(57)【要約】【課題】  基板全体に広範にバイアス電圧を印加することができるとともに、不純物の発生及び成膜装置用基板台の減耗を防止することができる、成膜装置用基板台、成膜装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】    絶縁体で構成され、基板が保持される保持面を有する保持台１と、保持台１の保持面に露出して配置された電極片２と、保持台１内を貫通して、電極片２に接続された導体９と、を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体で構成され、基板が保持される保持面を有する保持台と、
前記保持台の保持面に露出して配置された電極片と、
前記保持台を貫通して、前記電極片に接続された導体と、を備えた、成膜装置用基板台。
【請求項２】
前記保持台の保持面背後に配置され、前記保持台と熱交換をする伝熱体と、
前記伝熱体の周囲を覆うカバーと、を備え、
前記導体が前記伝熱体を電気的に絶縁された状態で貫通している、請求項１に記載の成膜装置用基板台。
【請求項３】
絶縁体から構成され、一端が前記カバー、前記保持台あるいは前記伝熱体の少なくともいずれかに接続され、他端が成膜室の壁面に接続され、かつ両端間を前記導体が貫通する、支持体を有する、請求項２に記載の成膜装置用基板台。
【請求項４】
成膜室と、
前記成膜室内に配置された膜原料からなるターゲットと、
前記成膜室内に配置された請求項１に記載の成膜装置用基板台と、
前記導体と前記ターゲットとを接続する電源と、を有し、
前記ターゲットよりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子によって前記成膜装置用基板台の保持面に保持された基板表面に膜が形成されるように構成された、成膜装置。
【請求項５】
前記成膜室内に配置された膜原料からなるターゲットと、前記成膜室内に配置された請求項１に記載の成膜装置用基板台と、前記導体と前記ターゲットとを接続する電源と、を有し、前記ターゲットよりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子によって前記成膜装置用基板台の保持面に保持された基板表面に膜が形成されるように構成された、成膜装置の成膜方法であって、
前記ターゲットと前記基板台との間に電圧を印加しながら、前記ターゲットよりスパッタアウトされた前記荷電粒子を用いて前記成膜装置用基板台の保持面及び電極片の表面に膜を形成する第１工程と、
前記第１工程の後、前記基板台の保持面に基板を保持する第２工程と、
前記第２工程の後、前記ターゲットと前記基板台との間に電圧を印加しながら、前記ターゲットよりスパッタアウトされた前記荷電粒子を用いて前記成膜装置用基板台上の前記基板表面に膜を形成する第３工程と、を有する、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置用基板台、成膜装置及び成膜方法に関する。さらに詳しくは、スパッタリング方式の成膜装置用基板台、それを用いた成膜装置、及びその成膜装置を用いて行う成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板への成膜処理を行う成膜装置の一例として、スパッタリング方式の成膜装置が用いられる。このスパッタリング方式の成膜装置では、減圧された成膜室内で発生された高速荷電粒子が、減圧された成膜室内の膜原料からなるターゲットに入射し、そのターゲットより粒子がスパッタアウトされ、スパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子が基板上に付着して、基板に膜が形成される。ここで、スパッタアウトされた荷電粒子とは、一般的には、ターゲットからスパッタアウトされる荷電粒子を言う。また、スパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子とは、スパッタアウトされた中性粒子又は荷電粒子が成膜室内のプラズマ中で反応して生じた荷電粒子、あるいはスパッタアウトされた中性粒子又は荷電粒子が成膜室内のスパッタガスと反応して生じた荷電粒子を言う。
【０００３】
このようなスパッタリング方式の成膜装置においては、ターゲット以外から不純物、すなわちターゲット成分以外の粒子がスパッタアウトされると基板に不純物が付着し、成膜の品質の低下を招く。そこで、従来の成膜装置では、基板に不純物が付着しないように、スパッタリング率の高い構造物がチャンバ内に露出しないように構成されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２２４３７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
他方で、スパッタリング方式の成膜装置においては、ターゲットと基板との間においてバイアス電圧を印加することによって、スパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子を効果的に基板上に集めることができる。
【０００５】
しかしながら、基板上の膜を均一にするには、基板へのバイアス電圧の印加を均一にする必要がある。つまり、基板が保持される成膜装置用基板台（以下、基板台という。）の保持面は、ほぼ全体に亘ってほぼ等しいバイアス電圧が印加される構造とする必要があり、一般的には基板台の保持面が導体で構成されている。このため、基板台の保持面が不純物の発生源となってしまっていた。また、基板台の保持面からのスパッタアウトによって、基板台自体が減耗してしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、基板全体に広範にバイアス電圧を印加することができるとともに、不純物の発生及び基板台の減耗を防止することができる、成膜装置用基板台、成膜装置及び成膜方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る成膜装置用基板台は、絶縁体で構成され、基板が保持される保持面を有する保持台と、前記保持台の保持面に露出して配置された電極片と、前記保持台を貫通して、前記電極片に接続された導体と、を備えている（請求項１）。また、本発明に係る成膜装置は、成膜室と、前記成膜室内に配置された膜原料からなるターゲットと、前記成膜室内に配置された請求項１に記載の成膜装置用基板台と、前記導体と前記ターゲットとを接続する電源と、を有し、前記ターゲットよりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子によって前記成膜装置用基板台の保持面に保持された基板表面に膜が形成されるように構成されている（請求項４）。さらに、本発明に係る成膜方法は、前記成膜室内に配置された膜原料からなるターゲットと、前記成膜室内に配置された請求項１に記載の成膜装置用基板台と、前記導体と前記ターゲットとを接続する電源と、を有し、前記ターゲットよりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子によって前記成膜装置用基板台の保持面に保持された基板表面に膜が形成されるように構成された、成膜装置の成膜方法であって、前記ターゲットと前記基板台との間に電圧を印加しながら、前記ターゲットよりスパッタアウトされた前記荷電粒子を用いて前記成膜装置用基板台の保持面及び電極片の表面に膜を形成する第１工程と、前記第１工程の後、前記基板台の保持面に基板を保持する第２工程と、前記第２工程の後、前記ターゲットと前記基板台との間に電圧を印加しながら、前記ターゲットよりスパッタアウトされた前記荷電粒子を用いて前記成膜装置用基板台上の前記基板表面に膜を形成する第３工程と、を有する（請求項５）。かかる構成とすると、基板台の保持面及び電極片の表面が導体である膜によって被覆されるので、導体、電極片及び基板台保持面を通じて基板全体に広範にバイアス電圧を印加することができる。また、基板台は絶縁体で構成されているとともに、保持面及び電極片の表面には膜が形成されるので、不純物の発生及び基板台の減耗を抑制することができる。ここで、スパッタアウトされた荷電粒子とは、ターゲットからスパッタアウトされる荷電粒子を言う。また、スパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子とは、スパッタアウトされた中性粒子又は荷電粒子が成膜室内のプラズマ中で反応して生じた荷電粒子、あるいはスパッタアウトされた中性粒子又は荷電粒子が成膜室内のスパッタガスと反応して生じた荷電粒子を言う。
【０００８】
本発明に係る成膜装置用基板台は、前記保持台の保持面背後に配置され、前記保持台と熱交換をする伝熱体と、前記伝熱体の周囲を覆うカバーと、を備え、前記導体が前記伝熱体を電気的に絶縁された状態で貫通しているとよい（請求項２）。かかる構成とすると、伝熱体によって基板台の温度、ひいては膜形成動作中の基板の温度を調節することができるので、温度変化による成膜不良を抑制することができる。また、カバーによって伝熱体からの不純物の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明に係る成膜装置用基板台は、絶縁体から構成され、一端が前記カバー、前記保持台あるいは前記伝熱体の少なくともいずれかに接続され、他端が成膜室の壁面に接続され、かつ両端間を前記導体が貫通する、支持体を有するとよい（請求項３）。かかる構成とすると、導体が支持体によって被覆されているので、支持体からの不純物の発生を抑制することができる。また、支持体の長さを調節することによって成膜室内の基板の配置位置を調節することができるので、基板への膜形成が効率的となる位置に基板台の位置を調節することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明は、基板全体に広範にバイアス電圧を印加することができるとともに、不純物の発生及び基板台の減耗を防止することができるので、基板上の膜の不均一を抑制することができるとともに、成膜中への不純物の混入及び基板台の交換頻度を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る成膜装置の概略の構成を示す模式図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係る成膜装置２００には、チャンバ２０内の密閉された内部空間（成膜室）２１に膜原料からなるターゲット３０と、ターゲット３０に対向するようにして、保持台１の保持面上に基板Ｐが保持される基板台１００とが配置されている。チャンバ２０は、導電性の壁体で構成され、電気的に接地されている。
【００１４】
成膜室２１は、真空ポンプ７０によって、減圧されると共に、スパッタガス供給装置８０によってスパッタガスが適量供給されるように構成されている。そして、それらの吸排気経路は弁７１，８１によって遮断密封されるように構成されている。
【００１５】
成膜室２１内に配置されているターゲット３０と基板台１００とは、ターゲット３０及び基板台１００を接続する配線４０によって電気的に接続されている。また、配線４０に接続されている電源５０は高周波電源又は直流電源で、ターゲット３０と基板台１００との間に放電用電圧を印加する。これによって、成膜室２１に放電による電離状態を引き起こして高速荷電粒子を発生させ、ターゲット３０に入射される高速荷電粒子によって、ターゲット３０から荷電粒子がスパッタアウトされる。
【００１６】
さらに、ターゲット３０は、バイアス電源６０を介して、接地されている。これによって、基板台１００にはチャンバ２０に対するバイアス電圧が印加されるので、スパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子が基板台１００の保持面に効果的に付着して膜が形成される。
【００１７】
基板台１００には、熱媒体循環装置１６が接続されて、基板台１００の内部を熱媒体が循環されるように構成されている。具体的には、保持台１とカバー７との内部に伝熱体４が配置され（図３参照）、伝熱体４に形成された一対の接続ポート５それぞれには、絶縁材料からなる可撓性のチューブ１５の一端が接続されている。そしてチューブ１５の他端がチャンバ２０の壁を貫通するように形成された一対の接続ポート１７に接続されて、一対の接続ポート１７はそれぞれ熱媒体循環装置１６に接続され、熱媒体循環装置１６によって熱媒体が伝熱体４を流通するように循環される。ここでは、熱媒体には水が用いられている。また、熱媒体は、伝熱性に優れた流体であれば良く、例えば、フッ素系の液体あるいはヘリウムガス等の気体を用いることもできる。これによって、基板台１００の温度、ひいては膜形成動作中の基板Ｐの温度が熱媒体の循環によって調節されるので、温度変化による成膜不良を抑制することができる。
【００１８】
次に、基板台１００の構造を説明する。
【００１９】
まず、図２（ａ）は、図１の成膜装置用基板台の斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の基板台の上面図である。図２（ａ）では、説明の都合上、基板台１００の取付部を分解して示す。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る基板台１００においては、絶縁材料、ここではテフロン（登録商標）からなる円盤状の保持台１の保持面背後、ここでは下方に伝熱体４が配置されている。また、保持台１は絶縁体によって構成されていればよいので、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックスで構成することもできる。さらに、保持台１は少なくとも表面が絶縁体によって構成されていればよいので、金属板の表面にＰＴＦＥ、Ａｌ2Ｏ3等の絶縁体がコーティングされて構成することもできる。
【００２１】
伝熱体４には、２つの接続ポート５と、この２つの接続ポート５間を接続する熱媒体流路（図示せず）とが形成されている。つまり、接続ポート５及び熱媒体流路を通って、伝熱体４内を熱媒体が流通するように構成されている。接続ポート５にはチューブ１５が接続されていて、熱媒体の供給及び排出の経路を構成している。これによって、伝熱体４によって基板台１００の温度、ひいては膜形成動作中の基板Ｐの温度を調節することができるので、温度変化による成膜不良を抑制することができる。
【００２２】
また、伝熱体４の下部及び側部を被覆して保持台１の下面周縁部に接触するようにしてカバー７が配置されている。カバー７は絶縁材料から構成されている。これによって、伝熱体４は保持台１及びカバー７によって被覆されるので、膜形成動作における高速荷電粒子による伝熱体４からのスパッタアウトが防止されて、伝熱体４からの不純物の発生を抑制することができる。
【００２３】
そして、保持台１、伝熱体４及び保護カバー７は、下部絶縁碍子（支持体）８によって支持されている。下部絶縁碍子８には導体支柱（導体）９が挿通されていて、導体支柱９の上端は、保持台１を貫通する貫通孔１Ｂを通って螺旋１０によって凹部１Ａに収容されている電極片２と接続されている。
【００２４】
導体支柱９の下部は下部絶縁碍子８から下方に延出していて、これには絶縁スペーサ１２が嵌められ、導体支柱９の下端部は、螺旋溝が形成されていてナット１１が螺合されている。また、ナット１１と絶縁スペーサ１２の間には端子４１が装着され、端子４１には配線４０が接続されている。なお、絶縁スペーサ１２と下部絶縁碍子８との間には、チャンバ２０の壁体が挟持されている（図１参照）。これによって、電極片２は、導体支柱９、端子４１及び配線４０を介して外部と電気的に接続されている。また、導体支柱９は下部絶縁碍子８、絶縁スペーサ１２によって被覆されているので、膜形成動作における高速荷電粒子による導体支柱９からのスパッタアウトが防止されて、導体支柱９からの不純物の発生を抑制することができる。
【００２５】
また、基板Ｐが保持される基板台１００の保持台１の保持面及び電極片２の表面には、膜１９が形成されている。膜１９は、図１に示すように、成膜室２１において、ターゲット３０よりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子を用いることによって形成される。
【００２６】
ここで、図２（ｂ）に示すように、保持台１は円盤状に形成され、その上面が保持面を構成している。そして、この保持面の中心点から同一円周上に均等間隔、つまり中心角が均等となるように電極片２が配置される。ここでは、３枚の電極片２が、螺旋１０によって、保持面に装着されている。また、保持面には電極片２の表面が保持面と略同一平面内に位置するようにして電極片２が埋設できるような凹部１Ａが穿たれている。これによって、膜１９は同一平面状に形成されるので、保持台１の保持面に保持された基板Ｐは、膜１９に広く平面接触して、電極片２に印可されたバイアス電圧は基板Ｐにほぼ均等に印加されることになり、基板Ｐ上には均一な膜が形成されることが可能となる。
【００２７】
図３は、図２の成膜装置用基板台の組立構造を分解して示す分解斜視図である。図３に示すように、凹部１Ａに電極片２が配置され、凹部１Ａと保持台１の下面とを接続するように穿たれた貫通孔１Ｂに導体支柱９が通されている。導体支柱９の上端には、螺旋孔が穿たれていて、電極片２は螺旋１０によって導体支柱９の上端に装着されている。
【００２８】
また、保持台１の下方に延在する導体支柱９の上端部には、上部絶縁碍子３が嵌められ、伝熱体４と導体支柱９との電気的導通を防止するようにして伝熱体４が配置されている。ここでは、円盤状の伝熱体４に貫通孔４Ｃが設けられ、貫通孔４Ｃの上部には、上部絶縁碍子３が収容される形状に加工されている。また、貫通孔４Ｃの下部には、下部絶縁碍子８の上端部が収容される形状に加工されている。これによって、導体支柱９は、上部絶縁碍子３及び下部絶縁碍子８によって伝熱体４と離隔される。
【００２９】
そして、伝熱体４の下面及び側部を被覆して保持台１の下面周縁部に接触するようにしてカバー７が接合される。カバー７には、接続ポート５に対応するようにして穿たれた貫通孔７Ａと、伝熱体４の貫通孔４Ｃに対応するようにして穿たれた貫通孔７Ｂとが形成されている。伝熱体４下面の接続ポート５は、カバー７の貫通孔７Ａから下方に延伸し、かかる延伸部にチューブ１５が接続される。また、伝熱体４の貫通孔４Ｃから下方に延伸する導体支柱９は、貫通孔７Ｂに通される。
【００３０】
そして、カバー７の下方に延伸する導体支柱９には、下部絶縁碍子８が嵌められている。下部絶縁碍子８は、上端及び下端近傍にフランジ部を有する鞘状であって、上端は、カバー７の貫通孔７Ｂに通され、上端近傍のフランジ部がカバー７の下面に当接している。また、下端近傍のフランジ部がチャンバ２０の内面に当接している（図１参照）。これによって、下部絶縁碍子８は、導体支柱９を被覆すると共に、保持台１、伝熱体４及びカバー７を支持する機能を有する。これによって、導体支柱９が支持体である下部絶縁碍子８によって被覆されているので、支持体（下部絶縁碍子８）からの不純物の発生を抑制することができる。また、支持体（下部絶縁碍子８）の長さを調節することによって成膜室２１内の基板Ｐの配置位置を調節することができるので、基板Ｐへの膜形成が効率的となる位置に基板台１の位置を調節することができる。
【００３１】
導体支柱９の下端には、螺旋溝が切ってあり、チャンバ２０外部より絶縁体スペーサ１２及び端子４１を介してナット１１によってチャンバ２０に絶縁されながら固定される。端子４１には配線４０が接続されている。
【００３２】
次に、図１を参照しながら、成膜装置２００を用いた成膜方法について説明する。
【００３３】
まず、図示しない搬出入口が閉止されて、成膜室２１が密閉状態にされる。そして、弁７１が開放されて真空ポンプ７０によって成膜室２１内が減圧状態にされる。そして、弁８１が開放されてスパッタガス供給装置８０によって成膜室内２１にスパッタガスが適量供給される。
【００３４】
そして、配線４０に接続された電源５０によって、ターゲット３０と基板台１００との間に放電電圧が印加されて、ターゲット３０よりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子によって、基板台１００の保持台１の保持面及び電極片２の表面に膜が形成される（第１工程）。スパッタアウトされた荷電粒子とは、ターゲットからスパッタアウトされる荷電粒子を言う。また、スパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子とは、スパッタアウトされた中性粒子又は荷電粒子が成膜室内のプラズマ中で反応して生じた荷電粒子、あるいはスパッタアウトされた中性粒子又は荷電粒子が成膜室内のスパッタガスと反応して生じた荷電粒子を言う。
【００３５】
次に、図示しない搬出入口から基板Ｐが成膜室２１内に搬入されて、基板台１００の保持台１の保持面に基板Ｐが保持される（第２工程）。なお、基板Ｐの搬出入動作において成膜室２１内の減圧状態が変化する場合には、再度、真空ポンプ７０及びスパッタガス供給装置８０が動作されて、成膜室２１内の減圧状態が回復される。
【００３６】
そして、再び、配線４０に接続された電源５０によって、ターゲット３０と基板台１００との間に放電電圧が印加されて、ターゲット３０よりスパッタアウトされた荷電粒子あるいはスパッタアウトされた粒子を起源とする荷電粒子によって、基板Ｐの表面に膜が形成される（第３工程）。
【００３７】
そして、図示しない搬出入口から膜が形成された基板Ｐが、成膜室２１から搬出されると共に、新たな基板Ｐが成膜室２１内に搬入されて、前記第２工程及び第３工程が繰り返される。なお、基板台１００の保持台１の保持面及び電極片２の表面に膜の消耗が確認されれば、適宜、成膜装置２００の使用者の判断に応じ、前記第１工程が行われる。これによって、基板台１００の保持台１の保持面及び電極片２の表面の膜を維持することができる。
【００３８】
以上により、基板台１００の保持面及び電極片２の表面が導体である膜１９によって被覆されるので、導体支柱９、電極片２及び基板台１００保持面を通じて基板Ｐ全体に広範にバイアス電圧を印加することができる。また、基板台１００は絶縁体で構成されているとともに、保持面及び電極片２の表面には膜が形成されるので、不純物の発生及び基板台１００の減耗を抑制することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、保持台１の保持面は円形でなくとも矩形であってもよい。また、電極片２は３枚でなくとも、３枚以上であっても良い。つまり、基板台１００の保持面の平面形状に応じて、保持面に均等に電位が印加されるように配置されていればよい。
【００４０】
また、基板台１００及びターゲット３０は、上下方向に限らず任意の方向において配置することができる。この場合、嵌合溝等一般的な手段によって基板Ｐは基板台１００の保持面に保持される。
【００４１】
さらには、上記実施の形態においてはスパッタリング装置として平行平板型を例として示したが、プラズマガンによるスパッタリング、イオンガンによるスパッタリング等他の荷電粒子を用いた成膜装置が実用されており、本発明はこれらの荷電粒子を用いた成膜装置にも広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の成膜装置用基板台、成膜装置及び成膜方法は、基板上の膜の不均一、成膜中への不純物の混入、及び成膜装置用基板台の交換頻度を抑制することができるという点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る成膜装置の概略の構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の成膜装置用基板台の斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の基板台の上面図である。
【図３】図２の成膜装置用基板台の組立構造を分解して示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  保持台
１Ａ  電極片収容部
１Ｂ  貫通孔
２  電極片
３  上部絶縁碍子
４  伝熱体
４Ａ  上部枠体
４Ｂ  下部枠体
４Ｃ  貫通孔
５  接続ポート
７  カバー
７Ａ，７Ｂ  貫通孔
８  下部絶縁碍子
９  導体支柱
１０  螺旋
１１  ナット
１２  絶縁スペーサ
１５  チューブ
１６  熱媒体循環装置
１７  接続ポート
１９  膜
２０  チャンバ
２１  成膜室
３０  ターゲット
４０  配線
４１  端子
５０  電源
６０  バイアス電源
７０  真空ポンプ
７１、８１  弁
８０  スパッタガス供給装置
１００  （成膜装置用）基板台
２００  成膜装置
Ｐ  基板
【図１】
2006233236.tif 000003
【図２】
2006233236.tif 000004
【図３】
2006233236.tif 000005