrate shutter 19 is difficult to peel off, and particles generated by the peeling can be reduced.
  • a metal thin film may be formed on the surface of the substrate shutter 19 by metal spraying or the like.
  • the thermal spraying process is more expensive than only the blasting process, but there is an advantage that the deposited film can be removed together with the thermal sprayed film at the time of maintenance for removing the adhered film by removing the substrate shutter 19. Further, the stress of the sputtered film is relaxed by the sprayed thin film, and there is an effect of preventing the film from peeling.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of the substrate peripheral cover ring 21 facing the substrate shutter 19.
  • the substrate peripheral cover ring 21 is formed with a protrusion having a ring shape extending in the direction of the substrate shutter 19.
  • the substrate peripheral cover ring 21 has a ring shape, and concentric protrusions (protrusions 21 a and 21 b) are provided on the surface of the substrate peripheral cover ring 21 that faces the substrate shutter 19.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the substrate shutter 19 facing the substrate peripheral cover ring 21.
  • the substrate shutter 19 is formed with a protrusion having a ring shape extending in the direction of the substrate peripheral cover ring 21.
  • a protrusion (protrusion 19 a) is provided on the surface of the substrate shutter 19 facing the substrate peripheral cover ring 21. Note that the circumference of the protrusion 21a, the protrusion 19a, and the protrusion 21b is formed larger in this order.
  • the projection 19a and the projections 21a and 21b are fitted in a non-contact state at a position where the substrate holder is raised by the substrate holder driving mechanism 31.
  • the protrusion 19a and the protrusions 21a and 21b are fitted in a non-contact state.
  • the other protrusion 19a fits in the recess formed by the plurality of protrusions 21a and 21b in a non-contact state.
  • FIG. 1B is a block diagram of the main controller 100 for operating the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1A.
  • the main control unit 100 includes a power supply 12 for applying sputtering discharge power, an inert gas introduction system 15, a reactive gas introduction system 17, a substrate holder drive mechanism 31, a substrate shutter drive mechanism 32, a target shutter drive mechanism 33, and a pressure gauge. 41 and the gate valve are electrically connected to each other, and are configured to manage and control the operation of a film forming apparatus to be described later.
  • the storage device 63 provided in the main control unit 100 stores a control program for executing the conditioning according to the present invention, a method for forming a film on a substrate with pre-sputtering, and the like.
  • the control program is implemented as a mask ROM.
  • the control program can be installed in a storage device 63 configured by a hard disk drive (HDD) or the like via an external recording medium or a network.
  • HDD hard disk drive
  • the labyrinth seal referred to here is a kind of non-contact seal, in which the respective protrusions (the recesses formed by 21a and 21b and the protrusions formed by 19a) formed on the opposing surfaces are fitted. It is in a non-contact state, that is, a certain gap is formed between the concave and convex portions.
  • the opening (gap) between the substrate shutter 19 and the substrate holder 7 is shielded, so that the sputtered particles adhere to the surface of the substrate holder 7 and the like. Can be prevented.
  • FIG. 4B shows a state where the minimum distance that the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 do not come into contact with each other when the substrate shutter 19 is opened and closed (hereinafter referred to as “position B”) is shown. At the position B, the relationship of D1> H1 + H2 is satisfied.
  • FIG. 4C shows a state where the distance between the substrate shutter 19 and the substrate holder 7 is maximized (hereinafter referred to as “position C”).
  • the substrate can be transported to the substrate placement surface of the substrate holder 7 from the gap formed between the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 in the position C.
  • the position of the substrate peripheral cover ring 21 is moved by moving the substrate holder 7 up and down to adjust the distance between the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21.
  • the substrate shutter drive mechanism 32 may be configured to move the substrate shutter 19 up and down.
  • the substrate shutter drive mechanism 32 lowers the closed substrate shutter 19 (first shielding member) toward the substrate holder 7 on which the substrate peripheral covering 21 (second shielding member) is installed, or In order to raise the substrate holder 7, the substrate shutter 19 (first shielding member) can be moved up and down.
  • the substrate shutter drive mechanism 32 and the substrate holder drive mechanism 31 can move the substrate shutter 19 and the substrate holder 7 in the vertical direction to the position C.
  • the substrate shutter support member 20 opens and closes the substrate shutter 19 by a rotation operation.
  • a sliding mechanism such as a rail is used. It is also possible to slide the substrate shutter 19 in the lateral direction.
  • dust generation of a sliding mechanism such as a rail may cause a problem, and therefore a rotary shutter is more preferable.
  • the conditioning treatment means that discharge is performed in order to stabilize the film formation characteristics with the shutter 19 closed so as not to affect the film formation on the substrate, and the sputtered particles adhere to the inner wall of the chamber. Refers to processing.
  • the main control unit 100 instructs the substrate shutter drive mechanism 32 to close the substrate shutter 19.
  • the main control unit 100 instructs the target shutter drive mechanism 33 to close the target shutter 14.
  • the target shutter 14 and the substrate shutter 19 are closed.
  • the substrate holder 7 is placed at a position C which is a standby position.
  • the main control unit 100 instructs the substrate holder drive mechanism 31 to perform the ascending operation, so that the substrate holder 7 is positioned at the position where the labyrinth seal is formed from the position C (FIG. 4C) which is the standby position (FIG. 4C). It moves upward to position A (FIG. 4A)) (FIG. 5A).
  • the main control unit 100 closes the target shutter 14 with the inert gas (Ne, Kr, Xe in addition to Ar) from the inert gas introduction system 15 near the target.
  • a control device that controls the inert gas introduction system 15 is instructed to introduce it.
  • the pressure in the vicinity of the target becomes higher than that in the vicinity of the substrate, so that discharge is easily performed.
  • power is applied to the target from the power supply 12 to start discharging.
  • a labyrinth seal is formed between the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21, it is possible to prevent sputter particles from adhering to the substrate placement surface of the substrate holder 7.
  • the main control unit 100 drives the target shutter drive mechanism 33 to instruct to open the target shutter 14.
  • the conditioning to the inner wall of the chamber is started.
  • the sputtered particles that have jumped out of the target 4 adhere to the inner wall of the chamber and deposit a film.
  • the shield 40 is provided on the inner wall, the sputtered particles adhere to the surface of the shield 40 where the target is desired to deposit a film.
  • a labyrinth seal is formed between the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21, it is possible to prevent sputter particles from entering the substrate placement surface of the substrate holder 7. In this state, so-called conditioning is performed in which a film is formed on a component such as the inner wall of the chamber or a shield.
  • a reactive gas is introduced from the reactive gas introduction system 17 to the vicinity of the substrate at this time.
  • the main control unit 100 stops the discharge by stopping the application of power to the power supply 12 (FIG. 5D). At this time, the deposited film 51 is deposited on the shield 40, the target shutter 14, the substrate shutter 19, and other surfaces facing the target.
  • the main control unit 100 instructs the control device that controls the inert gas introduction system 15 to stop the supply of the inert gas.
  • the main control unit 100 instructs the reactive gas introduction system 17 to stop the supply of the reactive gas when the reactive gas is being supplied.
  • the main control unit 100 instructs the target shutter drive mechanism 33 to close the target shutter 14 (double rotation shutter).
  • the main controller 100 instructs the substrate holder drive mechanism 31 to move the substrate holder 7 from the position A to the position C, and the conditioning is completed.
  • the operation at the time of target cleaning for removing impurities and oxides attached to the target before film formation can be realized by the same procedure as the operation at the time of conditioning described above.
  • pre-sputtering operation and film formation on the substrate Next, with reference to FIGS. 6A to 6I, the operation of the film forming apparatus 1 when performing the pre-sputtering operation and the film formation on the substrate will be described. All the films on each substrate are pre-sputtered and then deposited on the substrate.
  • pre-sputtering refers to sputtering performed to stabilize the discharge with the shutter closed so as not to affect the film formation on the substrate.
  • the main control unit 100 instructs the substrate shutter drive mechanism 32 to close the substrate shutter 19 (to put it in the position A state).
  • the main control unit 100 instructs the target shutter drive mechanism 33 to close the target shutter 14 (double rotation shutter).
  • the target shutter 14 (double rotation shutter) and the substrate shutter 19 are closed (FIG. 6A).
  • the substrate holder 7 is placed at a position C which is a standby position.
  • the main control unit 100 opens the gate valve 42 on the chamber wall, and carries the substrate 10 from the gate valve 42 by substrate transfer means (not shown) outside the chamber. Instruct. Then, the substrate 10 is carried in between the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21, and the substrate mounting of the substrate holder 7 is performed in cooperation with the substrate transfer means outside the chamber and the lift mechanism (not shown) in the substrate holder. The substrate 10 is placed on the surface.
  • the main control unit 100 closes the gate valve 42 as shown in FIG. 6C, and moves the substrate holder 7 from the position C (FIG. 4C) to the position B (FIG. 4B) by the substrate holder drive mechanism 31.
  • the position B is preferably a point where the positional relationship between the target 4 and the substrate 10 is optimal from the viewpoint of film formation distribution and the like.
  • the main controller 100 rotates the substrate holder 7 by driving the substrate holder driving mechanism 31.
  • An inert gas (Ne, Kr, Xe in addition to Ar) is introduced from an inert gas introduction system 15 provided near the target.
  • the main control unit 100 applies power from the power source 12 to the target and starts discharging.
  • the substrate shutter 19 closed it is possible to prevent sputtered particles from adhering to the substrate.
  • the main control unit 100 After a discharge stabilization time of a predetermined time (3 to 15 seconds) for stabilizing the discharge, the main control unit 100 opens the target shutter 14 and starts pre-sputtering as shown in FIG. 6E. If an abnormality occurs such as when the discharge does not start at this time, the main control unit 100 can detect this by monitoring the discharge voltage current and stop the film forming sequence. When there is no problem, the target shutter 14 is opened as described above, so that the sputtered particles adhere to the inner wall of the chamber and a film is deposited. When film formation by reactive sputtering is performed, a reactive gas is introduced from the reactive gas introduction system 17 near the substrate at this time. Sputtered particles adhere to the shield surface of the inner wall shield 40 to deposit a film.
  • the substrate shutter 19 is closed, and the function of preventing the spattering of the sputtered particles is weaker at this position B than at the position A at the time of conditioning where the labyrinth seal is formed. Can be executed. That is, the pre-sputtering time is, for example, about 20 seconds at the longest from 5 seconds, which is very short compared with the conditioning time (several hundred to several thousand seconds), and is already on the substrate mounting surface of the substrate holder 7. Since the substrate 10 is placed, sputtered particles that slightly wrap around are not a problem in many cases.
  • the main controller 100 After performing the pre-sputtering for a necessary time as shown in FIG. 6F, the main controller 100 opens the substrate shutter 19 by the substrate shutter drive mechanism 32 and starts film formation on the substrate 10.
  • the main control unit 100 stops the discharge and stops the supply of the inert gas by stopping the application of power. Further, the main control unit 100 stops the supply of the reactive gas when the reactive gas is being supplied. The main control unit 100 closes the substrate shutter 19 and the target shutter 14 (double rotation shutter). As shown in FIG. 6H, the main control unit 100 moves the substrate holder 7 from the position B to the position C.
  • the gate valve (not shown) of the chamber is opened, the substrate is unloaded in the reverse order of loading, and the pre-sputtering and the film forming process on the substrate are completed.
  • a sputtering apparatus that prevents sputtered particles from adhering to the substrate mounting surface of the substrate holder when performing discharge for conditioning, pre-sputtering, and target cleaning. Is possible.
  • Modification 1 A modification of the labyrinth seal formed by the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 will be described with reference to FIGS. 7A to 7G.
  • FIG. 7A is an enlarged schematic view of the labyrinth seal formed by the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 in the apparatus shown in FIG. 1A.
  • the labyrinth seal can be formed between the substrate peripheral cover ring 21 and the substrate shutter 19 by the substrate shutter protrusion 19a provided opposite to the position between the substrate peripheral cover ring protrusions 21a and 21b. it can.
  • the substrate peripheral cover ring 21 has two protrusions (21a, 21b)
  • the bending of the seal space formed in the labyrinth shutter between the protrusion 19a of the substrate shutter 19 and the protrusions 21a, 21b is a broken line region 71. There are four places indicated by ⁇ 74.
  • the interval in the vertical direction of the labyrinth seal can be changed by controlling the vertical movement of the substrate holder 7.
  • the vertical movement of the substrate holder 7 is controlled by the main control unit 100 so that the substrate peripheral cover ring 21 and the substrate shutter 19 do not contact each other.
  • sputtered particles do not wrap around the substrate mounting location of the substrate holder 7, but particles are generated from the contact portion between the substrate peripheral cover ring 21 and the substrate shutter 19. It is not preferable. This is because the particles deteriorate the film quality of film formation on the processing substrate that is subsequently transported and processed, thereby deteriorating the device yield and characteristics.
  • the main control unit 100 When the substrate shutter 19 is opened and closed, the main control unit 100 operates the substrate holder driving mechanism 31 so that the protrusions (21a, 21b) of the substrate peripheral cover ring 21 do not contact the protrusions (19a) of the substrate shutter 19.
  • the substrate holder 7 is lowered to a position (position B or position C).
  • the control performed by the main control unit 100 so that the protrusions of the substrate shutter 19 and the protrusions of the substrate peripheral cover ring 21 do not collide (contact) is the same in the modified labyrinth seal described below.
  • the labyrinth seal is formed by a combination of protrusions and protrusions or grooves provided on the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21. At least one of the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 needs to be movable up and down. In the present embodiment, the position of the substrate peripheral cover ring 21 can be moved in the vertical direction by driving the substrate holder 7 in the vertical direction.
  • the number of protrusions on the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 must be at least one each. Preferably, the number of either projection is two or more from the viewpoint of preventing the sputtered particles from entering.
  • FIG. 7A corresponding to FIG. 1A illustrates a case where there is one protrusion of the substrate shutter 19 and two protrusions of the substrate peripheral cover ring 21.
  • FIG. 7B illustrates a case where there is one protrusion on each of the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21.
  • the substrate peripheral cover ring 21 has one protrusion (21a)
  • the bending of the seal space formed in the labyrinth shutter between the protrusion 19a of the substrate shutter 19 and the protrusion 21a is indicated by broken line areas 75 and 76. It will be two places.
  • FIG. 7C illustrates a case where the substrate shutter 19 has two protrusions (19a, 19b) and the substrate peripheral cover ring 21 has one protrusion (21a).
  • FIG. 7D illustrates a case where the substrate shutter 19 has two protrusions (19a, 19b) and the substrate peripheral cover ring 21 has two protrusions (21a, 21b).
  • the height of the protrusions may be different as shown in FIG. 7E.
  • the height H1 or H2 of the protrusion may be longer than the distance D1 of the flat surface between the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21.
  • FIG. 7E is an example in which H1 is larger than the distance D1.
  • FIG. 7E shows an example in which the projections provided on the substrate shutter 19 have different heights.
  • the present invention is not limited to this example, and the substrate peripheral cover ring 21 may have a different projection height. Is possible.
  • the corners of the projections of the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 and their bases do not have to be at right angles, and may be rounded for ease of processing and maintenance.
  • FIG. 7F there may be a configuration as shown in FIG. 7F in which either the substrate shutter 19 or the substrate peripheral cover ring 21 has a groove, and the other has a protrusion, which form a labyrinth seal relative to each other.
  • the substrate peripheral cover ring 21 has a function as a mask member (shadow ring) that prevents film formation on a portion other than the film formation surface of the substrate (end portion (outer peripheral portion) of the substrate) during film formation. Yes.
  • the substrate peripheral cover ring 21 may have a region overlapping with the end portion of the substrate. In this case, it is preferable that the substrate peripheral cover ring 21 is not in contact with the substrate 10 in order to prevent generation of particles.
  • Modification 2 In the above-described embodiment, an example in which a single target is used has been described. However, a sputtering apparatus for a plurality of targets as shown in FIG. 8 may be used. In this case, it is necessary to provide a plurality of target shutters 14 for each target in order to prevent contamination of one target due to adhesion of sputtered particles from the other target. By doing so, it is possible to operate so as to prevent contamination between targets.
  • Example 1 A description will be given of a case where the present invention is applied to prevent TiN peeling from the chamber wall by periodically forming Ti on the chamber wall during TiN film formation.
  • the apparatus uses the apparatus (FIG. 1A) described in the above embodiment.
  • the target 4 uses Ti.
  • the protrusions of the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 are those shown in FIG. 7A. In the state of FIG. 7A used in this embodiment, the number of protrusions of the substrate shutter 19 is one, and the number of protrusions of the substrate peripheral cover ring 21 is two.
  • the TiN film formation conditions at that time are as follows.
  • sccm As an inert gas, 20 sccm of Ar gas (sccm: an abbreviation of standard cc per minute, a unit of gas flow rate per minute converted into cm 3 units of 0 ° C. and 1 atm which is a standard state) N 2 gas 20 sccm, pressure 0.04 Pa, power 700 W, time 240 seconds.
  • sccm an abbreviation of standard cc per minute, a unit of gas flow rate per minute converted into cm 3 units of 0 ° C. and 1 atm which is a standard state
  • the wafer was unloaded, and 300 films were formed in the same manner. The wafer was unloaded and the process was completed.
  • the conditioning process was performed.
  • the height H1 of the projection of the substrate shutter 19 is one 10 mm
  • the height H2 of the substrate peripheral cover ring 21 is two 10 mm.
  • the height of the substrate shutter 19 and the substrate peripheral cover ring 21 is The distance D between the flat portions excluding the protrusions was 15 mm.
  • the substrate holder 7 is arranged so as to be in the state of the position A shown in FIG. 4A described above, Ar gas is 50 sccm, pressure is 0.04 Pa, discharge is started at a power of 1000 W, the target shutter 14 is opened, and the substrate shutter 19 is opened. With the closed, a conditioning discharge was performed for 2400 seconds.
  • the substrate is not placed on the substrate holder 7 during conditioning, but for the purpose of this experiment, a 300 mm Si bare substrate was placed on the substrate placement surface of the substrate holder 7 for discharge.
  • the 300 mm Si bare substrate placed on the substrate holder 7 is taken out, and the substrate is subjected to a total reflection X-ray fluorescence analyzer TXRF: total-reflection X-ray fluorescence (TREX630IIIx manufactured by Technos Co., Ltd.). Analysis of a portion 26 to 34 mm from the end revealed that the amount of Ti detected was below the detection limit.
  • TXRF total reflection X-ray fluorescence analyzer
  • Example 2 In order to investigate the effect when the shape of the labyrinth path of the labyrinth seal is different from that in the first embodiment, the substrate peripheral cover ring 21 having a different number of protrusions as shown in FIG. The experiment was conducted.
  • the substrate peripheral cover ring 21 (FIG. 7B) used in this example has one protrusion on the substrate shutter 19 and one protrusion on the substrate peripheral cover ring 21.
  • the amount of Ti detected was 2 ⁇ 10 10 atms / cm 2 .
  • the thickness of the Ti film of 5 nm is approximately 3 ⁇ 10 16 atms / cm 2 when calculated with a Ti density of 4.5. Therefore, it was confirmed that the number of sputtered particles traveling around the substrate mounting surface was much larger in the case of this comparative example having no labyrinth seal than in Examples 1 and 2 having the labyrinth seal.
  • Example 1 and 2 with a labyrinth seal the amount of Ti was significantly smaller than in the comparative example without a labyrinth seal. Further, when there are two protrusions of the substrate peripheral cover ring 21 of the first embodiment (four seal space bends), the case of the second embodiment has only one protrusion (two seal space bends). Also, the amount of Ti detected was small. When there are two protrusions on one side, that is, when there are four bends in the space of the labyrinth seal, the wrap around the atomic number level is more remarkable than when there is only one protrusion, ie, only two bends in the space of the labyrinth seal. The effect which prevents was acquired. 7C, FIG. 7D, FIG.
  • the labyrinth seal has four or more bends. That is, when the number of bends in the space of the labyrinth seal is four or more, it is estimated that the same effect as or more than that of the first embodiment can be obtained.

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Abstract

　スパッタリング装置は、真空容器内に設けられ、基板に成膜するためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、基板を載置する基板ホルダーと、基板ホルダーの近傍に配置され、基板ホルダーとターゲットホルダーとの間を遮蔽する閉状態、または基板ホルダーとターゲットホルダーとの間を開放する開状態にするための第１の遮蔽部材と、第１の遮蔽部材を開状態に、または閉状態に開閉駆動するための第１の開閉駆動部と、基板ホルダーの面上でかつ基板の外周部に設置されている、リング形状を有する第２の遮蔽部材と、第２の遮蔽部材が設置された基板ホルダーを、閉状態の第１の遮蔽部材に向けて接近させるために、基板ホルダーを可動させるための駆動部と、を備え、第１の遮蔽部材には、第２の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第１の突起部が形成されており、第２の遮蔽部材には、第１の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第２の突起部が形成されており、駆動部により基板ホルダーが接近した位置で、第１の突起部と第２の突起部とが、非接触の状態で嵌り合う。

Description

スパッタリング装置
　本発明は、半導体装置や磁性記憶媒体などの製造工程において、基板に材料を堆積するために用いられるスパッタリング装置に関する。
　基板に薄膜を堆積させるスパッタリング装置は、真空に排気された真空容器と、真空容器内において、基板に堆積すべき材料で作られたターゲットとよばれる蒸着源を保持するターゲットホルダーと、基板を支持する基板ホルダーとを有する。基板に薄膜を堆積させる工程において、スパッタリング装置は、真空容器内にＡｒ等のガスを導入し、さらにターゲットに高電圧を印加してプラズマを発生させる。放電プラズマ中の荷電粒子によるターゲットのスパッタ現象を利用してターゲット材料を基板ホルダーに支持された基板に付着させる。
　プラズマ中の正イオンが負の電位のターゲット材料に入射すると、ターゲット材料からターゲット材料の原子分子が弾き飛ばされる。これをスパッタ粒子と呼ぶ。このスパッタ粒子が基板に付着してターゲット材料を含む膜が形成される。スパッタリング装置では、通常、ターゲット材料と基板との間に、シャッターと呼ばれる開閉自在な遮蔽板が設けられている。
　シャッターは主に以下の３つの目的に用いられる。第一の目的として、放電が安定するまで、スパッタ粒子が飛散するのを防止するためにシャッターは用いられる。具体的には、スパッタリング装置において、プラズマは、高電圧印加と同時に生成されるものではなく、通常は電圧印加から0.1秒程度の遅延時間をもって生成されたり、あるいは電圧を印加してもプラズマが生成されなかったり、生成されても放電開始直後にはプラズマが不安定である等の現象が起きる。これらの現象により、安定した膜厚や膜質で成膜ができないという問題が生じる。この問題を回避するために、シャッターが閉じられた状態で放電を開始し、放電が安定した後にシャッターを開けて、基板へスパッタ粒子が堆積するようにする、所謂プリスパッタを実施するためにシャッターが用いられる。
　第二の目的として、シャッターは、コンディショニングを行なうために用いられる。コンディショニングとは、基板へ成膜する目的ではなく、特性安定のために行なわれる放電のことである。
　例えば、生産のための連続成膜の開始前に、真空容器内部の雰囲気を安定させるために連続成膜条件と同じ条件の放電が行なわれる。特に、導入するガスを、窒素や酸素などの反応性ガスあるいは反応性ガスとＡｒの混合ガスとしターゲット材料の酸化物や窒化物を堆積する反応性スパッタ法の場合には、安定な堆積のために、真空容器内面を連続成膜で成膜するのと同じ状態にしておくことが重要である。
　しかし、スパッタ粒子は真空容器内面のみならず、基板ホルダーの基板載置面にも付着する。ターゲットのスパッタ面からみて基板ホルダーの基板載置面を隠し、真空容器内面は隠さないように基板ホルダー付近に設けられたシャッターを用いて、シャッターを閉じて基板載置面には膜がつかないようにしながら、不活性ガスと反応性ガスを真空容器内に導入してから放電を行なう。これにより、真空容器内面に窒化物や酸化物が付着する。あらかじめ真空容器内面に窒化物や酸化物を十分付着させてから、基板への堆積を開始することで、堆積する薄膜の膜質を安定化させることができる。
　コンディショニングはまた、生産のための連続成膜の途中で、生産条件とは異なる条件で放電する場合もある。例えば反応性スパッタ法により基板上へ応力の強い膜の堆積を連続して行なうと、真空容器内部の防着シールド等に付着した膜が剥がれてパーティクルとなるため、これを防止するために、非反応性スパッタ法による金属膜の成膜が定期的に実施されることがある。例えばＴｉＮを連続成膜する場合には、定期的にＴｉ成膜のコンディショニングが行なわれる。ＴｉＮのみを連続成膜すると真空容器内部の防着シールド等に付着したＴｉＮ膜が剥がれてしまうが、定期的にＴｉ成膜のコンディショニングを行なうと、これを防止することができる。
　第三の目的として、生産のための連続成膜を行う前に、汚染又は酸化したターゲット表面を予めスパッタして、ターゲットの汚染又は酸化した部分を除去する際にシャッターは用いられる。具体的には、ターゲットを製造する際その最終工程において旋盤等の機械加工によりターゲットの成形が行われる。このとき研削工具から発生する汚染物質がターゲット表面に付着したり、あるいはターゲットの輸送中にターゲット表面が酸化したりしてしまうため、成膜の前にターゲット表面を十分にスパッタし、清浄なターゲットの表面を露出させることが必要とされる。こうした場合、汚染又は酸化されたターゲット粒子が基板ホルダーの基板設置面に付着しないようにシャッターを閉じた状態でスパッタを行なう、所謂ターゲットクリーニングのためにシャッターが用いられる。
　ところで、近年のデバイスの高性能化要求を背景に、スパッタリング工程において半導体基板裏面に付着したターゲット材料が次工程以降に持ち込まれて次工程以降の装置を汚染させたり、あるいは基板裏面に付着したターゲット材料が剥がれ落ちたりして、デバイス性能を悪化させる問題がおきている。ここで、基板裏面を媒体とした他装置への汚染は、基板が置かれる部分の基板ホルダー表面へのターゲット材料の付着量が例えば１×１０11atms/cm2程度の極めて微量であっても影響が大きいので、厳重な管理が要求されている。
　この問題は、シャッターを閉じていてもシャッターの周囲には隙間があるため、微量なスパッタ粒子が隙間を通過するために発生する。すなわち、コンディショニングやターゲットクリーニング中に基板ホルダーにスパッタ粒子が付着し、そして著しい場合には膜が堆積し、これが基板裏面に付着し基板の汚染となるばかりでなく、これが次工程に輸送されるため、他の製造装置を汚染させることによるものである。
　ターゲットクリーニング時やプリスパッタ時のスパッタ粒子の廻り込みの問題を回避するための技術としては、例えば、特許文献１には、ターゲット周囲に筒型のカソードカバーを設置し、カソードカバーの開口部にシャッターを設ける技術が開示されている。この方法はスパッタ粒子の廻り込みを防止する手段として有効ではある。
　また、特許文献２や特許文献３には、基板とターゲット又は基板と蒸着源の間に２枚のシャッターを持つ装置が開示されている。
特開平８－２６９７０５号公報 特開２００２－３０２７６３号公報 特開平８－７８７９１号公報
　しかし、特許文献１における装置においては、シャッターを筒型カバーと接触させ放電させると、シャッターを開閉したときにシャッターに付着した膜が筒型カバーの先端と接触して、剥がされてしまい、パーティクルとなってしまう。また、そもそもシャッターと筒型カバーの接触部にも膜がつくため、シャッターと筒型カバーを離したとたんに接触部付近の膜が断裂して剥離してパーティクルとなるため、パーティクルが発生しないようにシャッターを開閉することが困難であった。このパーティクルを防ぐためには筒とシャッターを接触させない程度にわずかに離して設置する必要があった。このため原子数レベルのスパッタ粒子の廻り込みを防ぐことが出来なかった。
　また、特許文献２及び３においては、安定な状態で成膜が開始できる利点はあるが、近年要求される微量レベルの、基板ホルダーの基板載置面に対して、スパッタ粒子の廻り込みの問題を解決するものではなかった。
　従来の方法では、近年要求されるレベルの汚染防止に対しては不十分であった。
　上記の従来技術の問題に鑑み、本発明は、コンディショニング、プリスパッタおよびターゲットクリーニングを目的とする放電を行なう際、スパッタ粒子が基板ホルダーの基板載置面に付着するのを防止するスパッタリング装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成する本発明にかかるスパッタリング装置は、
　真空容器内に設けられ、基板に成膜するためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、
　前記基板を載置する基板ホルダーと、
　前記基板ホルダーの近傍に配置され、前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を遮蔽する閉状態、または前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を開放する開状態にするための第１の遮蔽部材と、
　前記第１の遮蔽部材を前記開状態に、または前記閉状態に開閉駆動するための第１の開閉駆動手段と、
　前記基板ホルダーの面上でかつ前記基板の外周部に設置されている、リング形状を有する第２の遮蔽部材と、
　前記第２の遮蔽部材が設置された前記基板ホルダーを、前記閉状態の前記第１の遮蔽部材に向けて接近させるために、前記基板ホルダーを可動させるための駆動手段と、を備え、
　前記第１の遮蔽部材には、前記第２の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第１の突起部が形成されており、
　前記第２の遮蔽部材には、前記第１の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第２の突起部が形成されており、
　前記駆動手段により前記基板ホルダーが接近した位置で、前記第１の突起部と前記第２の突起部とが、非接触の状態で嵌り合うことを特徴とする。
　あるいは、本発明にかかるスパッタリング装置は、
　真空容器内に設けられ、基板に成膜するためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、
　前記基板を載置する基板ホルダーと、
　前記基板ホルダーの近傍に配置され、前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を遮蔽する閉状態、または前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を開放する開状態にするための第１の遮蔽部材と、
　前記第１の遮蔽部材を前記開状態に、または前記閉状態に開閉駆動するための第１の開閉駆動手段と、
　　前記基板ホルダーの面上でかつ前記基板の外周部に設置されている、リング形状を有する第２の遮蔽部材と、
　前記閉状態の前記第１の遮蔽部材を、前記第２の遮蔽部材が設置された前記基板ホルダーに向けて接近させるために、前記第１の遮蔽部材を可動させるための駆動手段と、を備え、
　前記第１の遮蔽部材には、前記第２の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第１の突起部が形成されており、
　前記第２の遮蔽部材には、前記第１の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第２の突起部が形成されており、
　前記駆動手段により前記第１の遮蔽部材が接近した位置で、前記第１の突起部と前記第２の突起部とが、非接触の状態で嵌り合うことを特徴とする。
　本発明によれば、コンディショニング、プリスパッタおよびターゲットクリーニングを目的とする放電を行なう際、スパッタ粒子が基板ホルダーの基板載置面に付着するのを防止するスパッタリング装置の提供が可能になる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の実施形態にかかる成膜装置１の概略図である。 図１Ａで示した成膜装置１を動作させるための主制御部１００のブロック図である。 基板周辺カバーリング２１に対向した基板シャッター１９の概略を示す図である。 基板シャッター１９に対向した基板周辺カバーリング２１の概略を示す図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との位置関係を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との位置関係を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との位置関係を説明する図である。 コンディショニングにおける成膜装置の動作手順を説明する図である。 コンディショニングにおける成膜装置の動作手順を説明する図である。 コンディショニングにおける成膜装置の動作手順を説明する図である。 コンディショニングにおける成膜装置の動作手順を説明する図である。 コンディショニングにおける成膜装置の動作手順を説明する図である。 コンディショニングにおける成膜装置の動作手順を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置の動作を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。　基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する図である。 本発明の実施形態にかかる成膜装置１の変形例を示す概略図である。
　以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
　図１Ａ、図１Ｂ、図２、及び図３を参照して、スパッタリング装置（以下、「成膜装置」ともいう）の全体構成について説明する。図１Ａは、本発明の実施形態にかかる成膜装置１の概略図である。成膜装置１は、真空容器２と、排気ポート８を通じて真空容器２内を排気するターボ分子ポンプ４８とドライポンプ４９とを有する真空排気装置と、真空容器２内へ不活性ガスを導入することのできる不活性ガス導入系１５と、反応性ガスを導入することのできる反応性ガス導入系１７と、を備えている。
　排気ポート８は、例えば矩形断面の導管であり、真空容器２とターボ分子ポンプ４８との間を繋いでいる。排気ポート８とターボ分子ポンプ４８の間には、メンテナンスを行うときに、成膜装置１とターボ分子ポンプ４８との間を遮断するためのメインバルブ４７が設けられている。
　不活性ガス導入系１５には、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給装置（ガスボンベ）１６が接続されている。不活性ガス導入系１５は、不活性ガスを導入するための配管と、不活性ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー、ガスの供給を遮断したり開始したりするためのバルブ類と、そして必要に応じて減圧弁やフィルターなどから構成されており、図示しない制御装置により指定されるガス流量を安定して流すことができる構成となっている。不活性ガスは、不活性ガス供給装置１６から供給され不活性ガス導入系１５で流量制御されたのち、後述のターゲット４の近傍に導入されるようになっている。
　反応性ガス導入系１７には反応性ガスを供給するための反応性ガス供給装置（ガスボンベ）１８が接続されている。反応性ガス導入系１７は、反応性ガスを導入するための配管と、不活性ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー、ガスの流れを遮断したり開始したりするためのバルブ類と、そして必要に応じて減圧弁やフィルターなどから構成されており、図示しない制御装置により指定されるガス流量を安定に流すことができる構成となっている。
　反応性ガスは、反応性ガス供給装置１８から供給され反応性ガス導入系１７で流量制御されたのち、後述の基板１０を保持する基板ホルダー７の近傍に導入されるようになっている。不活性ガスと反応性ガスとは、真空容器２に導入されたのち、後述のようにスパッタ粒子を発生させ、あるいは膜を形成するために使用されたのち、排気ポート８を通過してターボ分子ポンプ４８とドライポンプ４９とによって排気される。
　真空容器２内には、被スパッタ面が露出しているターゲット４をバックプレート５を介して保持するターゲットホルダー６と、ターゲット４から放出されたスパッタ粒子が到達する所定の位置に基板１０を保持する基板ホルダー７と、が設けられている。また、真空容器２には、真空容器２の圧力を測定するための圧力計４１が設けられている。真空容器２の内面は接地されている。ターゲットホルダー６と基板ホルダー７との間の真空容器２の内面には接地された筒状のシールド４０（防着シールド部材）が設けられており、シールド４０（防着シールド部材）は、スパッタ粒子が真空容器２の内面に直接付着するのを防止している。
　スパッタ面から見たターゲット４の背後には、マグネトロンスパッタリングを実現するためのマグネット１３が配設されている。マグネット１３は、マグネットホルダー３に保持され、図示しないマグネットホルダー回転機構により回転可能となっている。ターゲットのエロージョンを均一にするため、放電中には、このマグネット１３は回転している。
　ターゲット４は、基板１０に対して斜め上方に配置された位置（オフセット位置）に設置されている。すなわち、ターゲット４のスパッタ面の中心点は、基板１０の中心点の法線に対して所定の寸法ずれた位置にある。ターゲットホルダー６には、スパッタ放電用電力を印加する電源１２が接続されている。図１Ａに示す成膜装置１は、ＤＣ電源を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、ＲＦ電源を備えていてもよい。ＲＦ電源を用いた場合には電源１２とターゲットホルダー６との間に整合器を設置する必要がある。
　ターゲットホルダー６は、絶縁体３４により真空容器２から絶縁されており、またＣｕ等の金属製であるのでＤＣ又はＲＦの電力が印加された場合には電極となる。なお、ターゲットホルダー６は、図示しない水路を内部に持ち、図示しない水配管から供給される冷却水により冷却可能に構成されている。ターゲット４は、周知のとおり、基板へ成膜したい材料成分から構成される。膜の純度に関係するため、高純度のものが望ましい。ターゲット４とターゲットホルダー６の間に設置されているバックプレート５は、Ｃｕ等の金属から出来ており、ターゲット４を保持している。
　ターゲットホルダー６の近傍には、ターゲットシャッター１４がターゲットホルダー６を覆うように設置されている。ターゲットシャッター１４は、それぞれのシャッター部材を独立して開閉することが可能な２重回転シャッターの構造を有している。ターゲットシャッター１４は、基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を遮蔽する閉状態、または基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を開放する開状態にするための遮蔽部材（第３の遮蔽部材）として機能する。また、ターゲットシャッター１４には、二重シャッターを別々に開閉可能なように、ターゲットシャッター駆動機構３３が設けられている。
　基板ホルダー７の面上で、かつ基板１０の載置部分の外縁側（外周部）には、リング形状を有する第２の遮蔽部材（以下、「基板周辺カバーリング２１」ともいう）が設けられている。基板周辺カバーリング２１は、基板ホルダー７上に載置された基板１０の成膜面以外の場所へスパッタ粒子が付着することを防止している。ここで、成膜面以外の場所とは、基板周辺カバーリング２１によって覆われる基板ホルダー７の表面のほかに、基板１０の側面や裏面が含まれる。基板ホルダー７には、基板ホルダー７を上下動したり、所定の速度で回転したりするための基板ホルダー駆動機構３１が設けられている。基板ホルダー駆動機構３１は、基板ホルダー７を、閉状態の基板シャッター１９（第１の遮蔽部材）に向けて上昇させ、または基板シャッター１９（第１の遮蔽部材）に対して降下させるために、基板ホルダー７を上下動させることが可能である。
　基板１０の近傍で、基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間には、基板シャッターが配置されている。基板シャッター１９は、基板シャッター支持部材２０により基板１０の表面を覆うように支持されている。基板シャッター駆動機構３２は基板シャッター支持部材２０を回転させることにより、基板の表面付近の位置において、ターゲット４と基板１０との間に基板シャッター１９が挿入される（閉状態）。基板シャッター１９がターゲット４と基板１０との間に挿入されることによりターゲット４と基板１０との間は遮蔽される。また、基板シャッター駆動機構３２の動作によりターゲットホルダー６（ターゲット４）と基板ホルダー７（基板１０）との間から基板シャッター１９が退避すると、ターゲットホルダー６（ターゲット４）と基板ホルダー７（基板１０）との間は開放される（開状態）。基板シャッター駆動機構３２は、基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を遮蔽する閉状態、または基板ホルダー７とターゲットホルダー６との間を開放する開状態にするために、基板シャッター１９を開閉駆動する。
　基板シャッター１９は排気ポート８の中に退避可能に構成されている。図１Ａに示すように基板シャッター１９の退避場所が高真空排気用のターボ分子ポンプ４８までの排気経路の導管に納まるようにすれば、装置面積を小さく出来て好適である。
　基板シャッター１９はステンレスやアルミニウム合金により構成させている。また、耐熱性が求められる場合はチタンあるいはチタン合金で構成されることもある。基板シャッター１９の表面は、少なくともターゲット４に向いた面には、サンドブラスト等によりブラスト加工され表面に微小な凸凹が設けられている。こうすることで、基板シャッター１９に付着した膜が剥離しにくくなっており、剥離により発生するパーティクルを低減させることができる。なお、ブラスト加工の他に、金属溶射処理等で金属薄膜を基板シャッター１９の表面に作成しても良い。この場合、溶射処理はブラスト加工のみよりも高価だが、基板シャッター１９を取り外して付着した膜を剥離するメンテナンス時、溶射膜ごと付着膜を剥離すれば良いという利点がある。また、スパッタされた膜の応力が溶射薄膜により緩和され、膜の剥離を防止する効果もある。
　次に、図２及び図３を参照して、基板周辺カバーリング２１及び基板シャッター１９の形状を詳細に説明する。図３は、基板シャッター１９に対向した基板周辺カバーリング２１の概略を示す図である。基板周辺カバーリング２１には、基板シャッター１９の方向に伸びたリング形状を有する突起部が形成されている。このように、基板周辺カバーリング２１はリング状であり、そして基板周辺カバーリング２１の基板シャッター１９に対向した面には、同心円状の突起部（突起２１ａ、２１ｂ）が設けられている。
　図２は、基板周辺カバーリング２１に対向した基板シャッター１９の概略を示す図である。基板シャッター１９には、基板周辺カバーリング２１の方向に伸びたリング形状を有する突起部が形成されている。基板周辺カバーリング２１に対向した基板シャッター１９の面には突起部（突起１９ａ）が設けられている。なお、突起２１ａ、突起１９ａ、突起２１ｂの順に、その円周は大きく形成されている。
　基板ホルダー駆動機構３１により基板ホルダーが上昇した位置で、突起１９ａと突起２１ａ、２１ｂとが、非接触の状態で嵌り合う。あるいは、基板シャッター駆動機構３２により基板シャッター１９が降下した位置で、突起１９ａと突起２１ａ、２１ｂとが、非接触の状態で嵌り合う。この場合、複数の突起２１ａ、２１ｂにより形成される凹部に、他方の突起１９ａが非接触の状態で嵌り合う。
　図１Ｂは、図１Ａで示した成膜装置１を動作させるための主制御部１００のブロック図である。主制御部１００は、スパッタ放電用電力を印加する電源１２、不活性ガス導入系１５、反応性ガス導入系１７、基板ホルダー駆動機構３１、基板シャッター駆動機構３２、ターゲットシャッター駆動機構３３、圧力計４１、及びゲートバルブとそれぞれ電気的に接続されており、後述する成膜装置の動作を管理し、制御できるように構成されている。
　なお、主制御部１００に具備された記憶装置６３には、本発明に係るコンディショニング、およびプリスパッタを伴う基板への成膜方法等を実行する制御プログラムが格納されている。例えば、制御プログラムは、マスクＲＯＭとして実装される。あるいは、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などにより構成される記憶装置６３に、外部の記録媒体やネットワークを介して制御プログラムをインストールすることも可能である。
　次に、図４Ａ乃至４Ｃを参照して、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との位置関係を説明する。図４Ａは、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１とは接近して、その相対した面の突起部が組み合わさることで、ラビリンスシールが形成された状態（以後、「位置Ａ」と称す。）を示している。なお、ここでいうラビリンスシールとは、非接触シールの一種であり、対向する面に形成されたそれぞれの突起部（２１ａ、２１ｂにより形成される凹部と、１９ａにより形成される凸部）が嵌りあった状態で、非接触の状態、すなわち、凹部と凸部との間に一定の隙間が形成されたものをいう。突起部（凹部と凸部）が嵌り合うことにより、基板シャッター１９と基板ホルダー７との間の開口部（隙間）が遮蔽されるので、基板ホルダー７の表面等にスパッタ粒子が付着するのを防止することができる。
　図４Ａに示す、　ラビリンスシールが形成された状態（位置Ａ）において、基板シャッター１９の平坦面に対する突起の高さをＨ１、基板周辺カバーリング２１の平坦面に対する突起の高さをＨ２、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との平坦面の間の距離をＤ１とする。このとき、ラビリンスシールが形成された状態（位置Ａ）では、Ｄ１＜Ｈ１＋Ｈ２の関係が満たされる。
　位置Ａのラビリンスシールが形成された状態では、基板シャッター１９の突起１９ａ、基板周辺カバーリング２１ａ、２１ｂの３つの突起が互いに嵌め合った状態になっている。なお、後述するように、この状態で、コンディショニング処理を行なうので、基板ホルダー７の表面にスパッタ粒子が付着するのを防止することができる。
　図４Ｂは、基板シャッター１９の開閉時に、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１が接触しない最小限度の距離が保たれた状態（以後、「位置Ｂ」と称す。）を示している。位置Ｂにおいて、Ｄ１＞Ｈ１＋Ｈ２の関係が満たされる。
　図４Ｃは、基板シャッター１９と基板ホルダー７との間の距離が最大限度に広がった状態（以後、「位置Ｃ」と称す。）を示している。位置Ｃの状態にある基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との間に形成される間隙から、基板を基板ホルダー７の基板載置面に搬送することができる。なお、本実施形態では、基板ホルダー７を上下動することにより基板周辺カバーリング２１の位置を動かし、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の間隔の調整をおこなっているが、この例に限定されず、例えば、基板シャッター駆動機構３２が基板シャッター１９を上下動するように構成してもよい。すなわち、基板シャッター駆動機構３２は、閉状態の基板シャッター１９（第１の遮蔽部材）を、基板周辺カバーリング２１（第２の遮蔽部材）が設置された基板ホルダー７に向けて降下させ、または基板ホルダー７に対して上昇させるために、基板シャッター１９（第１の遮蔽部材）を上下動させることが可能である。
　あるいは、基板シャッター駆動機構３２及び基板ホルダー駆動機構３１が基板シャッター１９と、基板ホルダー７とを、それぞれ上下方向に動かして、位置Ｃの状態にすることも可能である。
　本実施形態では基板シャッター支持部材２０は、回転動作により基板シャッター１９を開閉しているが、ターゲット４と基板１０との間を開閉することができれば、例えば、レールなどの摺動機構等を用いて、横方向へ基板シャッター１９をスライドさせることも可能である。ただし、基板シャッター１９をスライドさせる場合、レールなどの摺動機構等の発塵が問題となることもあるので、回転式のシャッターの方が、より望ましい。
　（コンディショニング時の動作）
　次に、図５Ａ乃至５Ｆを参照して、コンディショニング時における成膜装置１の動作を説明する。なお、ここでコンディショニング処理とは、基板への成膜に影響しないように、シャッター１９を閉じた状態で、成膜特性を安定させるために放電を行い、スパッタ粒子をチャンバーの内壁等に付着させる処理をいう。
　まず、主制御部１００は、基板シャッター駆動機構３２に基板シャッター１９を閉鎖するように指示する。次に、主制御部１００は、ターゲットシャッター駆動機構３３にターゲットシャッター１４を閉鎖するように指示する。主制御部１００の指示により、ターゲットシャッター１４と、基板シャッター１９と、が閉じた状態になる。この状態で、基板ホルダー７は、待機位置である位置Ｃに配置しておく。
　続いて、主制御部１００は、基板ホルダー駆動機構３１に上昇動作を実施するように指示することにより、基板ホルダー７は待機位置である位置Ｃ（図４Ｃ）からラビリンスシールが形成される位置（位置Ａ（図４Ａ））へ上昇移動する（図５Ａ）。
　次に、主制御部１００は、図５Ｂに示すように、ターゲットシャッター１４を閉じた状態で、ターゲット付近の不活性ガス導入系１５から、不活性ガス（Ａｒの他Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）を導入するように、不活性ガス導入系１５を制御する制御装置に指示する。この際、図５Ｂに示すようにターゲット付近へ不活性ガスを導入することで、ターゲット付近の圧力は基板付近と比較して高くなるため、放電し易い状態になっている。この状態で、電源１２よりターゲットへ電力を印加し、放電を開始する。この際、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との間にはラビリンスシールが形成されているので、基板ホルダー７の基板載置面へスパッタ粒子が付着するのを防止することができる。
　次に、主制御部１００は、図５Ｃに示すように、ターゲットシャッター駆動機構３３を駆動させ、ターゲットシャッター１４を開くように指示する。これにより、チャンバーの内壁へのコンディショニングが開始される。ターゲット４から飛び出したスパッタ粒子がチャンバーの内壁に付着して膜が堆積される。なお、内壁にシールド４０が設けられている場合には、ターゲットを望むシールド４０の表面にスパッタ粒子が付着して膜が堆積される。ただし基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との間にはラビリンスシールが形成されているので、基板ホルダー７の基板載置面にスパッタ粒子が廻り込むのを防止することができる。この状態で、チャンバーの内壁又はシールド等の構成部材に膜を形成する、いわゆるコンディショニングを行なう。このようにしてコンディショニングを行なうことで、シャッター開放時におけるスパッタ粒子と反応性ガスの反応を安定させることができる。なお、反応性スパッタ放電によるコンディショニングを行ないたいときは、このとき反応性ガス導入系１７から基板付近へ反応性ガスを導入する。
　所定時間放電したのち、主制御部１００は、電源１２に対して電力の印加を停止させることで、放電を停止する（図５Ｄ）。このとき、シールド４０、ターゲットシャッター１４、基板シャッター１９、その他のターゲットに面していた面には、堆積膜５１が堆積された状態になっている。
　次に、図５Ｅに示すように、主制御部１００は、不活性ガス導入系１５を制御する制御装置に対して、不活性ガスの供給を停止するように指示する。主制御部１００は、反応性ガスを供給しているときは反応性ガスの供給も停止するように反応性ガス導入系１７に指示する。その後、主制御部１００は、ターゲットシャッター１４（２重回転シャッター）を閉鎖するようにターゲットシャッター駆動機構３３に指示する。
　主制御部１００は、図５Ｆに示すように、基板ホルダー７を位置Ａから位置Ｃの状態に移動するように基板ホルダー駆動機構３１に指示し、コンディショニングが完了する。
　以上の手順により、基板ホルダー７の基板載置面へのスパッタ粒子の廻り込みを防止して、コンディショニングを行なうことができる。
　なお、成膜以前にターゲットに付着した不純物や酸化物を除去する、ターゲットクリーニング時の動作は、上述したコンディショニング時の動作と同様の手順により実現することができる。
　（プリスパッタ動作および基板への成膜）
　次に、図６Ａ乃至６Ｉを参照して、プリスパッタ動作および基板上への成膜を行う場合の成膜装置１の動作を説明する。基板それぞれの成膜はすべて、プリスパッタを行なってから、基板上への成膜を行なう。ここで、プリスパッタとは、基板への成膜に影響しないように、シャッターが閉じた状態で、放電を安定させるために行なうスパッタのことをいう。
　まず、主制御部１００は、基板シャッター駆動機構３２に基板シャッター１９を閉鎖する（位置Ａの状態にする）ように指示する。次に、主制御部１００は、ターゲットシャッター駆動機構３３にターゲットシャッター１４（２重回転シャッター）を閉鎖するように指示する。これにより、ターゲットシャッター１４（２重回転シャッター）と、基板シャッター１９と、が閉じた状態になる（図６Ａ）。この状態で、基板ホルダー７は、待機位置である位置Ｃに配置しておく。
　次に、主制御部１００は、図６Ｂに示すように、チャンバー壁のゲートバルブ４２を開放し、このゲートバルブ４２から、チャンバー外の基板搬送手段（不図示）によって基板１０を搬入するように指示する。そして基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との間から基板１０を搬入し、さらにチャンバー外の基板搬送手段と基板ホルダー内のリフト機構（不図示）との協同により、基板ホルダー７の基板載置面へ基板１０を載置する。
　主制御部１００は、図６Ｃに示すようにゲートバルブ４２を閉め、基板ホルダー駆動機構３１によって基板ホルダー７を位置Ｃ（図４Ｃ）から位置Ｂ（図４Ｂ）の状態に移動させる。位置Ｂは、ターゲット４と基板１０の位置関係が成膜分布等の点から最適であるような点であることが好ましい。
　続いて、主制御部１００は、図６Ｄに示すように、基板ホルダー駆動機構３１を駆動することにより、基板ホルダー７を回転させる。ターゲット付近に設けられた不活性ガス導入系１５から、不活性ガス（Ａｒの他Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）を導入する。主制御部１００は、ターゲットへ電源１２より電力を印加し、放電を開始する。このように、基板シャッター１９を閉じた状態で、スパッタを開始することにより、基板へスパッタ粒子が付着するのを防止することができる。
　放電を安定させる所定時間（３～１５秒間）の放電安定時間のあと、主制御部１００は、図６Ｅに示すように、ターゲットシャッター１４を開き、プリスパッタを開始する。なお、このとき放電が開始しないなど異常が発生した場合には、主制御部１００は、放電電圧電流の監視により、それを検知し、成膜シーケンスを停止することができる。問題が無いときには前述の通りターゲットシャッター１４が開かれるので、スパッタ粒子がチャンバーの内壁に付着して膜が堆積される。反応性スパッタによる成膜を行なう場合には、このとき基板付近の反応性ガス導入系１７から反応性ガスを導入する。内壁のシールド４０のシールド表面にスパッタ粒子が付着して膜が堆積される。
　基板シャッター１９は閉じられており、ラビリンスシールが形成されているコンディショニング時の位置Ａよりもこの位置Ｂではスパッタ粒子の廻り込みを防ぐ機能は弱いが、その後の基板シャッター１９の開放動作を迅速に実行することができる。つまり、プリスパッタの時間は、例えば、５秒から長くとも２０秒程度であり、コンディショニング時間（数百秒から数千秒）に比べてとても短く、さらに基板ホルダー７の基板載置面には既に基板１０が載置されているので、わずかに廻り込むスパッタ粒子は、多くの場合問題とはならない。なお、もしもわずかに廻り込むスパッタ粒子が成膜に対して問題となる場合には、このプリスパッタの間、基板シャッター１９を位置Ａとしておくと、プリスパッタ中のスパッタ粒子の廻り込みを防ぎ、さらに高品位の膜が成膜できる。この状態で、チャンバーの内壁やシールド等の内部部品に成膜時と同じ膜を形成しながら放電雰囲気の安定を待つ、すなわちプリスパッタ放電を行なう。
　図６Ｆに示すように必要な時間だけプリスパッタを行なった後、主制御部１００は、基板シャッター駆動機構３２により基板シャッター１９を開けて、基板１０への成膜を開始する。
　図６Ｇに示すように、所定の時間放電したのち、主制御部１００は、電力の印加を止めることで、放電を停止するとともに、不活性ガスの供給を停止する。さらに主制御部１００は、反応性ガスを供給しているときは反応性ガスの供給も停止する。主制御部１００は、基板シャッター１９とターゲットシャッター１４（２重回転シャッター）を閉鎖する。図６Ｈに示すように、主制御部１００は、基板ホルダー７を位置Ｂから位置Ｃの状態に移動させる。
　図６Ｉに示すように、チャンバーの図示しないゲートバルブを開け、搬入時と逆順序で基板を搬出して、プリスパッタおよび基板への成膜処理を完了する。
　以上の手順により、シャッター機構を動作させることにより、基板へのスパッタ粒子の侵入を防ぎ、高品質の成膜を形成することが可能になる。
　本実施形態にかかるスパッタリング装置に拠れば、コンディショニング、プリスパッタおよびターゲットクリーニングを目的とする放電を行なう際、スパッタ粒子が基板ホルダーの基板載置面に付着するのを防止するスパッタリング装置を提供することが可能になる。
　（変形例１）
　図７Ａ乃至７Ｇを参照して、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１により形成されるラビリンスシールの変形例を説明する。
　図７Ａは、図１Ａに示す装置において基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１とにより形成されるラビリンスシールの拡大概略図である。このように、基板周辺カバーリングの突起２１ａと２１ｂの間の位置に対向して設けられた基板シャッターの突起１９ａにより、基板周辺カバーリング２１と基板シャッター１９の間にラビリンスシールを形成することができる。基板周辺カバーリング２１の突起が２つ（２１ａ、２１ｂ）の場合、基板シャッター１９の突起１９ａと、突起２１ａ、２１ｂとの間で、ラビリンスシャッターに形成されるシール空間の屈曲は、破線領域７１～７４で示される４箇所になる。
　ラビリンスシールの上下方向の間隔（図７ＡのＤ２）は、基板ホルダー７を上下動を制御することで変化させることができる。この場合、基板周辺カバーリング２１と基板シャッター１９は、接触しないしないように基板ホルダー７の上下動は主制御部１００により制御される。基板周辺カバーリング２１と基板シャッター１９が接触した場合、基板ホルダー７の基板載置場所にはスパッタ粒子は廻りこみは無くなるが、基板周辺カバーリング２１と基板シャッター１９の接触部からパーティクルが発生し、好ましくない。パーティクルはその後に搬送され処理される処理基板の成膜の膜質を悪化させ、デバイス収率や特性を悪化させるからである。
　基板シャッター１９を開閉する場合、主制御部１００は、基板ホルダー駆動機構３１を動作させて、基板周辺カバーリング２１の突起（２１ａ、２１ｂ）が基板シャッター１９の突起（１９ａ）に接触しないような位置（位置Ｂ又は位置Ｃ）まで基板ホルダー７を下降させる。このような、基板シャッター１９の突起と基板周辺カバーリング２１の突起とが衝突（接触）しないように主制御部１００が行う制御は、以下に説明するラビリンスシールの変形例において同様である。
　ラビリンスシールは、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１に設けられた突起と突起又は溝の組合せにより形成される。基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の少なくともどちらかが上下動可能であることが必要である。本実施形態では、基板ホルダー７を上下方向に駆動することによって基板周辺カバーリング２１の位置が上下方向に移動可能である。
　基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の突起の数は、それぞれ１つ以上あることが必要である。好ましくはどちらかの突起の数が２つ以上であることが、スパッタ粒子の廻り込みを防止する観点から望ましい。図１Ａに対応する図７Ａは、基板シャッター１９の突起が１つで基板周辺カバーリング２１の突起が２つある場合を例示している。
　図７Ｂは、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の突起がそれぞれ１つずつの場合を例示している。基板周辺カバーリング２１の突起が１つ（２１ａ）の場合、基板シャッター１９の突起１９ａと、突起２１ａとの間で、ラビリンスシャッターに形成されるシール空間の屈曲は、破線領域７５、７６で示される２箇所になる。
　図７Ｃは基板シャッター１９の突起が２つ（１９ａ、１９ｂ）で、基板周辺カバーリング２１の突起が１つ（２１ａ）の場合を例示している。図７Ｄは基板シャッター１９の突起が２つ（１９ａ、１９ｂ）で、基板周辺カバーリング２１の突起が２つ（２１ａ、２１ｂ）の場合を例示している。
　また、突起が複数ある場合、例えば、図７Ｅのように突起の高さが異なっても良い。基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１が接触しない限り、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１との平坦面の距離Ｄ１よりも突起の高さＨ１又はＨ２が長くても構わない。図７Ｅは、距離Ｄ１よりもＨ１が大きい一例である。
　図７Ｅでは、基板シャッター１９に設けられている突起の高さが異なる例を示しているが、この例に限定されず、基板周辺カバーリング２１の突起の高さが異なるように構成することも可能である。
　また基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の突起の角やその付け根は全て直角でなくてもよく、加工やメンテナンスの容易性から、ラウンド形状でも構わない。
　また、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１のどちらかに溝があり、他方に突起があり、それらが相対してラビリンスシールを形成する図７Ｆのような構成でもよい。
　また、基板周辺カバーリング２１は成膜中に基板の成膜面以外の部分（基板の端部（外周部））に成膜されないようにするマスク部材（シャドウリング）としての機能を有している。基板の端部（外周部）をスパッタ粒子の付着から守るために、例えば、図７Ｇのように、基板周辺カバーリング２１が基板の端部にオーバーラップする領域を有するようにしても良い。この場合、パーティクルの発生を防止するために、基板周辺カバーリング２１は基板１０に接触しないようにすることが好ましい。
　（変形例２）
　上述の実施形態においては、単一ターゲットを用いた例を挙げたが、図８のような複数のターゲットのスパッタ装置を使用してもよい。この場合、一方のターゲットが他方のターゲットからのスパッタ-粒子の付着により汚染するのを防止するため、それぞれのターゲットに対して、複数のターゲットシャッター１４を設ける必要がある。こうすることで、ターゲット相互のコンタミネーションを防ぐように動作することができる。
　下記の実施例を参照して、突起の数に応じた、効果の相違を説明する。
　（実施例１）
　ＴｉＮ成膜時、定期的にチャンバー壁にＴｉを成膜することでチャンバー壁のＴｉＮの剥がれを防止する場合に、本発明を適用した場合を説明する。装置は上述の実施形態で説明した装置（図１Ａ）を使用している。ターゲット４は、Ｔｉを用いている。基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の突起は、図７Ａに示すものを使用している。本実施例で使用した図７Ａの状態は、基板シャッター１９の突起の数が１つ、基板周辺カバーリング２１の突起の数が２つである。
　ＴｉＮ成膜前のコンディショニング放電（ロットプリスパッタ）は、後述のＴｉＮ成膜条件で１２００秒行なったのち、３００ｍｍ直径のＳｉ基板上にＳｉＯ２（１．５ｎｍ）／ＨｆＳｉＯ（１．５ｎｍ）の積層膜が形成されたウェハーを成膜チャンバー１に搬送して基板ホルダー７に載置し、厚み７ｎｍのＴｉＮ成膜を行なった。
　その時のＴｉＮ成膜条件は、以下のとおりである。
　・不活性ガスとしてＡｒガス２０ｓｃｃｍ（ｓｃｃｍ：ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｃ　ｐｅｒ　ｍｉｎｕｔｅの略であり、標準状態である０℃１気圧のｃｍ３単位に換算した１分間あたり供給するガス流量の単位）、反応性ガスとしてＮ２ガス２０ｓｃｃｍ、圧力０．０４Ｐａ、パワー７００Ｗ、時間２４０秒である。
　ウェハーを搬出し、さらに同様の成膜を３００枚行い、ウェハーを搬出して処理を終了した。
　次に、コンディショニング処理を行なった。本実施例では基板シャッター１９の突起の高さＨ１は１０ｍｍのものが１個、基板周辺カバーリング２１の高さＨ２は１０ｍｍのものが２個であり、基板シャッター１９と基板周辺カバーリング２１の突起を除く平坦部間の距離Ｄは１５ｍｍとした。基板ホルダー７は、前述の図４Ａに示す位置Ａの状態となるように配置され、Ａｒガス５０ｓｃｃｍ、圧力０．０４Ｐａとし、パワー１０００Ｗで放電開始させたのち、ターゲットシャッター１４を開け、基板シャッター１９は閉じたまま、２４００秒間のコンディショニング放電を行なった。
　なお、通常、コンディショニング時には基板を基板ホルダー７に置かないが、実験のため本実施例では３００ｍｍのＳｉベア基板を基板ホルダー７の基板載置面に載置して放電を行なった。
　放電終了後、基板ホルダー７の上に載置しておいた３００ｍｍのＳｉベア基板を取り出し、全反射蛍光Ｘ線分析装置　ＴＸＲＦ：ｔｏｔａｌ-ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｘ-ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ（株式会社テクノス社製ＴＲＥＸ６３０IIIｘ）で基板端から２６～３４ｍｍの部分の分析を行ったところ、検出されたＴｉの量は、検出限界以下であった。
　（実施例２）
　ラビリンスシールのラビリンス経路の形が、実施例１と異なる場合の効果を調べるため、図７Ｂのように突起の数を変えた基板周辺カバーリング２１用い、それ以外は実施例１と同じ装置と条件で実験を行った。本実施例で使用した基板周辺カバーリング２１（図７Ｂ）は、基板シャッター１９の突起の数が１つ、基板周辺カバーリング２１の突起の数が１つである。実施例１の場合と同じ条件で実験したところ、検出されたＴｉの量は２×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２であった。
　（比較例１）
　比較のため、基板ホルダー７の基板周辺カバーリング２１と基板シャッター１９に突起がなく、ラビリンスシールがない装置で、それ以外は同じ条件でコンディショニング放電の実験を行なった。このときの基板周辺カバーリング２１と基板シャッター１９の平坦部の距離Ｄは実施例１、２と同じ距離で実験を行なった。この結果、基板の外周部には目視により確認できる程度のＴｉ膜が形成された。形成されたＴｉ膜が厚いため、ＴＸＲＦでは測定ができなかったので、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）により断面を観察することで膜厚を測定したところ、膜厚はおよそ５ｎｍ程度であった。なおＴｉ膜５ｎｍの厚みは、Ｔｉの密度を４．５として計算した場合およそ３×１０１６ａｔｍｓ／ｃｍ２である。従って、ラビリンスシールのある実施例１や実施例２よりも、ラビリンスシールを持たない本比較例の場合、基板載置面へ廻り込むスパッタ粒子が、非常に多いことが確認された。
　実施例１、２と比較例をまとめると、表１のような結果となる。尚、比較例のＴｉ量（＊印）は、膜厚からの換算値を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ラビリンスシールがある実施例１と２は、ラビリンスシールのない比較例よりもＴｉの量が顕著に少なかった。また、実施例１の基板周辺カバーリング２１の突起が２つの場合（シール空間の屈曲が４箇所）には、実施例２の突起が１つのみの場合（シール空間の屈曲は２箇所）よりも検出されたＴｉの量が少なかった。片方の突起が２つの場合すなわちラビリンスシールの空間の屈曲が４つある場合には、突起が１つずつ、すなわちラビリンスシールの空間の屈曲が２つしかない場合より顕著な原子数レベルの廻り込みを防止する効果が得られた。なお、図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅ、図７Ｆについても同様に確認をおこなったところ、実施例１と同様そのＴｉ検出量は検出限界以下であった。これら図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅ、図７Ｆではラビリンスシールの屈曲は４つ以上である。すなわち、ラビリンスシールの空間の屈曲が４つ以上である場合には、実施例１と同じかそれ以上の効果が得られるものと推測される。
　以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面の参照により説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。
　本願は、２００８年１１月２８日提出の日本国特許出願特願２００８－３０５５６６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (8)

  1. 　真空容器内に設けられ、基板に成膜するためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、
    　前記基板を載置する基板ホルダーと、
    　前記基板ホルダーの近傍に配置され、前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を遮蔽する閉状態、または前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を開放する開状態にするための第１の遮蔽部材と、
    　前記第１の遮蔽部材を前記開状態に、または前記閉状態に開閉駆動するための第１の開閉駆動手段と、
    　前記基板ホルダーの面上でかつ前記基板の外周部に設置されている、リング形状を有する第２の遮蔽部材と、
    　前記第２の遮蔽部材が設置された前記基板ホルダーを、前記閉状態の前記第１の遮蔽部材に向けて接近させるために、前記基板ホルダーを可動させるための駆動手段と、を備え、
    　前記第１の遮蔽部材には、前記第２の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第１の突起部が形成されており、
    　前記第２の遮蔽部材には、前記第１の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第２の突起部が形成されており、
    　前記駆動手段により前記基板ホルダーが接近した位置で、前記第１の突起部と前記第２の突起部とが、非接触の状態で嵌り合う
    　ことを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 　前記駆動手段により前記基板ホルダーが前記第１の遮蔽部材に接近した位置において、前記第１の遮蔽部材と前記第２の遮蔽部材との距離は、前記第１の突起部の高さと前記第２の突起部の高さとの和よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
  3. 　真空容器内に設けられ、基板に成膜するためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、
    　前記基板を載置する基板ホルダーと、
    　前記基板ホルダーの近傍に配置され、前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を遮蔽する閉状態、または前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を開放する開状態にするための第１の遮蔽部材と、
    　前記第１の遮蔽部材を前記開状態に、または前記閉状態に開閉駆動するための第１の開閉駆動手段と、
    　　前記基板ホルダーの面上でかつ前記基板の外周部に設置されている、リング形状を有する第２の遮蔽部材と、
    　前記閉状態の前記第１の遮蔽部材を、前記第２の遮蔽部材が設置された前記基板ホルダーに向けて接近させるために、前記第１の遮蔽部材を可動させるための駆動手段と、を備え、
    　前記第１の遮蔽部材には、前記第２の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第１の突起部が形成されており、
    　前記第２の遮蔽部材には、前記第１の遮蔽部材方向に伸びた少なくとも１つのリング形状を有する第２の突起部が形成されており、
    　前記駆動手段により前記第１の遮蔽部材が接近した位置で、前記第１の突起部と前記第２の突起部とが、非接触の状態で嵌り合う
    　ことを特徴とするスパッタリング装置。
  4. 　前記上下動駆動手段により前記第１の遮蔽部材が前記第２の遮蔽部材に接近した位置において、前記第１の遮蔽部材と前記第２の遮蔽部材との距離は、前記第１の突起部の高さと前記第２の突起部の高さとの和よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
  5. 　前記第１の遮蔽部材の前記第１の突起部および前記第２の遮蔽部材の前記第２の突起部のうち、少なくとも一方は複数の突起部を有し、当該複数の突起部により形成される凹部に、他方の突起部が非接触の状態で嵌り合うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
  6. 　前記第１の遮蔽部材の前記第１の突起部および前記第２の遮蔽部材の前記第２の突起部が、それぞれ複数の突起部を有し、当該複数の突起部により形成される凹部に、他方の突起部が非接触の状態で嵌り合うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
  7. 　前記ターゲットホルダーの近傍に配置され、前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を遮蔽する閉状態、または前記基板ホルダーと前記ターゲットホルダーとの間を開放する開状態にするための第３の遮蔽部材と、
    　前記第３の遮蔽部材を前記開状態に、または前記閉状態に開閉駆動するための第２の開閉駆動手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１または３に記載のスパッタリング装置。
  8. 　前記第３の遮蔽部材は、それぞれのシャッター部材を独立して開閉することが可能な２重回転シャッターの構造を有していることを特徴とする請求項２または４に記載のスパッタリング装置。
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