(57)【要約】【課題】スパッタリング装置に係り、特にその真空容器の壁面に絶縁物などが付着することを防ぐ防着板を具備したスパッタリング装置に関するものであり、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。さらに、経時的にプラズマの状態が変化することを防ぐことで、生産性が低下しないスパッタリング装置を提供するものである。【解決手段】防着板を金属材にて二重にかつ互いに非接触状態に設置し、前記防着板のうち、外側の防着板に直流負電位を印加するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にあり、プラズマによって処理されるウェハが載置されるウェハホルダと、前記ウェハホルダに対向して配設された電極と、前記電極に接続されたインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器に接続された高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極を囲むように配置された防着板とからなるスパッタリング装置において、前記防着板を金属材にて二重にかつ互いに非接触状態に設置し、前記防着板のうち、外側の防着板に直流負電位を印加するようにしたスパッタリング装置。
【請求項２】
外側の防着板に印加する直流負電位を、インピーダンス整合器から得られるＤＣバイアス電位を解析して決定するようにした請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
外側の防着板に印加する直流負電位を印加する時間を、インピーダンス整合器から得られるＤＣバイアス電位を解析して決定するようにした請求項２に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置に係り、特にその真空容器の壁面に絶縁物などが付着することを防ぐ防着板を具備したスパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ（半導体集積回路）の製造工程では誘電体の成膜が種々行われる。その使用目的は、例えば層間絶縁膜、エッチング、選択的なイオン注入あるいは選択的な電極の形成のためのマスク、パッシベーション、キャパシタの誘電体膜などのためのものが多い。そして、目的ごとに材質あるいはプラズマ処理方法が選択され、例えばＣＶＤ、ドライエッチング、スパッタリングなどの種々の処理方法が用いられている。
【０００３】
近年、ＩＣの小型化のためにキャパシタの誘電体膜にチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、あるいはチタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）などの高誘電体物質のプラズマ処理を行うことが検討されつつある。
【０００４】
さらに、センサあるいはアクチュエータ、不揮発性メモリデバイス用にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ストロンチウムビスマスタンタレート（ＳＢＴ）といった強誘電体物質のプラズマ処理も検討されている。
【０００５】
前述した高誘電体物質や強誘電体物質において、その品質安定性を実現するためには、物質の組成を安定させることが必要である。したがってプラズマ処理においては、成膜処理中におけるプラズマの安定化が要求されている。
【０００６】
また、製造コストを削減するために、成膜レートを高くして生産性を向上することも強く要求されている。
【０００７】
以下、前述した種々の処理のうち、特に従来のスパッタリング装置を挙げて説明する。
【０００８】
図３は従来のスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図であり、このスパッタリング装置は真空引き可能な真空容器１によりスパッタ室を形成しており、スパッタ室の下方にはターゲット２が電極３に固定保持される。電極３は真空容器１とは電気的に絶縁され、また電極３はターゲット２の温度が上昇するのを防ぐために水冷機構（図示せず）を内蔵している。
【０００９】
そして、真空容器１の上方にはウェハホルダ４が電極３に対向して平行に配置されており、このウェハホルダ４は真空容器１と電気的に絶縁されて浮遊電位になっている。このウェハホルダ４に基板、例えば半導体ウェハ（以下、ウェハと記す）５が載置される。そして、ウェハホルダ４は、ウェハ５をあらかじめ設定されている所定の温度に維持するための加熱機構（図示せず）を内蔵している。
【００１０】
そして、電極３と接地されている真空容器１との間に高周波電源６により、スパッタリング条件にて決められている所定の高周波電力を印加し、プラズマを生成する。高周波電力はインピーダンス整合器１０によってマッチングをとって最大の電力が供給できるように調整される。また、この高周波電力は、所定の負のＤＣバイアスのもとに与えられる。
【００１１】
このスパッタリング装置で成膜処理を行うには、ウェハホルダ４上にウェハ５を載置し、図示しない排気口につながる真空ポンプにより真空に引き、次にガス導入口から所定のガス（例えばＡｒガス）を所定流量導入しつつ排気口と真空ポンプとの間に介在する図示しない可変コンダクタンスバルブを調節して所定の圧力に調節する。そして、高周波電力を印加してプラズマを発生させることによりターゲット２をスパッタする。
【００１２】
そこで、ターゲット２から飛散する成分は、ウェハ５上に堆積することにより成膜される。そして、ターゲット２から飛散する成分はウェハ５に向かうものばかりではなく、他の方向に向かうものもある。そのウェハ５以外に向かうものが真空容器１の内壁、あるいは真空容器１内の構造物に付着すると、その清掃が難しくなるため、電極３とウェハホルダ４を取り囲むように第１の防着板７ａ、その外側に第２の防着板７ｂが配置されている。
【００１３】
両防着板７ａ，７ｂは金属からなり、真空容器１に電気的に接続されて接地電位となっており、着脱容易な構造にして表面に付着したスパッタ物質が厚くなると取り外して清掃することができるようにしている。さらに、両防着板７ａ，７ｂは、ウェハ５の出し入れのために、図示しないが部分的に退避可能になっている。
【００１４】
成膜が進行すると、第１の防着板７ａとウェハ５に絶縁膜が付着して接地面が見えなくなり、プラズマはウェハホルダ４と防着板７ａ，７ｂ間の隙間から外に広がろうとする。しかし、第２の防着板７ｂの内面は絶縁物が付着しにくくするための接地電位面であり、その間に向けて放電が起こるため、二重構造の防着板７ａ，７ｂの外にプラズマが広がることはない。
【００１５】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００４−３１４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような従来の防着板７ａ，７ｂを備えたスパッタリング装置において、プラズマ処理中に誘電体材料、特に高・強誘電体材料が発生すると、外側に設けた第２の防着板７ｂにおいてもいずれ絶縁物が付着し、接地電位面積が減少する。
【００１７】
接地電位面積が電極３の面積に対し十分に大きい場合は、電極３に印加する高周波電力のＤＣバイアスは負の大きい値となり、その結果、プラズマの平均電位も接地電位とほぼ等しい値をとる。ところが、上記のように、プラズマの接地面積が減少していくにしたがい、ＤＣバイアス電位が上昇していき、プラズマの平均電位も接地電位よりも大きい値に上昇してしまう。その結果、接地電位の構造物がスパッタされ、そのスパッタ粒子が異物として成膜されてしまい、所望の組成の成膜ができなくなるという不具合を生じる。
【００１８】
また、上記のようにＤＣバイアス電位が変化することにより、プラズマの状態も変化し、安定した成膜ができなくなるとともに、成膜レートも低下することになり、生産性が低下するという不具合も生じる。
【００１９】
本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。さらに、経時的にプラズマの状態が変化することを防ぐことで、生産性が低下しないスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００２１】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、防着板を金属材にて二重にかつ互いに非接触状態に設置し、前記防着板のうち、外側の防着板に直流負電位を印加するように構成したものであり、これにより、防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという作用効果を有する。
【００２２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、防着板に印加する直流負電位を、インピーダンス整合器から得られるＤＣバイアス電位を解析して決定するように構成したものであり、これにより、成膜が防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという作用効果を有する。
【００２３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、直流負電位を印加する時間を、インピーダンス整合器から得られるＤＣバイアス電位を解析して決定するように構成したものであり、これにより、成膜が防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという作用効果を有する。さらに、経時的にプラズマの状態が変化するということを防ぐことができ、成膜レートが一定になるために生産性が低下しないという作用効果を有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のスパッタリング装置は、真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にあり、プラズマによって処理されるウェハが載置されるウェハホルダと、前記ウェハホルダに対向して配設された電極と、前記電極に接続されたインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器に接続された高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極を囲むように配置される防着板と、前記防着板を金属材にて二重にかつ互いに非接触状態に設置し、前記防着板のうち、外側の防着板に直流負電位を印加するよう構成したものであり、防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、上記背景技術の項において説明したものと同じ構成の部材などについては、同じ符号を付与し詳細な説明は省略する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の構成を示した断面図である。
【００２８】
図１において、第２の防着板７ｂには、この防着板の電位を接地電位と直流負電位の間で切り替えるスイッチ１１が接続されている。
【００２９】
次に、本発明の請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。図１において、真空容器１の下部には、ターゲット２を載置した電極３が設置され、また真空容器１の上部には、ウェハホルダ４が電極３に対向して平行に配置されており、このウェハホルダ４は真空容器１と電気的に絶縁されて浮遊電位になっている。ウェハホルダ４に基板、ウェハ５が載置される。
【００３０】
ターゲット２を囲むように、二重の金属製筒状体からなる防着板７ａ，７ｂが設けられており、内側に設置された第１の防着板７ａは浮遊電位であり、外側に設置された第２の防着板７ｂは、通常、スイッチ１１により接地電位に接続されている。なお、スイッチ１１のもう一方は直流電源１２に接続されており、スイッチ１１を切り替えると、第２の防着板７ｂの電位が直流負電位になる。
【００３１】
真空容器１中に、不活性ガス（不活性ガスにはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎなどがあるが、好ましくはＡｒ）のみ、あるいは不活性ガスと反応性ガス（反応性ガスにはＯ2，Ｎ2などがあるが、成膜したい物質が酸化物ならＯ2、また窒化物ならＮ2が好ましい）、あるいは反応性ガスのみを導入し、電極３と真空容器１間に高周波電力（ターゲット２が導電性のものであれば直流電力でもよい）を印加する。すると、ターゲット２直上にプラズマが発生し、絶縁物の成膜が開始される。
【００３２】
成膜が進行すると、第１の防着板７ａと被処理ウェハ５に絶縁膜が付着して接地面が見えなくなり、プラズマはウェハホルダ４と防着板７ａ，７ｂ間の隙間から外に広がろうとする。しかし、初期の段階では、第２の防着板７ｂの内面は接地電位面であり、その間に向けて放電が起こるため、二重構造の防着板７ａ，７ｂの外にプラズマが広がることはない。
【００３３】
しかし、成膜処理を重ねていくことで、第２の防着板７ｂにも絶縁膜が付着していくために接地面が減少することになる。そこで、任意の時期において、成膜処理のスイッチ１１を直流電源１２の側に切替えて、第２の防着板７ｂの電位を直流負電位に設定する。すると、第２の防着板７ｂ表面でスパッタリング現象が起き、第２の防着板７ｂの表面に付着した物質を除去することができる。
【００３４】
その結果、防着板の接地面積を確保することになり、ＤＣバイアス電位が負の大きな値に維持できるので、プラズマの平均電位が接地電位に近い値になる。したがって、接地電位の構造物がスパッタされることがなく、そのスパッタ粒子が異物として、ウェハ５に成膜されることがない。
【００３５】
以上のことにより、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという効果が得られる。
【００３６】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２〜３に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は、本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置の構成を示した断面図である。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
図２において、実施の形態１と相違する点は、インピーダンス整合器２０から出力されるＤＣバイアス電位をモニタし、その値を解析して、スイッチ１１の切替え、および直流電源１２の電圧を変更するための制御回路１０を設けた点である。
【００３９】
次に、本発明の請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１と同様に成膜処理を重ねていくことで、第２の防着板７ｂにも絶縁膜が付着していくため、接地面が減少することになる。接地面が減少していくにしたがい、ＤＣバイアス電位が上昇する。
【００４０】
ところで、このＤＣバイアス電位はモニタが可能なように、インピーダンス整合器２０よりモニタ信号として出力されているのが一般的である。
【００４１】
そこで、このＤＣバイアス電位のモニタ信号を制御回路１０に取り込み、その電位が既定の値より大きくなったときに、スイッチ１１を直流電源１２側に切り替え、第２の防着板７ｂの電位を直流負電位に設定する。すると、第２の防着板７ｂ表面でスパッタリング現象が起き、第２の防着板７ｂの表面に付着した物質を除去することができる。
【００４２】
その結果、防着板の接地面積を確保することになり、ＤＣバイアス電位が負の大きな値に維持できるので、プラズマの平均電位が接地電位に近い値になる。したがって、接地電位の構造物がスパッタされることがなく、そのスパッタ粒子が異物としてウェハ５に成膜されることがない。
【００４３】
以上のことにより、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという効果が得られる。
【００４４】
さらに、ＤＣバイアス電位のモニタ信号を制御回路１０に取り込み、その電位が一定の値になるように、スイッチ１１を直流電源１２側に切り替える時間を制御することにより、ＤＣバイアス電位の安定化を実現することが望ましい。その結果、プラズマの状態が安定するとともに、常時、成膜レートを一定にすることができる。
【００４５】
この場合は、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるばかりでなく、成膜レートが一定になるために生産性が低下しないという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明にかかるスパッタリング装置は、防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという効果を有し、その真空容器の壁面に絶縁物などが付着することを防ぐ防着板を具備したスパッタリング装置などの用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の構成を示した断面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置の構成を示した断面図
【図３】従来のスパッタリング装置の構成を示した断面図
【符号の説明】
【００４８】
１  真空容器
２  ターゲット
３  電極
４  ウェハホルダ
５  ウェハ
６  高周波電源
７ａ  第１の防着板
【図１】
2006253275.tif 000003
【図２】
2006253275.tif 000004
【図３】
2006253275.tif 000005