WO2014103168A1 - 基板処理装置 - Google Patents

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WO2014103168A1
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shield
substrate
substrate holder
processing
processing apparatus
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PCT/JP2013/006997
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由光 島根
聡 内野
秋山　進
和昭 松尾
述夫 山口
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H01J37/347—Thickness uniformity of coated layers or desired profile of target erosion

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus.
  • TS distance the distance between the target and the substrate
  • the shield provided in the sputtering apparatus is also composed of a plurality of divided shields so that the TS distance can be changed, and a gap is formed between the shield parts. Further, the gap has a labyrinth structure so that the film does not reach the inner wall of the processing container through the gap (for example, Patent Document 1).
  • the process gas In the case where the process gas is introduced in the vicinity of the target, the process gas reaches the vacuum pump through the gap of the shield. Although the structure of the gap changes due to the TS adjustment, the ease of passing the process gas also changes at this time, so that the pressure of the process gas near the target changes.
  • a change in pressure in the processing space when the substrate holder is moved is required to be smaller.
  • An object of the present invention is to provide an advantageous technique for forming a high-quality thin film that can suppress a pressure change in the processing space when the substrate holder is moved.
  • One aspect of the present invention relates to a substrate processing apparatus, which includes a processing container, an exhaust part for exhausting the inside of the processing container, and a gas introduction for introducing a gas into the processing container.
  • a substrate holder for holding the substrate in the processing container, a first shield provided on the outer periphery of the substrate holder, and a second shield provided on the inner side of the processing container,
  • An internal space of the processing container is partitioned into a processing space for processing the substrate and an external space by at least the first shield, the second shield, and the substrate holder, and the substrate holder holds the substrate.
  • the first shield and the second shield can be driven from the center of the processing space or the center axis of the substrate holder.
  • the length in the direction parallel to the direction does not change even when the substrate holder is driven in the driving direction.
  • the present invention it is possible to suppress a pressure change in the processing space when the substrate holder is moved, and it is possible to provide an advantageous technique for forming a high-quality thin film.
  • FIG. 1 is a schematic view of a sputtering apparatus 1 of the present embodiment.
  • the sputtering apparatus 1 includes a processing container 2 that can be evacuated, an exhaust chamber 8 connected to the processing container 2 through an exhaust port, and an exhaust apparatus that exhausts the inside of the processing container 2 through the exhaust chamber 8. It is equipped with.
  • the exhaust device has a turbo molecular pump 48.
  • a dry pump 49 may be connected to the turbo molecular pump 48 of the exhaust device. The reason why the exhaust device is provided below the exhaust chamber 8 is to make the footprint (occupied area) of the entire device as small as possible.
  • a target holder 6 that holds the target 4 via a back plate 5 is provided.
  • the center of the target holder 6 is disposed at a position offset from the center position of the substrate holder 7 that holds the substrate 10 on the substrate holding surface (the center position of the substrate 10 held by the substrate holder 7).
  • a target shutter 14 is installed in the vicinity of the target holder 6.
  • the target shutter 14 has a rotating shutter structure.
  • the target shutter 14 is in a closed state (blocked state) in which the path between the substrate holder 7 and the target holder 6 is blocked, or in an open state (non-blocked) in which a path is formed between the substrate holder 7 and the target holder 6. It functions as a blocking member for the state.
  • the target shutter 14 is provided with a target shutter drive mechanism 33 for opening and closing the target shutter 14.
  • the processing container 2 has an inert gas introduction system 15 for introducing an inert gas (such as argon) into the processing container 2, and a reactive gas introduction for introducing a reactive gas (such as oxygen or nitrogen).
  • an inert gas such as argon
  • a reactive gas introduction for introducing a reactive gas (such as oxygen or nitrogen).
  • a system 17 and a pressure gauge 400 for measuring the pressure in the processing vessel 2 are provided.
  • 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 a pipe for introducing an inert gas, a mass flow controller for controlling the flow rate of the inert gas, and a valve for blocking or starting the gas flow. sell.
  • the inert gas introduction system 15 can further include a pressure reducing valve, a filter, and the like as necessary.
  • the inert gas introduction system 15 has a configuration that allows a gas flow rate designated by a control device (not shown) to flow stably.
  • the inert gas is supplied from the inert gas supply device 16 and its flow rate is controlled by the inert gas introduction system 15, and then introduced into the vicinity of the target 4.
  • 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 a pipe for introducing the reactive gas, a mass flow controller for controlling the flow rate of the inert gas, and a valve for shutting off and starting the gas flow.
  • the reactive gas introduction system 17 may further include a pressure reducing valve, a filter, or the like as necessary.
  • the reactive gas introduction system 17 has a configuration that allows a gas flow rate designated by a control device (not shown) to flow stably.
  • the reactive gas is supplied from the reactive gas supply device 18 and its flow rate is controlled by the reactive gas introduction system 17, and then introduced into the processing space PS from the reactive gas introduction portion provided in the shield 402. Yes.
  • the reactive gas introduction system 17 reacts with the external space OS disposed outside the processing space PS defined by the shields 401, 402, 403, the substrate holder 7, the target holder 6 (back plate 5), and the shutter storage unit 23. It may be configured to introduce a sex gas. In this case, the reactive gas can be introduced from the external space OS into the processing space PS through the gap between the shield 403 and the substrate holder 7. Further, a reactive gas may be introduced into both the processing space PS and the external space OS.
  • the inert gas and the reactive gas are introduced into the processing container 2 and then used to form a film, and then pass through the exhaust chamber 8 and pass through an exhaust part provided in the processing container 2 to be a turbo molecular pump. 48 and dry pump 49 exhaust the air.
  • the inner surface of the processing container 2 is electrically grounded. Inside the inner surface of the processing container 2, an electrically grounded ceiling shield 401 is provided so as to cover a region other than the region where the target holder 6 is disposed on the inner surface of the ceiling portion of the processing container 2. .
  • cylindrical shields 402 and 403 that are electrically grounded are provided on the inner side of the inner surface of the processing container 2.
  • the ceiling shield 401 and the cylindrical shields 402 and 403 are also referred to as shields.
  • the shield refers to a member that is formed separately from the processing container 2 and can be periodically replaced to prevent the sputtered particles from directly adhering to the inner surface of the processing container 2 and to protect the inner surface of the processing container 2. .
  • the shield can be made of, for example, stainless steel or aluminum alloy.
  • the shield can be made of titanium or a titanium alloy.
  • aluminum may be selected as a shielding material from the viewpoints of economy and workability.
  • the shield is electrically grounded (grounded), the plasma generated in the processing space PS can be stabilized.
  • the surface of the shield is blasted by sandblasting or the like at least on the surface facing the processing space PS, and minute irregularities are provided on the surface. By doing so, the film attached to the shield 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 shield 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 adhered film may be removed together with the thermal sprayed film at the time of maintenance for removing the attached film by removing the shield. 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.
  • the exhaust chamber 8 connects the processing container 2 and the turbo molecular pump 48.
  • a main valve 47 is provided between the exhaust chamber 8 and the turbo molecular pump 48 for blocking the path between the sputtering apparatus 1 and the turbo molecular pump 48 when maintenance is performed.
  • a magnet 13 for realizing magnetron sputtering is disposed behind the target 4.
  • the magnet 13 is held by the magnet holder 3 and can be rotated by a magnet holder rotating mechanism (not shown). In order to make the erosion of the target uniform, the magnet 13 rotates during discharge.
  • the target holder 6 is connected to a power source 12 for applying sputtering discharge power. When a voltage is applied to the target holder 6 by the power source 12, discharge is started and sputtered particles are deposited on the substrate.
  • the sputtering apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a DC power supply, but is not limited thereto, and may include an RF power supply, for example.
  • the RF power source 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 processing container 2 having a ground potential 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 coolant channel (not shown) inside and can be cooled by a coolant such as cooling water supplied from a pipeline (not shown).
  • the target 4 is made of a material desired to be deposited on the substrate 10. 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 serves as a blocking member for making a closed state in which a path between the substrate holder 7 and the target holder 6 is blocked or an open state in which a path is formed between the substrate holder 7 and the target holder 6. Function.
  • a blocking member (hereinafter also referred to as a cover ring) 21 having a ring shape is provided on the surface of the substrate holder 7 and on the outer edge side (outer peripheral portion) of the holding portion of the substrate 10.
  • the cover ring 21 prevents sputter particles from adhering to a region other than the film formation surface of the substrate 10 held on the substrate holder 7 by the substrate holder 7.
  • the region 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 cover ring 21.
  • film formation is also required on the outer peripheral portion of the substrate due to restrictions in the manufacturing process of the semiconductor device.
  • the opening of the cover ring 21 is configured to be equal to or larger than the dimension of the substrate. Accordingly, film deposition on the substrate holder 7 can be prevented while forming a film on the entire surface of the substrate. Since the cover ring 21 is configured to be exchangeable in the same manner as other shields, the cover ring 21 is appropriately exchanged or cleaned and reused.
  • the substrate holder 7 is provided with a substrate holder driving mechanism 31 for moving the substrate holder 7 up and down or rotating at a predetermined speed.
  • the substrate holder 7 is configured to be driven in a driving direction perpendicular to the substrate holding surface by the substrate holder driving mechanism 31 while the internal space of the processing container 2 is maintained in a vacuum.
  • This structure makes it possible to change the TS distance.
  • the substrate holder driving mechanism 31 is a bellows for driving the substrate holder 7 in the driving direction while maintaining the internal space of the processing container 2 in a vacuum, a magnetic fluid seal for rotating the substrate holder 7 while maintaining the vacuum,
  • Each motor includes a motor for rotating and moving the substrate holder 7 up and down, a sensor for measuring the position of the substrate holder 7, and the like. It has become.
  • a substrate shutter 19 is disposed 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 and translates 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 10 (closed state). When the substrate shutter 19 is inserted between the target 4 and the substrate 10, the path between the target 4 and the substrate 10 is blocked.
  • the substrate shutter driving mechanism 32 is configured to close the substrate shutter 7 and the target holder 6 in a closed state, or to open the substrate holder 7 and the target holder 6 in an open state. 19 is opened and closed. In the open state, the substrate shutter 19 is stored in the shutter storage unit 23. As shown in FIG. 1, it is preferable that the shutter housing portion 23, which is 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, because the apparatus area can be reduced. .
  • the substrate shutter 19 can be made of stainless steel or aluminum alloy. If heat resistance is required, the substrate shutter 19 can be made of titanium or a titanium alloy.
  • 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. In this case, 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.
  • Sputtering may be performed with the substrate shutter closed to clean the target surface or to stabilize the state in the vacuum chamber by depositing a thin film on the shield inner surface.
  • the back surface of the substrate is contaminated when the substrate is transferred to the substrate holder 7, and the performance of the semiconductor device formed by processing the substrate There is a risk of deteriorating the quality or contaminating the apparatus in the next process.
  • the cover ring 21 and the substrate shutter are configured to form a so-called bottleneck (labyrinth) that fits in a non-contact manner to prevent film deposition on the substrate holder.
  • a substrate 10 is disposed on the substrate holder 7. Further, a cover ring 21 is installed on the outer periphery of the substrate holder.
  • a shield 403 is attached to the processing container 2 with a predetermined gap from the cover ring 21.
  • the substrate holder 7 can be driven in a direction perpendicular to the substrate holding surface in order to adjust the TS distance. Along with this movement, the cover ring 21 also moves together with the substrate holder 7.
  • the shield 403 since the shield 403 is fixed to the processing container 2, the position of the shield 403 does not change with the movement of the substrate holder 7.
  • the process gas introduced into the vacuum chamber 2 is introduced from the processing space PS into the exhaust space or the processing space PS through the gap between the shield 403 and the cover ring 21, and an index that quantitatively indicates the ease of exhaust or introduction. There is conductance.
  • the process gas is exhausted from the processing space PS, the process gas is exhausted through a path 100 indicated by an arrow.
  • the substrate holder 7 The exhaust conductance when the gas is exhausted to the external space OS through the outer periphery of the gas changes.
  • the cover ring 21 has a cylindrical portion 210 that extends in the direction parallel to the descending direction of the substrate holder 7 on the outer periphery thereof.
  • the outer surface 21a of the cylindrical portion 210 of the cover ring 21 and the inner surface 403a of the portion (cylindrical portion) of the shield 403 facing the outer surface 21a are formed.
  • the distance (the dimension in the direction perpendicular to the driving direction of the substrate holder 4 by the substrate holder driving mechanism 31) is the shortest distance.
  • the gap formed between the outer side surface 21a of the cylindrical portion 210 of the cover ring 21 and the inner side surface 403a of the shield 403 is a minimum gap portion.
  • the size of the minimum gap portion will be referred to as the minimum gap D.
  • the conductance in the path 100 greatly depends on the minimum gap D and the length L of the minimum gap portion in the driving direction of the substrate holder 7 (direction perpendicular to the substrate holding surface).
  • the conductance of the path 100 can be regarded as a series connection of a conductance C1 configured by the minimum gap D and the length L and a conductance C2 configured by the other shield 403, the cover ring 21, and the substrate holder 7.
  • the synthesis of the conductances connected in series on the exhaust path is expressed by the following Equation 1.
  • C 1 / ((1 / C1) + (1 / C2)) (Formula 1)
  • C is a synthetic conductance.
  • the combined conductance C is approximately equal to C1.
  • the gaps between the shield 403, the cover ring 21, and the substrate holder 7 are large except for the minimum gap portion constituting the minimum gap D, C2 becomes sufficiently large.
  • the minimum gap D formed by the outer side surface 21 a of the cover ring 21 and the inner side surface 403 a of the shield 403. Is configured such that the length L of the minimum gap portion that constitutes is not changed. For this reason, even if the substrate holder 7 moves up and down, C1 hardly changes. Therefore, when the substrate holder 7 moves up and down, it is possible to suppress a change in the combined conductance composed of C1 and C2.
  • the end surface (lower surface) 21 b of the cylindrical portion 210 of the cover ring 21 is used in order to obtain a configuration in which the length L of the minimum gap portion constituting the minimum gap D does not change even when the substrate holder 7 moves up and down.
  • the substrate holder 7 is moved up and down in a range in which the distance between the bottom surface 403b and the inner side surface 403c of the concave portion 410 of the shield 403 is not smaller than the minimum gap D.
  • the shield 403 and the shield 403 are arranged so that the distance between the inner surface 21c of the cylindrical portion 210 of the cover ring 21 and the inner surface 403c of the concave portion 410 of the shield 403 is not smaller than the minimum gap D.
  • the shape and position of the cover ring 21 are designed.
  • this does not apply to the case where the film formation process on the substrate is not performed and the change in conductance does not affect the processing characteristics of the substrate, for example, when the substrate is carried in and out.
  • the tip of the shield 403 in the cross section cut by a plane passing through the central axis of the substrate holder 7, is bent in the direction from the outer periphery to the inner periphery of the substrate holder 7, and further the cover ring 21. In this way, the concave portion 410 is formed.
  • the tip of the cover ring 21 is bent in the descending direction of the substrate holder 7 so that the cylindrical portion 210 is formed.
  • the first embodiment there is no straight path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS, and the outer surface 21a and the inner surface 403a facing the outer surface 21a. Most of the sputtered particles that have entered the gap enter the bottom surface 403b of the concave portion 410. As a result, it is possible to suppress the sputtered particles from scattering from the processing space PS to the external space OS.
  • the outer side surface 21 a of the cylindrical portion 210 of the cover ring 21 is parallel to the inner side surface 403 a of the shield 403. For this reason, the length L in the driving direction of the substrate holder 7 of the minimum gap portion constituting the minimum gap D can be increased.
  • the conductance of the minimum gap portion constituting the minimum gap D becomes smaller, and C2 in the above formula 1 becomes larger than C1. Therefore, the change in conductance due to the vertical movement of the substrate holder 7 Is easy to reduce.
  • Such a configuration that suppresses the change in conductance is particularly effective in a configuration in which a reactive gas is introduced into the processing space PS via the external space OS and a film is formed on the substrate by reactive sputtering.
  • the reactive gas is introduced into the external space OS
  • the reactive gas is introduced into the processing space PS through the gap between the shield 403 and the cover ring 21. This is because when the conductance of the gap through which the reactive gas passes changes, the amount of gas contributing to the reaction with the sputtered particles changes, making it difficult to obtain a desired film.
  • the processing space PS is partitioned by at least the substrate holder 7, the cover ring 21 provided in the substrate holder 7, and the ceiling shield 403.
  • the processing space PS may be partitioned by at least one of the target 4, the back plate 5, the shutter storage unit 23, and the like.
  • the cover ring 21 provided on the outer periphery of the substrate holder 7 moves along with the driving of the substrate holder 7, the change in the conductance of the gap between the shield 403 provided inside the processing container 2 and the cover ring 21 is changed. Configured to suppress.
  • the processing space PS can be defined by at least the shield 403 and the cover ring 21. (Second Embodiment)
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
  • a shield 404 is provided outside the cover ring 21, and an exhaust path is formed by the shield 404 and the shield 403.
  • the cover ring 21 and the shield 404 are separate members, it is possible to reduce restrictions when designing the cover ring 21.
  • the shield 404 and the cover ring 21 can be manufactured from different materials.
  • the cover ring 21 and the shield 404 may be integrally formed.
  • the distance between the surface 404d of the protruding portion of the shield 404 projecting toward the shield 403 and the outer surface 403d of the shield 403 is the minimum gap D in the gap formed by the shields 403 and 404.
  • the length L of the minimum gap portion constituting the minimum gap D has the greatest influence on the conductance, the length L of the minimum gap portion constituting the minimum gap D does not change even when the substrate holder 7 moves up and down. The change in the conductance of the exhaust path formed by the shields 404 and 403 can be suppressed.
  • the shield 404 in order to define the minimum gap D, has a protrusion 425 protruding toward the shield 403, while extending in a direction parallel to the descending direction of the substrate holder 7.
  • a cylindrical portion 430 is provided.
  • the cylindrical portion 430 extends to a position lower than the lower end of the shield 403, and then bends in the direction from the inner periphery to the outer periphery of the substrate holder 7, and further, the tip is bent in the upward direction of the substrate holder 7. is doing.
  • the tip of the shield 404 is bent so as to surround the tip of the shield 403, there is no straight path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS.
  • FIGS. 4A and 4B show a state in which the substrate holder 7 is lowered as much as possible within a range where there is no linear path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS. Yes.
  • members other than those forming the main exhaust path are omitted.
  • the surface of the member mainly facing the processing space PS and the processing space PS A method of forming a sputtered film on the surface of a nearby member can be employed. Since gas is also emitted from the cover ring 21 and the shields 403 and 404 forming the exhaust path, it is desirable that a sputtered film is formed in advance on the surface close to the processing space PS for these members.
  • FIG. 4A is a diagram showing a state in which the substrate holder 7 is lowered as much as possible and the cover ring 21 and the shield 403 are brought close to each other in the first embodiment.
  • the coating F is formed mainly on the surface 403 a of the shield 403 in the region facing the target 4.
  • FIG. 4B shows that in the second embodiment, the substrate holder 7 is lowered as much as possible while maintaining a state where there is no straight path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS. It is the figure which showed the state.
  • the shield 404 can be lowered to the vicinity of the tip position of the shield 403, the coating F can be formed on almost the entire surface 403d of the shield 403. For this reason, the gas released from the shield 403 during the film forming process on the substrate 10 is reduced, and a high-quality film can be formed.
  • the surface 404 d of the shield 404 is an outer surface of a plate-like portion disposed outside the cover ring 21.
  • the apparatus is configured so that the minimum gap D does not change when the film forming process is actually performed on the substrate. That is, the distance between the surface 403f and the surface 404f is larger than the minimum gap D, and the distance between the surface 403e and the surface 404e is not smaller than the minimum gap D when the substrate holder 7 is lowered.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
  • the shield 404 is bent so as to surround the tip of the shield 403, and the tip of the shield 404 is bent toward the shield 403.
  • the gap between the surface 404 h of the bent portion facing the shield 403 and the surface 403 h of the shield 403 facing the bent portion is configured to be the minimum gap D.
  • FIGS. 6A and 6B show a state in which the substrate holder 7 is lowered as much as possible within a range where there is no linear path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS. .
  • members other than those forming the main exhaust path are omitted.
  • the surface of the member mainly facing the processing space PS and the processing space PS A method of forming a sputtered film on the surface of a nearby member can be employed. Since gas is also emitted from the cover ring 21 and the shields 403 and 404 forming the exhaust path, it is desirable that a sputtered film is formed in advance on the surface close to the processing space PS for these members.
  • FIG. 6A is a diagram showing a state in which the substrate holder 7 is lowered as much as possible and the cover ring 21 and the shield 403 are brought close to each other in the first embodiment.
  • the coating F is formed mainly on the surface 403 a of the shield 403 in the region facing the target 4.
  • FIG. 6B shows that, in the third embodiment, the substrate holder 7 is lowered as much as possible while maintaining a state where there is no straight path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS. It is the figure which showed the state.
  • the gap between the surface 403 i and the surface 404 i can be made larger than the minimum gap D. Therefore, compared to the second embodiment, sputtered particles are likely to adhere to the lower end of the surface 404i, the surface 404j, and the surface 404g, and the gas emission from the shield surface can be further reduced.
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • a shield 405 is provided at the end of the substrate holder 7 and extends in the downward direction of the substrate holder 7.
  • the shield 403 has a tip extending toward the substrate holder 7 (shield 405), and the gap between the bent portion of the shield 403 and the shield 405 is the minimum gap D.
  • the front end of the shield 403 extends to the substrate holder 7 side than the front end of the cover ring 21, and the straight path from the center of the processing space PS (or the central axis of the substrate holder 7) to the external space OS by the shield 403. It is configured not to exist.
  • the distance between the surface 21m and the surface 403m is larger than the gap between the surface 403l and the surface 405l, which is the minimum gap D. Therefore, a film can be widely deposited on the surface of the shield 403 in the film forming process on the shield surface performed prior to the film forming process on the substrate. Further, the cover ring 21 and the shield 405 are formed of separate members, and a large amount of film is deposited on the shield 403 and the cover ring 21, but the film is difficult to adhere to the shield 405. Therefore, the replacement period of the shield 405 is lengthened and maintenance is easy. Can be.
  • the shield 405 is provided on the substrate holder 7. However, a portion extending in the descending direction of the substrate holder 7 may be formed on the outer edge of the substrate holder 7, and the cover ring 21 and the shield 405 may be integrated. .
  • FIG. 8 An example according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the relationship between the TS distance and the TS distance and the shield internal pressure when the minimum gap D is 6 mm and the length L is 20 mm was measured.
  • the same measurement was performed for the sputtering apparatus described in Patent Document 1 in which the shield structure around the substrate holder changes as the TS distance changes. The result is shown in graph 1.
  • Ar was introduced into the shield at 100 SCCM at three positions of 230 mm, 280 mm, and 330 mm with respect to the TS distance, and the pressure inside the shield was measured with a diaphragm type vacuum gauge.
  • the pressure changes from 1.103 Pa to 1.077 Pa as the TS distance changes, whereas in the present invention, it can be seen that the change is suppressed to a change between 1.116 Pa and 1.104 Pa.
  • the present invention is not limited to this, and in addition to the component perpendicular to the substrate holding surface, You may drive in the direction containing the component of the in-plane direction.
  • the length in the drive direction of the portion that is the minimum gap D between the shields in the direction perpendicular to the drive direction is driven. The length L does not change as the substrate holder is driven.
  • the substrate processing apparatus is a sputtering apparatus
  • the present invention can also be used for an apparatus that needs to raise and lower another substrate holder.
  • it can be applied to a CVD apparatus or an etching apparatus.

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Abstract

基板処理装置は、処理容器と、前記処理容器内において基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダの外周部に設けられた第１シールドと、前記処理容器の内側に設けられた第２シールドと、を備える。前記処理容器の内部空間は、少なくとも前記第１シールドと前記第２シールドと前記基板ホルダとにより、前記基板を処理するための処理空間と外部空間とに区画される。前記基板ホルダは前記基板を保持する基板保持面に対して垂直な駆動方向に沿って駆動可能である。前記第１シールドと前記第２シールドとで形成される間隙のうち前記駆動方向に垂直な方向における寸法が最小である最小間隙部分の、前記駆動方向に平行な方向の長さが、前記基板ホルダが前記駆動方向に駆動されても変化しない。

Description

基板処理装置
　本発明は基板処理装置に関する。
　スパッタリング装置においては、処理容器の内壁に薄膜が形成されると装置の維持管理が困難になるので、交換可能な防着シールドを処理容器内に設置して内壁が保護される。ターゲットと基板の距離（以下ＴＳ距離という）は、形成される膜の膜厚や膜質の均一性に影響を与えることが知られている。さらにターゲットが次第にスパッタされてエロージョンが進行すると膜厚や膜厚分布が次第に悪化する傾向があることも知られている。このような現象に対してＴＳ距離を可変にすることは膜質の改善や安定化に非常に有効である。
　スパッタリング装置内に設けられたシールドもＴＳ距離の変更を可能とすべく、分割された複数のシールドから構成され、シールド部品の間に隙間が形成される。また、この隙間を通って膜が処理容器の内壁に到達しないよう、隙間は隘路（ラビリンス）構造をもつ（例えば特許文献１）。
特開２０１１－１３２５８０号公報
　プロセスガスがターゲットの近傍に導入される構造の場合、プロセスガスはシールドの隙間を通って真空ポンプに到達する。ＴＳ調整により隙間の構造が変化するが、このときプロセスガスの通りやすさも同時に変化するので、ターゲット近傍のプロセスガスの圧力が変化してしまう。
　また、プロセスガスが真空ポンプの近傍に導入される構成でかつ原料ガスがターゲットやターゲット近傍で反応により消費される反応性スパッタの場合には、プロセスガスがシールドの隙間を通ってターゲット近傍に流れ込むので、ターゲットと基板の位置関係の調整によって同様にプロセスガス圧力も変化してしまう。特許文献１においては、ＴＳ距離の変動に伴うコンダクタンスの変化よりも十分に大きなコンダクタンスを有する排気路を形成することで、プロセスガスの圧力変化を低減している。
　しかし、デバイスの高機能化や微細構造の進歩にともなって、膜質の再現性に対する要求がより厳格となっている。このため、より一層の精密な圧力制御が求められている。すなわち、ターゲットと基板との間の位置を調節しても処理空間内の圧力の変化がより少ないスパッタリング装置が求められている。
　ＣＶＤ装置やエッチング装置などの他の基板処理装置においても、基板ホルダを移動させたときの処理空間内の圧力の変化がより少ないことが求められている。
　本発明は、基板ホルダを移動させたときの処理空間内の圧力変化を抑制することが可能で、高品質な薄膜を成膜するために有利な技術を提供することを目的とする。
　本発明の１つの側面は、基板処理装置に係り、前記基板処理装置は、処理容器と、前記処理容器内を排気するための排気部と、前記処理容器内にガスを導入するためのガス導入部と、前記処理容器内において基板を保持するための基板ホルダと、前記基板ホルダの外周部に設けられた第１シールドと、前記処理容器の内側に設けられた第２シールドと、を備え、前記処理容器の内部空間は、少なくとも前記第１シールドと前記第２シールドと前記基板ホルダとにより、前記基板を処理するための処理空間と外部空間とに区画され、前記基板ホルダは前記基板を保持する基板保持面に対して垂直な駆動方向に沿って駆動可能であり、前記第１シールドおよび前記第２シールドは前記処理空間の中心または前記基板ホルダの中心軸から前記外部空間に至る直線経路が存在しないように設けられ、前記第１シールドと前記第２シールドとで形成される間隙のうち前記駆動方向に垂直な方向における寸法が最小である最小間隙部分の、前記駆動方向に平行な方向の長さが、前記基板ホルダが前記駆動方向に駆動されても変化しない。
　本発明によれば、基板ホルダを移動させたときの処理空間内の圧力変化を抑制することが可能で、高品質な薄膜を成膜するために有利な技術を提供することが可能になる。
本発明に係る基板処理装置の一例としてのスパッタリング処理装置を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態説明するための図である。 本発明の第２の実施形態説明するための図である。 本発明の第３の実施形態を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る実施例を説明するための図である。
　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１を参照して、スパッタリング装置１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態のスパッタリング装置１の概略図である。
　スパッタリング装置１は、真空排気が可能な処理容器２と、処理容器２に対して排気口を介して接続された排気チャンバー８と、排気チャンバー８を介して処理容器２内を排気する排気装置と、を備えている。ここで、排気装置はターボ分子ポンプ４８を有する。また、排気装置のターボ分子ポンプ４８には、ドライポンプ４９が接続されてもよい。排気チャンバー８の下方に排気装置が設けられているのは、装置全体のフットプリント（占有面積）を出来るだけ小さくするためである。
　処理容器２内には、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６が設けられている。ターゲットホルダ６の中心は、基板保持面で基板１０を保持する基板ホルダ７の中心位置（基板ホルダ７によって保持される基板１０の中心位置）に対してオフセットした位置に配置されている。ターゲットホルダ６の近傍には、ターゲットシャッター１４が設置されている。ターゲットシャッター１４は、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７とターゲットホルダ６との間の経路が遮断される閉状態（遮断状態）、または基板ホルダ７とターゲットホルダ６との間に経路が形成される開状態（非遮断状態）にするための遮断部材として機能する。ターゲットシャッター１４には、ターゲットシャッター１４の開閉動作を行うためのターゲットシャッター駆動機構３３が設けられている。
　さらに、処理容器２は、処理容器２内へ不活性ガス（アルゴンなど）を導入するための不活性ガス導入系１５と、反応性ガス（酸素、窒素など）を導入するための反応性ガス導入系１７と、処理容器２の圧力を測定するための圧力計４００とを備えている。
　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、および、ガスの流れを遮断したり開始したりするためのバルブを含みうる。不活性ガス導入系１５は、必要に応じて減圧弁やフィルターなどを更に含みうる。不活性ガス導入系１５は、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を有する。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、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、および、ガスの流れを遮断したり開始したりするためのバルブを含みうる、反応性ガス導入系１７は、必要に応じて減圧弁やフィルターなどを更に含みうる。反応性ガス導入系１７は、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を有する。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、シールド４０２に設けられた反応性ガス導入部より処理空間ＰＳに導入されるようになっている。
　反応性ガス導入系１７は、シールド４０１、４０２、４０３、基板ホルダ７、ターゲットホルダ６（バックプレート５）およびシャッター収納部２３により区画される処理空間ＰＳの外部に配置された外部空間ＯＳに反応性ガスを導入するように構成されてもよい。この場合、シールド４０３と基板ホルダ７との間隙を通して反応性ガスが外部空間ＯＳから処理空間ＰＳに導入されうる。また、処理空間ＰＳと外部空間ＯＳの両方に反応性ガスを導入してもよい。
　不活性ガスと反応性ガスとは、処理容器２に導入されたのち、膜を形成するために使用されたのち、排気チャンバー８を通過して処理容器２に設けられた排気部を通してターボ分子ポンプ４８及びドライポンプ４９により排気される。
　処理容器２の内面は電気的に接地されている。処理容器２の内面の内側には、処理容器２の天井部の内面のうちターゲットホルダ６が配置された領域以外の領域を覆うように、電気的に接地された天井シールド４０１が設けられている。また、処理容器２の内面の内側には、電気的に接地された筒状シールド４０２、４０３が設けられている。以下では、天井シールド４０１、および、筒状シールド４０２、４０３をシールドともいう。シールドとは、スパッタ粒子が処理容器２の内面に直接付着するのを防止し、処理容器の内面を保護するために処理容器２とは別体で形成され、定期的に交換可能な部材をいう。シールドは、例えば、ステンレス又はアルミニウム合金により構成されうる。また、耐熱性が求められる場合は、シールドは、チタン又はチタン合金で構成されうる。耐熱性が求められない場合、アルミニウムはチタンよりも安価であり、またステンレスよりも比重が小さいため、シールドの材料としてアルミニウムが経済性や作業性の面から選択されることもある。また、シールドは、電気的にアース（接地）されているので、処理空間ＰＳの中に発生するプラズマを安定させることができる。シールドの表面は、少なくとも処理空間ＰＳ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、シールド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。ブラスト加工の他に、金属溶射処理等で金属薄膜をシールドの表面に形成しても良い。この場合、溶射処理はブラスト加工のみよりも高価だが、シールド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。
　排気チャンバー８は、処理容器２とターボ分子ポンプ４８との間を繋いでいる。排気チャンバー８とターボ分子ポンプ４８との間には、メンテナンスを行うときに、スパッタリング装置１とターボ分子ポンプ４８との間の経路を遮断するためのメインバルブ４７が設けられている。
　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３に保持され、図示しないマグネットホルダ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。ターゲットホルダ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。電源１２によりターゲットホルダ６に電圧が印加されると、放電が開始され、スパッタ粒子が基板に堆積される。
　本実施形態においては、図１に示すスパッタリング装置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電源を用いた場合は電源１２とターゲットホルダ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６は、絶縁体３４により接地電位の処理容器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。ターゲットホルダ６は、図示しない冷媒流路を内部に持ち、図示しない管路から供給される冷却水等の冷媒により冷却されうる。ターゲット４は、基板１０へ成膜したい材料で構成される。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６との間に設置されているバックプレート５は、Ｃｕ等の金属で構成され、ターゲット４を保持している。
　ターゲットホルダ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、基板ホルダ７とターゲットホルダ６との間の経路が遮断される閉状態、または基板ホルダ７とターゲットホルダ６との間に経路が形成される開状態にするための遮断部材として機能する。
　基板ホルダ７の面上で、かつ基板１０の保持部分の外縁側（外周部）には、リング形状を有する遮断部材（以下、カバーリングともいう）２１が設けられている。カバーリング２１は、基板ホルダ７によって基板ホルダ７上に保持された基板１０の成膜面以外の領域にスパッタ粒子が付着することを防止する。ここで、成膜面以外の領域とは、カバーリング２１によって覆われる基板ホルダ７の表面のほかに、基板１０の側面や裏面が含まれる。一方、半導体装置の製造工程の制約により、基板外周部にも成膜が必要になる場合もある。この場合には、カバーリング２１の開口を基板の寸法と同じか該寸法よりも大きく構成する。これにより基板の全面に成膜しながら、基板ホルダ７への膜堆積も防止できる。カバーリング２１は他のシールドと同様に交換可能に構成されるので、適宜交換されたり、洗浄して再利用されたりする。
　基板ホルダ７には、基板ホルダ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駆動機構３１が設けられている。基板ホルダ７は、処理容器２の内部空間が真空に維持されたまま、基板ホルダ駆動機構３１によって基板保持面に対して垂直な駆動方向に駆動可能に構成される。この構造によってＴＳ距離を変更することが可能になる。基板ホルダ駆動機構３１は、処理容器２の内部空間を真空に維持しながら前記駆動方向に基板ホルダ７を駆動するためのベローズ、真空を維持しながら基板ホルダ７を回転させるための磁性流体シール、基板ホルダ７を回転および上下動させるためのそれぞれのモータ、基板ホルダ７の位置を測定するためのセンサーなどから構成されており、図示しない制御装置により基板ホルダ７の位置をおよび回転を制御できる構成となっている。
　基板１０の近傍で、基板ホルダ７とターゲットホルダ６との間には、基板シャッター１９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を回転及び並進させることにより、基板１０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を挿入する（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との間の経路は遮断される。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６（ターゲット４）と基板ホルダ７（基板１０）との間から基板シャッター１９が退避されると、ターゲットホルダ６（ターゲット４）と基板ホルダ７（基板１０）との間に経路が形成される（開状態）。基板シャッター駆動機構３２は、基板ホルダ７とターゲットホルダ６との間の経路を遮断する閉状態、または基板ホルダ７とターゲットホルダ６との間に経路を形成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。開状態において、基板シャッター１９は、シャッター収納部２３に収納される。図１に示すように基板シャッター１９の退避場所であるシャッター収納部２３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はステンレス又はアルミニウム合金により構成されうる。また、耐熱性が求められる場合は、基板シャッター１９はチタンあるいはチタン合金で構成されうる。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の表面に形成しても良い。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に、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。
　ターゲット表面のクリーニングのため、あるいは、シールド内面へ薄膜を付着させて真空室内の状態を安定させるために、基板シャッターを閉じた状態のままスパッタリングを行うことがある。このとき、基板ホルダ７の表面に僅かであっても薄膜が堆積すると基板が基板ホルダ７に搬送されたときに基板裏面が汚染されて、該基板を処理することによって形成される半導体装置の性能を悪化させたり、次工程の装置を汚染させたりするおそれがある。このため基板シャッター１９が閉状態のときには、カバーリング２１と基板シャッターは非接触で嵌り合う、いわゆる隘路（ラビリンス）を形成して基板ホルダへの膜堆積を防止する構成となっている。
（第１の実施形態）
　図２を参照して、基板ホルダ７の周辺におけるシールドについて説明する。基板ホルダ７には基板１０が配置されている。さらに基板ホルダの外周部にはカバーリング２１が設置されている。カバーリング２１と所定の間隙を設けてシールド４０３が処理容器２に取り付けられている。基板ホルダ７はＴＳ距離を調整するために基板保持面に対して垂直方向に駆動できる。この動きに伴って、カバーリング２１も基板ホルダ７とともに移動する。一方、シールド４０３は処理容器２に固定されているため、基板ホルダ７の移動に伴うシールド４０３の位置変化はない。
　真空チャンバー２内に導入されたプロセスガスは、シールド４０３とカバーリング２１との間隙を通して処理空間ＰＳから排気または処理空間ＰＳに導入されるが、この排気または導入の容易さを定量的に示す指標としてコンダクタンスがある。プロセスガスが処理空間ＰＳから排気される場合、プロセスガスは矢印で示す経路１００を経て排気されるが、カバーリング２１とシールド４０３とで形成された間隙の形態によって、処理空間ＰＳから基板ホルダ７の外周を通過して外部空間ＯＳへガスが排気される際の排気コンダクタンスが変化する。カバーリング２１は、その外周部に、基板ホルダ７の下降方向に平行な方向に延びた筒状部分２１０を有する。カバーリング２１とシールド４０３との間隙のうち、カバーリング２１の筒状部分２１０における外側面２１ａと、シールド４０３のうち外側面２１ａに対向する部分（筒状部分）の内側面４０３ａとで形成される間隙（基板ホルダ駆動機構３１による基板ホルダ４の駆動方向に垂直な方向における寸法）が最も距離が小さい。第１の実施形態において、カバーリング２１の筒状部分２１０の外側面２１ａとシールド４０３の内側面４０３ａとで形成される間隙は、最小間隙部分である。最小間隙部分の大きさを最小間隙Ｄと呼ぶことにする。経路１００におけるコンダクタンスは、最小間隙Ｄと、基板ホルダ７の駆動方向（基板保持面に垂直な方向）における最小間隙部分の長さＬ大きく依存する。
　経路１００のコンダクタンスは、最小間隙Ｄおよび長さＬで構成されるコンダクタンスＣ１と、その他のシールド４０３、カバーリング２１および基板ホルダ７とで構成されるコンダクタンスＣ２の直列連結とみなせる。排気経路上に直列に連結されたコンダクタンスの合成は以下の式１で示される。
　Ｃ＝１/（（１/Ｃ１）＋（１/Ｃ２））　　（式１）
　ここで、Ｃは合成コンダクタンスである。式１から明らかなように、Ｃ２が十分大きいとき、合成コンダクタンスＣはＣ１とほぼ等しくなる。
　最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分以外においては、シールド４０３、カバーリング２１および基板ホルダ７との間隙が大きいため、Ｃ２は十分に大きくなる。また、基板ホルダ７が上下に駆動されても、カバーリング２１とシールド４０３とで形成された間隙のうち、カバーリング２１の外側面２１ａとシールド４０３の内側面４０３ａとで形成された最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分の長さＬが変化しないように構成される。このため、基板ホルダ７が上下動してもＣ１がほとんど変化しないため、基板ホルダ７が上下動した際の、Ｃ１とＣ２からなる合成コンダクタンスの変化を小さく抑えることが可能となる。
　基板ホルダ７が上下動しても最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分の長さＬが変化しない構成とするために図２の例では、カバーリング２１の筒状部２１０の端面（下面）２１ｂとシールド４０３の凹形状部４１０の底面４０３ｂおよび内側面４０３ｃとの距離が最小間隙Ｄよりも小さくならない範囲で基板ホルダ７を上下動させる。また基板ホルダ７が下降した際に、カバーリング２１の筒状部２１０の内側面２１ｃとシールド４０３の凹形状部４１０の内側面４０３ｃとの距離が最小間隙Ｄよりも小さくならないようにシールド４０３とカバーリング２１の形状および位置が設計される。あるいは、内側面２１ｃと内側面４０３ｃとが対向する位置まで基板ホルダ７を下降させない必要がある。ただし、基板上への成膜処理が行われず、コンダクタンスの変化が基板の処理特性に影響を及ぼさない、例えば基板搬入出の際などはこの限りではない。
　第１の実施形態では、基板ホルダ７の中心軸を通る平面で切断された断面において、シールド４０３の先端は、基板ホルダ７の外周から内周に向かう方向に向けて屈曲し、さらにカバーリング２１の方向に向けて屈曲し、これによって凹形状部４１０が形成されている。基板ホルダ７の中心軸を通る平面で切断された断面において、カバーリング２１の先端は、筒状部２１０が構成されるように、基板ホルダ７の下降方向に屈曲している。このように、第１の実施形態では、処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路が存在せず、外側面２１ａとそれに対向する内側面４０３ａとの間隙に進入したスパッタ粒子の多くは、凹形状部４１０の底面４０３ｂに入射する。この結果、スパッタ粒子が処理空間ＰＳから外部空間ＯＳに飛散することを抑制することができる。
　また、カバーリング２１の筒状部２１０の外側面２１ａは、シールド４０３の内側面４０３ａと平行である。このため最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分の、基板ホルダ７の駆動方向の長さＬを長くすることができる。長さＬが長いと、最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分のコンダクタンスがより小さくなり、上述の式１におけるＣ２がよりＣ１に対して大きくなるために、基板ホルダ７の上下動によるコンダクタンスの変化を低減し易い。
　このようなコンダクタンスの変化を抑制する構成は、特に、反応性ガスを外部空間ＯＳを経由して処理空間ＰＳに導入して反応性スパッタにより基板上に膜を形成する構成において有効である。反応性ガスを外部空間ＯＳに導入した場合、反応性ガスはシールド４０３とカバーリング２１との間隙を通って処理空間ＰＳに導入される。反応性ガスが通過する間隙のコンダクタンスが変化すると、スパッタされた粒子との反応に寄与するガスの量が変化し、所望の膜を得ることが困難となるためである。
　第１の実施形態では、処理空間ＰＳは、少なくとも基板ホルダ７、基板ホルダ７に設けられたカバーリング２１と、天井シールド４０３とで区画される。処理空間ＰＳは、これらの部材に加え、ターゲット４、バックプレート５、シャッター収納部２３などの少なくとも１つで区画されてもよい。基板ホルダ７の外周に設けられたカバーリング２１は、基板ホルダ７の駆動に併せて移動した際に、処理容器２の内側に設けられたシールド４０３とカバーリング２１との間隙のコンダクタンスの変化を抑制するように構成される。処理空間ＰＳは、少なくともシールド４０３およびカバーリング２１によって区画されうる。
（第２の実施形態）
　図３に本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態ではカバーリング２１の外側にシールド４０４が設けられており、シールド４０４とシールド４０３とによって排気路が形成される。カバーリング２１とシールド４０４とが別部材である場合、カバーリング２１を設計する際の制約が少なくできる。例えばシールド４０４とカバーリング２１とを異なる材質で製造することが可能となる。勿論、カバーリング２１とシールド４０４とを一体で形成してもよい。
　第２の実施形態ではシールド４０４におけるシールド４０３側に突出した突出部の面４０４ｄと、シールド４０３の外側面４０３ｄとの距離が、シールド４０３と４０４で形成される間隙における最小間隙Ｄである。その最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分の長さＬがコンダクタンスに最も影響を与えるが、基板ホルダ７が上下動しても、最小間隙Ｄを構成する最小間隙部分の長さＬが変化しないため、シールド４０４と４０３により形成される排気路のコンダクタンスを変化を抑えることができる。
　第２の実施形態では、最小間隙Ｄを規定するために、シールド４０４は、シールド４０３に向けて突出した突出部４２５を有しており、一方で基板ホルダ７の下降方向に平行な方向に延びた筒状部４３０を有する。筒状部４３０は、シールド４０３の先端下部よりも低い位置まで伸び、その後、基板ホルダ７の内周から外周に向かう方向に向けて屈曲し、さらに先端が基板ホルダ７の上昇方向に向けて屈曲している。このようにシールド４０４の先端がシールド４０３の先端を囲うように屈曲しているため、処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路が存在しない。
　第２の実施形態における他の効果について、図４Ａ、４Ｂを用いて説明する。図４Ａ、４Ｂは、処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路が存在しない範囲で、基板ホルダ７を可能な限り下降させたときの様子を示している。図４Ａ、４Ｂでは主たる排気経路を形成する部材以外を省略して示している。
　スパッタにより基板上に膜を形成するに先立ち、処理容器２の内部に配置される部材の表面からのガス放出を抑制するために、主に処理空間ＰＳに面する部材の表面および処理空間ＰＳの近傍の部材の表面にスパッタ膜を形成する方法が採用され得る。排気路を形成するカバーリング２１やシールド４０３、４０４からもガス放出が生じるため、これらの部材についても処理空間ＰＳに近接する面に予めスパッタ膜が形成されていることが望ましい。
　図４Ａは第１の実施形態において、基板ホルダ７を可能な限り下降させ、カバーリング２１とシールド４０３とを近接させた状態を示した図である。この状態においてターゲット４をスパッタすることで、シールド４０３の面４０３ａ上において、主にターゲット４に面する領域に被膜Ｆが形成される。
　図４Ｂは第２の実施形態において、処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路が存在しない状態を維持したまま、基板ホルダ７を可能な限り下降させた状態を示した図である。第２の実施形態ではシールド４０４をシールド４０３の先端位置付近まで下降させることができるため、シールド４０３の面４０３ｄのほぼ全面に被膜Ｆを形成することができる。このため、基板１０への成膜処理時にシールド４０３から放出されるガスが低減され、良質な膜の成膜が可能となる。
　また、シールド４０４の面４０４ｄは、カバーリング２１の外側に配置された板状部分の外側面である。最小間隙Ｄを一方のシールドの面と、他方のシールドの板状部分の側面とで構成する場合、長さＬにわたって最小間隙Ｄを形成することを容易とし得る。このため装置毎のコンダクタンスの機差を低減することができる。
　第２の実施形態においても、実際に基板上に成膜処理を行う際に、最小間隙Ｄが変化しないように装置が構成される。即ち、面４０３ｆと面４０４ｆとの距離は最小間隙Ｄより大きく、また基板ホルダ７が下降した際に面４０３ｅと面４０４ｅとの距離が最小間隙Ｄより小さくならないように構成される。
（第３の実施形態）
　図５に本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態ではシールド４０４が、シールド４０３の先端を囲うように屈曲しており、さらにシールド４０４の先端がシールド４０３に向けて屈曲している。この屈曲部のシールド４０３に対向する面４０４ｈと、シールド４０３の屈曲部に対向する面４０３ｈとの間隙が最小間隙Ｄとなるように構成される。
　第３の実施形態における効果について、図６Ａ、６Ｂを用いて説明する。図６Ａ、６Ｂは処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路が存在しない範囲で、基板ホルダ７を可能な限り下降させたときの様子を示している。図６Ａ、６Ｂでは主たる排気経路を形成する部材以外を省略して示している。
　スパッタにより基板上に膜を形成するに先立ち、処理容器２の内部に配置される部材の表面からのガス放出を抑制するために、主に処理空間ＰＳに面する部材の表面および処理空間ＰＳの近傍の部材の表面にスパッタ膜を形成する方法が採用され得る。排気路を形成するカバーリング２１やシールド４０３、４０４からもガス放出が生じるため、これらの部材についても処理空間ＰＳに近接する面に予めスパッタ膜が形成されていることが望ましい。
　図６Ａは第１の実施形態において、基板ホルダ７を可能な限り下降させ、カバーリング２１とシールド４０３とを近接させた状態を示した図である。この状態においてターゲット４をスパッタすることで、シールド４０３の面４０３ａ上において、主にターゲット４に面する領域に被膜Ｆが形成される。
　図６Ｂは第３の実施形態において、処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路が存在しない状態を維持したまま、基板ホルダ７を可能な限り下降させた状態を示した図である。第３の実施形態では面４０３ｈと面４０４ｈとが最小間隙Ｄを形成しているため、面４０３ｉと面４０４ｉとの間隙を最小間隙Ｄより大きくできる。このため第２の実施形態に比べ、スパッタ粒子が面４０４ｉの下端や面４０４ｊ、面４０４ｇに付着し易く、シールド表面からのガス放出をより一層低減することができる。
　第３の実施形態においても、実際に基板上に成膜処理を行う際に最小間隙Ｄが変化しないように装置が構成される。即ち、面４０３ｉと面４０４ｉとの距離は最小間隙Ｄより大きく、また基板ホルダ７が下降した際に面４０３ｇと面４０４ｇとの距離が最小間隙Ｄより小さくならないように構成される。
（第４の実施形態）
　図７に本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態ではシールド４０５が基板ホルダ７の端部に設けられ、基板ホルダ７の下降方向に向かって延びている。一方、シールド４０３は先端が基板ホルダ７（シールド４０５）に向かって延びており、シールド４０３の先端の屈曲部とシールド４０５との間隙が最小間隙Ｄとなっている。シールド４０３の先端は、カバーリング２１の先端よりも基板ホルダ７の側に延在しており、シールド４０３によって処理空間ＰＳの中心（あるいは基板ホルダ７の中心軸）から外部空間ＯＳに至る直線経路存在しないように構成されている。
　第４の実施形態では、面２１ｍと面４０３ｍとの距離が、最小間隙Ｄである面４０３ｌと面４０５ｌとの間隙よりも大きい。このため、基板への成膜処理に先立って行われるシールド表面への成膜処理において、シールド４０３の表面に広く膜を堆積させることができる。またカバーリング２１とシールド４０５が別部材で構成され、シールド４０３とカバーリング２１には膜が多く堆積するがシールド４０５には膜が付着し難いため、シールド４０５の交換周期を長くしメンテナンスを容易にし得る。
　第４の実施形態では、シールド４０５を基板ホルダ７に設けたが、基板ホルダ７の外縁において基板ホルダ７の下降方向に延在する部分を形成し、カバーリング２１とシールド４０５を一体としてもよい。
　本発明の第１の実施形態に係る実施例について、図８を参照しながら説明する。図８において最小間隙Ｄを６ｍｍ、長さＬを２０ｍｍとしたときの、ＴＳ距離とシールド内圧力について、ＴＳ距離との関係を測定した。比較例として、基板ホルダ周辺のシールド構造がＴＳ距離の変化にともなって変化してしまう特許文献１に記載のスパッタリング装置についても同様に測定した。この結果をグラフ１に示す。実験は、ＴＳ距離について２３０ｍｍ、２８０ｍｍ、３３０ｍｍの３つの位置について、それぞれＡｒをシールド内に１００ＳＣＣＭ導入して、シールド内部の圧力を隔膜式真空計で測定した。従来例ではＴＳ距離の変化にともなって圧力が１．１０３Ｐａから１．０７７Ｐａまで変化するのに対して、本発明では１．１１６Ｐａから１．１０４Ｐａの間の変化に抑制されていることが判る。
　なお、本実施例では、シールド内圧の変化を抑制する効果のほかに、カバーリングとコンダクタンスを制限する部品を共通化しているために、スパッタ装置を構成する部品点数を削減できる別の効果もある。
　なお、上述した実施形態では、基板ホルダは全て基板保持面に対して垂直方向に駆動する場合について述べたが、これに限らず基板保持面に対して垂直方向の成分にくわえ、基板保持面の面内方向の成分を含んだ方向に駆動しても良い。いずれの場合においても、基板ホルダが基板保持面に対して垂直成分を含む方向に駆動した際に、該駆動方向に対して垂直方向におけるシールド間の最小間隙Ｄである部分の該駆動方向の長さＬが、基板ホルダの駆動に伴って変化しない。
　また、上述した実施形態では、基板処理装置がスパッタ装置である場合について述べたが、本発明はその他の基板ホルダを昇降させる必要がある装置にも用いることができる。例えば、ＣＶＤ装置やエッチング装置にも適用可能である。
　本願は、２０１２年１２月２６日に出願された日本国特許出願特願２０１２－２８２４６７号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。
１　スパッタリング装置
２　処理容器
３　マグネットホルダ
４　ターゲット
５　バックプレート
６　ターゲットホルダ
７　基板ホルダ
８　排気チャンバー
１０　基板
１２　電源
１３　マグネット
１４　ターゲットシャッター
１５　不活性ガス供給系
１６　不活性ガス供給装置
１７　反応性ガス供給系
１８　反応性ガス供給装置
１９　基板シャッター
２０　基板シャッター支持機構
２１　カバーリング
２３　シャッター収納部
３１　基板ホルダ駆動機構
３２　基板シャッター駆動機構
３３　ターゲットシャッター駆動機構
３４　絶縁体
４２　ゲートバルブ
４７　メインバルブ
４８　ターボ分子ポンプ
４９　ドライポンプ
 

Claims (9)

  1. 　処理容器と、
    　前記処理容器内を排気するための排気部と、
    　前記処理容器内にガスを導入するためのガス導入部と、
    　前記処理容器内において基板を保持するための基板ホルダと、
    　前記基板ホルダの外周部に設けられた第１シールドと、
    　前記処理容器の内側に設けられた第２シールドと、を備え、
    　前記処理容器の内部空間は、少なくとも前記第１シールドと前記第２シールドと前記基板ホルダとにより、前記基板を処理するための処理空間と外部空間とに区画され、
    　前記基板ホルダは前記基板を保持する基板保持面に対して垂直な駆動方向に沿って駆動可能であり、
    　前記第１シールドおよび前記第２シールドは前記処理空間の中心または前記基板ホルダの中心軸から前記外部空間に至る直線経路が存在しないように設けられ、
    　前記第１シールドと前記第２シールドとで形成される間隙のうち前記駆動方向に垂直な方向における寸法が最小である最小間隙部分の、前記駆動方向に平行な方向の長さが、前記基板ホルダが前記駆動方向に駆動されても変化しないことを特徴とする基板処理装置。
  2. 　前記第１シールドは、外側面を有する部分を含み、前記第２シールドは、前記外側面に対向する内側面を有する部分を含み、前記最小間隙部分は、前記外側面と前記内側面とによって形成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記第１シールドは、内側面を有する部分を含み、前記第２シールドは、前記内側面に対向する外側面を有する部分を含み、前記最小間隙部分は、前記内側面と前記外側面とによって形成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記第１シールドおよび前記第２シールドの少なくとも一方が筒状部分を有し、前記筒状部分によって前記最小間隙部分が形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 　前記第１シールドおよび前記第２シールドの一方は、前記基板ホルダの中心軸を通る平面で切断された断面において凹形状部を有し、前記第１シールドおよび前記第２シールドは、前記第１シールドおよび前記第２シールドの他方の端面が前記凹形状部の底面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 　前記第１シールドはリング形状部を含むことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
  7. 　前記基板処理装置は、前記基板にスパッタリング処理を施すスパッタリング処理装置であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  8. 　前記ガス導入部は前記外部空間に反応性ガスを導入する反応性ガス導入部であり、前記反応性ガスは第１シールドと前記第２シールドとの間隙を通して前記処理空間に導入されることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 　処理容器と、
    　前記処理容器内において基板を保持するための基板ホルダと、
    　前記基板ホルダの外周部に設けられた第１シールドと、
    　前記処理容器の内側に設けられた第２シールドと、を備え、
    　前記処理容器の内部空間は、少なくとも前記第１シールドと前記第２シールドと前記基板ホルダとにより、前記基板を処理するための処理空間と外部空間とに区画され、
    　前記基板ホルダは前記基板を保持する基板保持面に対して垂直な駆動方向に沿って駆動可能であり、
    　前記第１シールドと前記第２シールドとで形成される間隙のうち前記駆動方向に垂直な方向における寸法が最小である最小間隙部分の、前記駆動方向に平行な方向の長さが、前記基板ホルダが前記駆動方向に駆動されても変化しないことを特徴とする基板処理装置。
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