WO2022259368A1 - バイアス印加装置 - Google Patents
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Abstract
成膜チャンバ（１１）において、基板（Ｓ）が、少なくとも所定の処理を施す第１領域（ＦＲ）と当該第１領域以外の第２領域（ＳＲ）とに移動するスパッタ装置（１）に用いられ、電源（３）からのバイアスを前記基板に印加するバイアス印加装置（２）であって、前記電源（３）に接続され、前記第１領域（ＦＲ）に固定された第１電極（２１）を有する。
Description
本発明は、バイアス印加装置に関するものである。
プラズマ反応を利用したスパッタ成膜法の一つとして、ターゲットが装着されたカソード電極の他に、被成膜基板が装着された基板ホルダにも電位を与え、被成膜基板にバイアス電圧を印加しながら薄膜を形成する、いわゆるバイアススパッタ法が知られている（特許文献１）。このバイアススパッタ法では、被成膜基板の表面にターゲット物質からなる薄膜をスパッタリングする際に、被成膜基板が装着される基板ホルダに電力を供給し、基板ホルダにプラズマに対するバイアス電位を与える。
上記プラズマ処理により薄膜に付与される機能として、膜質が緻密化して硬さが向上すること（特許文献１）や、ステップカバレッジ（微細段差部の被覆）が改善する、すなわちプリント基板のコンタクトホールにおいて側面も底部も略均一な膜厚で形成できたりすること（特許文献２）が挙げられる。前者はプラズマ中のイオンによる成膜アシストによるもの、後者は同イオンによるスパッタ膜のエッチング効果によるものとされている。
被成膜基板にバイアスを印加する装置形態としては、１個の被成膜基板に対し、１系統のバイアス電力を供給する枚葉式の成膜装置がある。この他、平板トレイ、カルーセルドラム、自転と公転を同時に行う遊星回転スピンドルといった基板ホルダに、複数枚の被成膜基板を搭載し、１バッチ中に複数枚の被成膜基板をバイアス処理する形態もある。
上記従来技術のうち、基板ホルダに複数枚の被成膜基板を搭載してバイアス処理する装置形態において、被成膜基板にバイアス電圧を印加する場合には、基板ホルダに装着された全ての被成膜基板に対して電圧を印加することになる。そのため、基板ホルダに搭載された各被成膜基板に印加される電力密度（被成膜基板の単位面積当たりの供給電力）が小さくなり、給電効率が低くなる。その結果、プラズマ処理の効果が弱まるという問題がある。尤も、電力密度を大きくするために印加するバイアス電力量を増加させることも考えられるが、ある一定量以上の電力量を印加すると、給電を行っている接続機器において、バイアス電力の漏洩に伴う異常放電が生じるおそれがある。そのため、従来技術では、弱いプラズマ処理しか行えないという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、給電効率が高いバイアス印加装置を提供することである。
本発明は、以下のいずれかのバイアス印加装置により上記課題を解決する。
（１）基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内において移動する基板に対し、相対的に高いバイアスを印加する領域と、相対的に低いバイアス（ゼロを含む）を印加する領域と、を有するように、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加装置。
（２）基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内において移動する基板が、
電源に接続されるとともに前記処理室内に固定された第１電極を通過するときに、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加装置。
（３）基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内に配置される複数の基板に対し、前記基板の面積の総和以下の電極面積を有する第１電極を前記処理室内に備え、
前記第１電極を介して電源からのバイアスを前記基板に印加するバイアス印加装置。
（４）基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内のプラズマ処理空間又はその近傍に、電源に接続された第１電極が固定され、
前記第１電極を介して電源からのバイアスを前記基板に印加するバイアス印加装置。
（１）基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
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電源に接続されるとともに前記処理室内に固定された第１電極を通過するときに、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加装置。
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処理室内に配置される複数の基板に対し、前記基板の面積の総和以下の電極面積を有する第１電極を前記処理室内に備え、
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（４）基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内のプラズマ処理空間又はその近傍に、電源に接続された第１電極が固定され、
前記第１電極を介して電源からのバイアスを前記基板に印加するバイアス印加装置。
本発明によれば、選択的にバイアス印加ができるので、電力密度が高く給電効率の良いバイアス印加装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１Ａは、本発明に係るバイアス印加装置を用いた成膜装置（スパッタ装置）１の一実施の形態を示す断面図、図１Ｂは同じく平面図である。本実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、基板Ｓに膜を形成する成膜チャンバ１１と、成膜チャンバ１１の内部空間を必要に応じて減圧雰囲気にする減圧装置１５と、成膜チャンバ１１の内部空間において回転可能に設けられ、一方の主面に基板Ｓを保持する基板保持部１４を有する平板形状の基板ホルダ１２と、基板ホルダ１２を回転させる駆動装置１３と、成膜チャンバ１１の内部空間に設けられたスパッタ電極１６と、同じく成膜チャンバ１１の内部空間に設けられたプラズマ発生装置１７と、成膜チャンバ１１の内部空間に放電ガス及び必要に応じて反応ガスを導入するガス導入装置１８と、を備える。
成膜チャンバ１１は、実質的に密閉空間を形成する中空筐体からなり、たとえば図１Ｂに示すように平面視において四角形とされている。成膜チャンバ１１の４つの側壁面の一つに、図１Ａに示すようにゲート１１１が設けられ、ここから基板Ｓ（基板ホルダ１２又は基板保持部１４と共にでもよい）の搬入及び搬出が行われる。また、図示を省略するが、成膜チャンバ１１の底壁面には、ターボ分子ポンプなどの減圧装置１５の吸引口が複数形成され、成膜チャンバ１１の内部空間の気体を底壁面に向かって吸引することで、必要に応じて成膜チャンバ１１を減圧雰囲気に維持する。なお、本発明のバイアス印加装置２は、成膜装置（スパッタ装置）１を減圧雰囲気で使用しながら作動させるほか、成膜チャンバ１１を大気圧雰囲気に維持した状態で作動させてもよい。
成膜チャンバ１１の内部空間には、成膜される基板Ｓを保持するための基板ホルダ１２が設けられている。本実施形態の基板ホルダ１２は、円形・平板形状に形成され、駆動装置１３の回転軸１３１に固定され、支持されている。駆動装置１３は、たとえば電動モータからなり、この駆動装置１３を作動させることにより、基板ホルダ１２は、回転軸１３１を中心にして、所定方向に所定速度で回転する。
本実施形態の基板ホルダ１２には、複数の基板保持部１４が設けられ、それぞれの基板保持部１４に、成膜対象たる基板Ｓが載置される。本実施形態の基板ホルダ１２は、平板形状の上面に基板Ｓを保持するため、たとえば基板Ｓの位置を定めるための凹部などで構成することができる。なお、基板Ｓの自重により基板ホルダ１２から脱落する場合又はホルダ運動による力によって基板が脱落する可能性がある場合は、クランプなどの脱落防止部材を有する基板保持部１４とすることが好ましい。この基板保持部１４に設けられる第２電極２２については後述する。
本実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１では、成膜チャンバ１１の内部空間のうち、基板ホルダ１２の外周領域の一部に、プラズマ発生装置１７が設けられ、ここにプラズマ処理領域Ｒ１が形成される。また、同じく成膜チャンバ１１の内部空間のうち、基板ホルダ１２の外周領域の他の一部に、スパッタ電極１６が設けられ、ここに成膜処理領域Ｒ２が形成される。
本実施形態のスパッタ電極１６は、図１Ｂの平面図に示すように、たとえば四角形の４つの辺のうち１つの辺に相当する位置に設けられている。なお、スパッタ電極１６の数量は本発明を限定するものではなく、２以上のスパッタ電極１６を設けてもよい。本実施形態のスパッタ電極１６は、詳細な図示を省略するが、一対のマグネトロンスパッタ電極と、トランスを介して接続された交流電源とを含み、マグネトロンスパッタ電極の先端には、成膜材料となるターゲットが装着される。スパッタ電極１６は、ターゲットの表面が、基板ホルダ１２の外周領域に対面するような姿勢で成膜チャンバ１１に固定され、成膜時には、電源により、例えば直流マグネトロンスパッタやパルススパッタが行われる。また例えば、カソードをデュアルカソードにして両カソードを用いて周波数１ｋ～１００ｋＨｚのバイポーラスパッタリングを行う。
本実施形態のプラズマ発生装置１７は、特に限定されず、誘導結合式プラズマ（ＩＣＰ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲＰ）、ヘリコン波プラズマ（ＨＰ）、表面波プラズマ（ＳＷＰ）などの放電方式のいずれかを採用したプラズマ発生装置を用いることができる。プラズマ発生装置１７で使用する周波数は、たとえば０．１～１００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚである。なお、プラズマ発生装置１７の数量は本発明を限定するものではなく、２以上のプラズマ発生装置１７を設けてもよい。
本実施形態のガス導入装置１８は、放電ガス（スパッタ処理においてターゲットに衝突する電子を放出するガス）を貯留するガスボンベと、必要に応じて反応ガスを貯留するガスボンベとを備える。本実施形態のガス導入装置１８は、ガスボンベに貯留された放電ガスや反応ガスを成膜チャンバ１１の内部に導入する複数のノズルを含み、それぞれのノズルからのガス流量は、マスフローコントローラにより独立して制御される。放電ガスとしては特に限定されないが、たとえばアルゴンガスなどの不活性ガスが用いられる。また反応ガスとしては、目的とする膜種に応じたガスが選択され、たとえば酸化膜である場合は酸素ガス、窒化膜である場合には窒素ガスが用いられる。なお、必ずしも反応ガスを供給する必要はないので適宜省略してもよい。
さて、本実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１は、いわゆるバイアススパッタ法により成膜するものである。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態のバイアス印加装置２の一例を示すものである。プラズマ発生装置１７が設けられることで形成されたプラズマ処理領域Ｒ１においては、基板Ｓにバイアス電圧を印加して基板Ｓに電力を供給する。一方、プラズマ処理領域Ｒ１以外の第２領域ＳＲにおいては、基板Ｓにバイアス電圧を印加しない。そのため、本実施形態のバイアス印加装置２は、図１Ａに示すように、電源３に接続され、成膜チャンバ１１の内部空間のプラズマ処理領域Ｒ１に固定された第１電極２１と、基板Ｓと電気的に接触し、基板Ｓがプラズマ処理領域Ｒ１にあるときは第１電極２１に接近又は接触し、基板Ｓが第２領域ＳＲにあるときは第１電極２１から離間する第２電極２２とを有する。具体的に、第１電極２１は、基板Ｓの面積の総和以下の電極面積を有する。また第２電極２２は、基板ホルダ１２の各基板保持部１４に設けられている。なお、基板Ｓ側に設けられる第２電極２２は、本発明のバイアス印加装置２に必須の構成ではなく、図１２に示すように第２電極２２を省略し、第１電極２１により、基板Ｓに直接バイアスを印加してもよい。
これにより、プラズマ発生装置１７によって豊富にイオンや電子が供給されるプラズマ処理領域Ｒ１にバイアスを印加することができるため、電源３から供給されるバイアス電力が効果的にプラズマアシストおよびイオンミリングを行える。そのため、第２領域ＳＲにもバイアスを印加する場合に比べ、電力の利用効率が良くなり、少ない電力で効果が大きくなる。
なお、図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態では、プラズマ発生装置１７が設けられたプラズマ処理領域Ｒ１に第１電極２１を固定し、ここを第１領域ＦＲとしたが、本発明に係る第１領域ＦＲは、プラズマ発生装置１７が設けられたプラズマ処理領域Ｒ１にのみ限定されない。図２Ａは、本発明に係るバイアス印加装置を用いた成膜装置（スパッタ装置）の他の実施の形態を示す断面図、図２Ｂは平面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態では、スパッタ電極１６が設けられた成膜処理領域Ｒ２に第１電極２１を固定し、ここを第１領域ＦＲとしたものである。スパッタ電極１６が設けられた成膜処理領域Ｒ２にもプラズマ領域が形成されるので、この成膜処理領域Ｒ２において基板Ｓにバイアス電圧を印加して基板Ｓに電力を供給してもよい。この場合、成膜処理領域Ｒ２以外の第２領域ＳＲにおいては、基板Ｓにバイアス電圧を印加しない。この場合も前述したとおりバイアス電力の改善が期待できる。
また図１３は、本発明に係るバイアス印加装置を用いた成膜装置（スパッタ装置）の他の実施の形態を示す平面図である。図１３に示す実施形態では、成膜チャンバ１１の内部空間に複数のスパッタ電極１６が設けられ、その成膜処理領域Ｒ２の一部に第１電極２１を固定し、ここを第１領域ＦＲとしたものである。スパッタ電極１６が設けられた成膜処理領域Ｒ２にもプラズマ領域が形成されるので、この成膜処理領域Ｒ２の一部において基板Ｓにバイアス電圧を印加して基板Ｓに電力を供給してもよい。この場合、残りの成膜処理領域Ｒ２（ここが第２領域ＳＲになる）においては、基板Ｓにバイアス電圧を印加しない。この場合も前述したとおりバイアス電力の改善が期待できる。
本発明に係る第２領域ＳＲとは、成膜チャンバ１１の内部空間のうち、第１領域ＦＲ以外の領域をいう。たとえば、図１Ｂに示すように第１領域ＦＲがプラズマ処理領域Ｒ１である場合、第２領域ＳＲは、成膜処理領域Ｒ２と、成膜処理領域Ｒ２でない領域とを含むこともあり、また図示はしないが第２領域ＳＲは、スパッタ電極１６が設けられた成膜処理領域Ｒ２に等しいこともある。また、図２Ｂに示すように第１領域ＦＲが成膜処理領域Ｒ２である場合、第２領域ＳＲは、プラズマ処理領域Ｒ１と、プラズマ処理領域Ｒ１でない領域とを含むこともあり、また図示はしないが第２領域ＳＲは、プラズマ発生装置１７が設けられたプラズマ処理領域Ｒ１に等しいこともある。
図３は、基板ホルダ１２の一つの基板保持部１４に設けられる第２電極２２を示す分解斜視図である。本実施形態の第２電極２２は、基板Ｓ（図示する基板は、たとえばシリコンウェーハ）が載置されて直接接触する上板２２１と、第１電極２１と対面する下板２２２と、これら上板２２１と下板２２２とを接続するジョイント２２３と、上板２２１と下板２２２と間に介装され、基板ホルダ１２と第２電極２２とを電気的に絶縁するための絶縁プレート２３，２４とを有する。上板２２１、下板２２２及びジョイント２２３が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、ＳＵＳ、Ｐｔ、Ａｕ、カーボンなどの導体からなり、第１電極２１から印加されたバイアス電力は、下板２２２で受電し、ジョイント２２３を介して上板２２１に導き、基板Ｓに印加する。なお、第２電極２２の構成は、図３に示すものに限定されず、基板ホルダ１２との電気的絶縁が確保できる限り、上板２２１と下板２２２のいずれか一方の構造としてもよい。
図１Ａに示すように、本実施形態の第１電極２１と第２電極２２とは非接触式でバイアスが印加されるので、第１電極２１が接続される電源３は、交流電源であって、特に限定はされないがたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波交流電源である。また、所定のギャップを介して第２電極２２と対面する第１電極２１は、第２電極２２と同様に、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、ＳＵＳ、Ｐｔ、Ａｕ、カーボンなどの導体から構成することができる。
これら第１電極２１と第２電極２２は非接触で対面することから、両電極及びギャップは、コンデンサとみなすことができる。コンデンサの容量性リアクタンス（交流における抵抗）Ｘｃは、コンデンサの静電容量をＣ，交流の周波数をｆとしたときに、Ｘｃ＝１／（２πｆＣ）で表せるから、コンデンサの静電容量Ｃを大きくするか、交流の周波数ｆを高くすることで、コンデンサの容量性リアクタンスを下げることができる。したがって、第１電極２１と第２電極２２とギャップで構成されるコンデンサの容量性リアクタンスを小さくしてバイアスエッチング処理を効率的に行うためには、コンデンサの静電容量を大きくすることが有効である。
ここで、コンデンサの静電容量Ｃは、誘電率をε，対面する電極面積をＡ，電極間距離をｄとしたときにＣ＝εＡ／ｄで表せるため、電極面積Ａを大きくするか、電極間距離Ｄを小さくすることで、静電容量Ｃを大きくすることができる。ただし、電極間距離ｄが小さ過ぎると、第１電極２１と第２電極２２とが干渉する可能性があるため、電極間距離ｄを小さくするにも限界がある。したがって、電極間距離ｄを可能な限り小さく設定した上で、第１電極２１と第２電極２２との対面する電極面積Ａを大きくすることが、静電容量Ｃを増加させることに対し有効である。
図４は、プラズマ処理領域Ｒ１に固定された第１電極２１と、プラズマ処理領域Ｒ１を通過する第２電極２２とを示す平面図であり、第１電極２１は図示する位置に固定されている一方で、１つの第２電極２２は、図示する基板ホルダ１２の回転軌跡ＴＲに沿って回転移動する。したがって、第１電極２１及び第２電極２２を図４に示すように扇形に形成すると、第２電極２２が、基板ホルダ１２の回転によって描かれる回転軌跡ＴＲに沿って、プラズマ処理領域Ｒ１の始点から終点まで移動する間に、第１電極２１と対面する面積（第２電極２２に回転移動にともなって時間的に変化するので時間的積分値を考える。）が最大になる。なお、図示する第１電極２１と第２電極２２は、扇形そのものではなく中心部分が削落された形状とされているが、扇形であってもよい。
図１Ａに示すように、第１電極２１は、基板ホルダ１２の基板保持部１４の裏面から第２電極２２の下板２２２に対面するように設けられている。第２電極２２は、上板２２１の部分において絶縁プレート２３，２４により基板ホルダ１２と電気的に絶縁されているので、第１電極２１から給電された電荷が基板ホルダ１２に漏電することはないが、回転軸１３１との間に絶縁シールド１２１を設けることで、基板ホルダ１２を、接地電位に対してフローティング電位にすることがより好ましい。
また、図１Ａに示すように、基板ホルダ１２の基板保持部１４の裏面において、第１電極２１と第２電極２２が対面する領域をシールド壁２５で取り囲み、第１電極２１と第２電極２２の周りにガス導入装置１８から導入された放電ガスや反応ガスが廻り込むのを防止する。これに加えて、シールド壁２５で囲まれた領域を排気する高真空排気ポンプ２６（ターボ分子ポンプＴＭＰ、クライオポンプ、ゲッターポンプ、イオンポンプなど）を設けてもよい。なお、シールド壁２５の電位は接地またはフローティング電位とする。シールド壁２５を設けることで、放電ガスや反応ガスが第１電極２１と第２電極２２の周りに存在することが抑制されるので、ここにプラズマが発生するのを防止することができる。またこれに加えて、高真空排気ポンプ２６により、この領域をプラズマが生じない程度の高真空に制御することもできる。
以上のように構成された本実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１では、図１Ａに示すプラズマ発生装置１７と基板ホルダ１２の上面との間にプラズマ処理領域Ｒ１が形成され、スパッタ電極１６と基板ホルダ１２の上面との間に成膜処理領域Ｒ２が、形成される。これらプラズマ処理領域Ｒ１と成膜処理領域Ｒ２との間には明確な境界面はないが、基板ホルダ１２の上面の基板保持部１４に載置された基板Ｓは、成膜チャンバ１１内で回転軸１３１を中心に回転を繰り返す間に、規則的な周期で成膜処理領域Ｒ２とプラズマ処理領域Ｒ１とを通過することになる。
そして、成膜処理領域Ｒ２を通過する成膜時には、ガス導入装置１８で流量が調整された放電ガスが成膜チャンバ１１内に導かれるとともに、必要に応じて酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスが成膜チャンバ１１内に導かれ、成膜処理領域Ｒ２でスパッタを行うための雰囲気が調整される。そして、スパッタ電極１６においてマグネトロンスパッタを行う。このスパッタにより、ターゲットから膜原料物質が基板Ｓへ向けて供給され、基板Ｓの表面に金属膜又は不完全金属化合物からなる中間薄膜が形成される。成膜処理領域Ｒ２を含む第２領域ＳＲを通過中の基板Ｓには、当該基板Ｓが電気的に接触する第２電極２２が、第１電極２１と離れているため、電源３からのバイアスは印加されない。またことのき、基板Ｓが、プラズマおよび導入ガスが積極的に供給されていない第２領域ＳＲを通過する際は、バイアス電力を基板Ｓに対して給電しても、バイアスによるアシストやエッチング効果は発現されない。
一方、成膜チャンバ１１内のプラズマ処理領域Ｒ１では、ガス導入装置１８で流量が調整された放電ガスが成膜チャンバ１１内に導かれ、プラズマ処理領域Ｒ１でプラズマ処理を行うための雰囲気が調整される。また、プラズマ発生装置１７により、プラズマ処理領域Ｒ１に放電ガスのプラズマが発生している。プラズマ発生装置１７から供給されるイオン種及びラジカル種は、ある程度の緩和時間を有し、プラズマが集中しているプラズマ発生装置１７から、たとえば１００～２００ｍｍ程度の一定の距離があっても、基板Ｓにイオン種やラジカル種を供給することができる。そして、プラズマ処理領域Ｒ１を通過中の基板Ｓには、当該基板Ｓが電気的に接触する第２電極２２が、第１電極２１と対面することになるため、電源３からのバイアスが印加される。そのため、成膜処理領域Ｒ２を通過してきた基板Ｓがプラズマ処理領域Ｒ１を通過する間は、基板Ｓに印加されたバイアスによってプラズマ内に存在する正イオンが、基板Ｓの近傍に発生したシース電解によって加速されて衝突し、中間薄膜のプラズマフィジカルエッチング処理が施されることになる。このようにして、基板Ｓが、成膜処理領域Ｒ２とプラズマ処理領域Ｒ１とを周期的に通過することで最終的に所望の薄膜が形成されることになる。
以上のように、本実施形態のバイアス印加装置２を備えた成膜装置（スパッタ装置）１によれば、必要とされるプラズマ処理領域Ｒ１を通過中の基板Ｓのみにバイアスを印加し、それ以外の第２領域ＳＲを通過中の基板Ｓに対してはバイアスを印加しないので、電源３から供給される電力が全てプラズマ処理領域Ｒ１を通過中の基板Ｓに供給されることになる。これにより、給電効率が高くプラズマ処理効果に優れた成膜装置（スパッタ装置）１を提供することができる。
なお、上述した実施形態は本発明を限定するものではなく、適宜の範囲で改変することができる。以下、上述した実施形態の変形例を説明する。
第１電極２１の固定位置について、図１Ａに示す実施形態では基板保持部１４の裏面側に設定したが、本発明のバイアス印加装置２はこれにのみ限定されず、基板保持部１４の表面側に１つの第１電極２１を固定してもよく、又は基板保持部１４の裏面側と表面側の両方に２つの第１電極２１を固定してもよい。図５は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置（スパッタ装置）１の他の実施の形態を示す断面図である。同図に示す成膜装置（スパッタ装置）１では、プラズマ処理領域Ｒ１において、基板ホルダ１２の基板保持部１４の裏面側と表面側の両方に２つの第１電極２１が固定されている。また、同図に示す成膜装置（スパッタ装置）１では、第２電極２２が上板のみの構造とされている。
基板ホルダ１２の基板保持部１４について、図１Ａに示す実施形態では基板ホルダ１２に対して回転しない基板保持部１４に構成したが、基板保持部１４は基板ホルダ１２に対して回転するように設けられ、基板Ｓは、基板保持部１４による自転と、基板ホルダ１２による公転とを含む遊星回転を行うように構成してもよい。図６は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置（スパッタ装置）１のさらに他の実施の形態を示す断面図である。同図に示す成膜装置（スパッタ装置）１では、各基板保持部１４は、ベアリング１４１を介して基板ホルダ１２に回転自在に設けられている。また基板ホルダ１２の回転軸１３１には遊星ギヤの一方１２２が設けられ、各基板保持部１４には遊星ギヤの他方１２３が設けられている。これらの遊星ギヤの一方１２２と他方１２３とが噛み合い、基板ホルダ１２が回転することにより、基板保持部１４に保持された基板Ｓは、基板保持部１４による自転と、基板ホルダ１２による公転とを含む遊星回転を行うことになる。
基板ホルダ１２の形状について、図１Ａに示す実施形態では平板形状の基板ホルダ１２としたが、外側面に複数の基板Ｓを保持する基板保持部１４を有し、回転軸１３１を中心に回転するドラム形状の基板ホルダ１２（いわゆるカルーセルドラム）にしてもよい。図７は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置（スパッタ装置）１のさらに他の実施の形態を示す断面図である。同図に示す成膜装置（スパッタ装置）１では、ドラム形状の基板ホルダ１２を備え、その外側面に基板Ｓを保持する複数の基板保持部１４が形成されている。また、成膜チャンバ１１の側面の一部にスパッタ電極１６が設けられ、同じく成膜チャンバ１１の側面の他の一部にプラズマ発生装置１７が設けられている。これにより、スパッタ電極１６が設けられた領域が成膜処理領域Ｒ２となり、プラズマ発生装置１７が設けられた領域がプラズマ処理領域Ｒ１となる。
鉛直方向に延在する回転軸１３１を中心に回転するドラム形状の基板ホルダ１２を備える成膜装置（スパッタ装置）１では、図７に示すようにそれぞれの基板保持部１４に第２電極２２の上板２２１が設けられ、ジョイント２２３を介して下板２２２が基板ホルダ１２の天井面に設けられている。また、電源３に接続された第１電極２１は、プラズマ発生装置１７が設けられたプラズマ処理領域Ｒ１の成膜チャンバ１１の内部空間に固定されている。そして、プラズマ処理領域Ｒ１に回転移動してきた第２電極２２の下板２２２が、所定のギャップを介して第１電極２１に対面することで、プラズマ処理領域Ｒ１に回転移動してきた基板Ｓのみに電源３からのバイアスが印加される。
これら第１電極２１と第２電極２２との配置位置や構造は図７に示すものに限定されず、適宜改変することができる。図８及び図９は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置（スパッタ装置）１のさらに他の実施の形態を示す断面図である。図８に示す成膜装置（スパッタ装置）１では、第２電極２２が基板保持部１４に設けられ、第１電極２１はドラム形状の基板ホルダ１２の内部において第２電極２２に対面するように、電源３からの電線が回転軸１３１の内部を貫通して配策されている。また図９に示す成膜装置（スパッタ装置）１では、第２電極２２が基板保持部１４に設けられ、第１電極２１はドラム形状の基板ホルダ１２の内部において第２電極２２に対面するように、電源３からの電線が、削落された基板ホルダ１２のドラム形状の底面を貫通して配策されている。このように構成された成膜装置（スパッタ装置）１においても、プラズマ処理領域Ｒ１に回転移動してきた第２電極２２が、所定のギャップを介して第１電極２１に対面することで、プラズマ処理領域Ｒ１に回転移動してきた基板Ｓのみに電源３からのバイアスが印加される。
なお図示は省略するが、図７～図９に示すドラム形状の基板ホルダ１２を備える成膜装置（スパッタ装置）１においても、第１電極２１の固定位置について、同図に示す実施形態のように基板保持部１４の裏面側に設定することのみに限定されず、図５に示すように、基板保持部１４の表面側に１つの第１電極２１を固定してもよく又は基板保持部１４の裏面側と表面側の両方に２つの第１電極２１を固定してもよい。また図７～図９に示した成膜装置（スパッタ装置）１はプラズマ発生装置１７側に第１電極２１を配置したが、スパッタ電極１６側に配置してバイアスを基板Sに対し印加してもよい。
第１電極２１と第２電極２２との接触方式について、図１Ａ～図９に示す実施形態では非接触式としたが、本発明のバイアス印加装置２においては接触式であってもよい。図１０は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置（スパッタ装置）１のさらに他の実施の形態を示す図であって、第１電極２１と第２電極２２との接触部分を拡大した断面図である。同図に示すように、プラズマ処理領域Ｒ１において、第１電極２１と第２電極２２とは直接接触することで、電源３からのバイアスが第１電極２１及び第２電極２２を介して基板Ｓに印加されるが、第２電極２２は基板ホルダ１２の回転にともなって回転移動しながら第１電極２１に摺接する。そのため、接触し始める際の衝撃を吸収したり接触中の過度な負荷を吸収したりするために、第１電極２１及び／又は第２電極２２に弾性体２７，２８を設けることが好ましい。なお、図１０に示すように第１電極２１と第２電極２２とが直接接触する方式においては、電源３として、交流電源のほかに、直流電源、直流及び交流の重畳電源、パルス電源を使用してもよい。
本実施形態の非接触方式に係るバイアス印加装置２の給電効率を高めるために、第１電極２１及び第２電極２２を図４に示すように扇形に形成することが好ましいことは既述した。第１電極２１と第２電極２２との対面する面積が最大になるからである。図４に示す実施形態では、第１電極２１の一つの面と第２電極２２の一つの面とが対面している構造であるが、一方の電極の他の面を用いて対面する面積をより大きくしてもよい。図１１は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置（スパッタ装置）１のさらに他の実施の形態を示す図であって、第１電極２１と第２電極２２との非接触部分を拡大した断面図である。同図に示す実施形態では、所定のギャップを介して対面する第２電極２２は、表面２２Ａとその裏側の裏面２２Ｂとを有し、第１電極２１は、第２電極２２の表面２２Ａに対面する面２１Ａと、第２電極２２の裏面２２Ｂに対面する他の面２１Ｂをと有するように、第１電極２１が第２電極２２を取り囲むように形成されている。なお、第１電極２１は、第２電極２２の表面２２Ａ、裏面２２Ｂ及び一対の側面（厚み部分）を取り囲むように形成されているが、４面ある側面のうちの他の一対の側面に対しては対面せず、第２電極２２が通過できる形状とされている。
上述した実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１は、平板形状又はドラム形状の基板ホルダ１２が成膜チャンバ１１内において回転することにより基板Ｓに所定材料の薄膜を成膜するものであるが、いわゆるインライン型成膜装置１にも本発明のバイアス印加装置２を適用することができる。図１４は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置１の他の実施の形態（スパッタ装置）を示す断面図である。本実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１では、基板Ｓは平板形状の基板ホルダ１２（トレイとも称される）に載置され、この基板ホルダ１２が、ローラコンベアなどの水平搬送機構１１２により、図示する左の入口側から右の出口側に向かって直線状に搬送される。ここで、基板ホルダ１２の搬送経路の所定箇所、たとえばスパッタ電極１６が設けられた箇所などに本実施形態のバイアス印加装置２を固定する。
上述した実施形態の成膜装置１はスパッタ装置であるが、本発明に係るバイアス印加装置２は蒸着装置としての成膜装置１にも適用することができる。図１５は、本発明に係るバイアス印加装置２を用いた成膜装置１の他の実施の形態（蒸着装置１）を示す断面図である。本実施形態の成膜装置（蒸着装置）１では、成膜チャンバ１１の下部に蒸着源１９は配置され、中央に開口を有するシールド１１４を介して成膜チャンバ１１の上部に回転軸１３１を中心に回転駆動するドーム形状の基板ホルダ１２が設けられている。図１５において符号１１３は膜厚補正板である。ここで、基板ホルダ１２の所定箇所に本実施形態のバイアス印加装置２を固定する。
成膜チャンバ１１の内部空間に配置されるスパッタ電極１６やプラズマ発生装置１７などのコンポーネントの構成は、どのような組み合わせでもよく、固定電極の数も成膜室に複数個配置してもよい。また、プラズマ処理領域Ｒ１にて行われる処理について、プラズマエッチング以外にも、例えばＣＶＤ（Chemical vapor deposition）、ＡＬＤ（atomic layer deposition）、プラズマトリートメント、ドーピングなどの各種処理を挙げることができる。さらに、スパッタ電極１６は本発明に係るバイアス印加装置２に必須の装置ではない。たとえば、ＣＶＤ装置に本発明のバイアス印加装置２を用いる場合、成膜チャンバ１１の内部空間に２つのＩＣＰプラズマ源を設け、一方のＩＣＰプラズマ源では、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）などのプリカーサとアルゴンと酸素を供給してＳｉＯ２を成膜し、他方のＩＣＰプラズマ源では、アルゴンと酸素を導入してプラズマを発生させ、基板ホルダ下に配置した本発明のバイアス印加装置２によって成膜したＳｉＯ２膜をエッチング処理してもよい。
本発明のバイアス印加装置２によりバイアス電力が給電される基板Ｓは、金属などの導体、シリコンなどの半導体、ガラスなどの絶縁体など、どのような基板Ｓに対しても適用することができる。また、成膜チャンバ１１の内部空間における基板Ｓの搬送方式として、円形平板回転方式とカルーセルドラム回転方式を例示したが、成膜チャンバ１１の内部空間を直線的に搬送するインライン搬送方式にも適用することができる。また、上述した実施形態の成膜装置（スパッタ装置）１は、成膜材料を鉛直上側に配置し、被成膜基板Ｓを鉛直下側に配置するデポダウン方式の成膜装置（スパッタ装置）１であるが、本発明のバイアス印加装置２は、デポダウン方式のほか、成膜材料を鉛直下側に配置し、被成膜基板Ｓを鉛直上側に配置するデポアップ方式の成膜装置（スパッタ装置）１その他の成膜装置にも適用することができる。
第１電極２１の固定位置について、プラズマ発生装置１７によるプラズマ処理が有効に実施可能な領域、すなわちプラズマ処理領域Ｒ１のいずれかであれば特に限定されないが、プラズマ処理領域Ｒ１のうちプラズマ発生装置１７の直下及びその近傍に設置すると、同じバイアス電力でもプラズマエッチング効果が最も大きくなる。ただし、本発明はプラズマ処理効果が最も発揮されることに限定されず、第１電極２１をプラズマ処理領域Ｒ１の最外部、すなわちプラズマ発生装置１７から最も離れた位置に固定してもよい。プラズマ処理効果が低くなる領域であることからエッチング分布の調整がし易いという利点がある。
１…成膜装置（スパッタ装置，蒸着装置）
１１…成膜チャンバ
１１１…ゲート
１１２…水平搬送機構
１１３…膜厚補正板
１１４…シールド
１２…基板ホルダ
１２１…絶縁シールド
１２２，１２３…遊星ギヤ
１３…駆動装置
１３１…回転軸
１４…基板保持部
１４１…ベアリング
１５…減圧装置
１６…スパッタ電極
１７…プラズマ発生装置
１８…ガス導入装置
１９…蒸着源
Ｓ…基板
Ｒ１…プラズマ処理領域
Ｒ２…成膜処理領域
ＦＲ…第１領域
ＳＲ…第２領域
２…バイアス印加装置
２１…第１電極
２１Ａ，２１Ｂ…面
２２…第２電極
２２１…上板
２２２…下板
２２３…ジョイント
２２Ａ…表面
２２Ｂ…裏面
２３，２４…絶縁プレート
２５…シールド壁
２６…高真空排気ポンプ
２７，２８…弾性体
３…電源
１１…成膜チャンバ
１１１…ゲート
１１２…水平搬送機構
１１３…膜厚補正板
１１４…シールド
１２…基板ホルダ
１２１…絶縁シールド
１２２，１２３…遊星ギヤ
１３…駆動装置
１３１…回転軸
１４…基板保持部
１４１…ベアリング
１５…減圧装置
１６…スパッタ電極
１７…プラズマ発生装置
１８…ガス導入装置
１９…蒸着源
Ｓ…基板
Ｒ１…プラズマ処理領域
Ｒ２…成膜処理領域
ＦＲ…第１領域
ＳＲ…第２領域
２…バイアス印加装置
２１…第１電極
２１Ａ，２１Ｂ…面
２２…第２電極
２２１…上板
２２２…下板
２２３…ジョイント
２２Ａ…表面
２２Ｂ…裏面
２３，２４…絶縁プレート
２５…シールド壁
２６…高真空排気ポンプ
２７，２８…弾性体
３…電源
Claims (16)
- 基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内において移動する基板に対し、相対的に高いバイアスを印加する領域と、相対的に低いバイアス（ゼロを含む）を印加する領域と、を有するように、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加装置。 - 基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内において移動する基板が、
電源に接続されるとともに前記処理室内に固定された第１電極を通過するときに、前記基板にバイアスを印加するバイアス印加装置。 - 基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内に配置される複数の基板に対し、前記基板の面積の総和以下の電極面積を有する第１電極を前記処理室内に備え、
前記第１電極を介して電源からのバイアスを前記基板に印加するバイアス印加装置。 - 基板に所定の処理を施す処理装置に用いられ、
処理室内のプラズマ処理空間又はその近傍に、電源に接続された第１電極が固定され、
前記第１電極を介して電源からのバイアスを前記基板に印加するバイアス印加装置。 - 前記処理装置は、
前記処理室内に設けられ、複数の基板を保持する基板保持部を有し、回転軸を中心に回転するドラム形状の基板ホルダを備え、
前記第１電極は、前記基板保持部の裏面側及び／又は表面側に対面する位置に固定されている請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。 - 前記処理装置は、
前記処理室内に設けられ、複数の基板を保持する基板保持部を有し、水平搬送される平板形状の基板ホルダを備え、
前記第１電極は、前記基板保持部の裏面側及び／又は表面側に対面する位置に固定されている請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。 - 前記処理装置は、
前記処理室内に設けられ、複数の基板を保持する基板保持部を有し、回転軸を中心に回転する平板形状の基板ホルダを備え、
前記第１電極は、前記基板保持部の裏面側及び／又は表面側に対面する位置に固定されている請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。 - 前記処理装置は、
前記処理室内に設けられ、複数の基板を保持する基板保持部を有し、回転軸を中心に回転するドーム形状の基板ホルダを備え、
前記第１電極は、前記基板保持部の裏面側及び／又は表面側に対面する位置に固定されている請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。 - 前記基板保持部は、前記基板ホルダに対して回転するように設けられ、
前記基板は、前記基板保持部による自転と、前記基板ホルダによる公転とを含む遊星回転を行う請求項７又は８に記載のバイアス印加装置。 - 前記第１電極は、前記基板の移動軌跡に沿う形状とされている請求項５～９のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。
- 前記基板の電位は、接地電位に対して絶縁されたフローティング電位である請求項１～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。
- 前記第１電極を含む雰囲気を、プラズマ放電圧力以下に局所排気する排気機構を備える請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。
- 前記第１電極と前記基板は、所定のギャップを介して対面し、前記第１電極から前記基板へ、バイアスを非接触印加する請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。
- 前記基板と接触し、前記第１電極に接近及び離間する第２電極をさらに有する請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。
- 前記第１電極と前記基板の少なくとも一方は、他方へ弾性付勢する弾性体を有し、
前記第１電極と前記基板は接触し、前記第１電極から前記基板へ、バイアスを接触印加する請求項２～４のいずれか一項に記載のバイアス印加装置。 - 所定のギャップを介して対面する第１電極と第２電極の一方は、表面とその裏側の裏面とを有し、
前記第１電極と第２電極の他方は、前記一方の電極の表面に対面する面と、前記一方の電極の裏面に対面する他の面をと有する請求項１４に記載のバイアス印加装置。
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