(57)【要約】【課題】装着当初から安定した成膜特性が得られること。【解決手段】実施形態の防着板１０は、スパッタリング装置１内でターゲット材Ｔを保持することが可能なカソード電極３２の外周に配置される防着板１０であって、母材１１と、母材１１上に配置され、Ｓｉを含有する溶射膜である被膜１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置内でターゲット材を保持することが可能なカソード電極の外周に配置される防着板であって、
母材と、
前記母材上に配置され、Ｓｉを含有する溶射膜と、を備える、
防着板。
【請求項２】
前記母材と前記溶射膜との間に、前記溶射膜よりも抵抗値の小さい膜をさらに備える、
請求項１に記載の防着板。
【請求項３】
処理容器と、
前記処理容器内に配置され、ターゲット材を保持することが可能なカソード電極と、
前記処理容器内に配置され、前記ターゲット材からのスパッタリング粒子を付着させる基板を保持することが可能なアノード電極と、
前記カソード電極に接続され、前記カソード電極に電圧を印加する電源と、
母材、および、前記母材上に配置され、Ｓｉを含有する溶射膜を有し、前記カソード電極の外周に配置される防着板と、を備える、
スパッタリング装置。
【請求項４】
基板にシリサイド膜を形成するスパッタリング装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内に配置され、ターゲット材を保持することが可能なカソード電極と、
前記処理容器内に配置され、前記ターゲット材からのスパッタリング粒子を付着させて前記シリサイド膜が形成される前記基板を保持することが可能なアノード電極と、
前記カソード電極に接続され、前記カソード電極に電圧を印加する電源と、
母材、および、前記母材上に配置され、Ｓｉを含有する被膜を有し、前記カソード電極の外周に配置される防着板と、を備える、
スパッタリング装置。
【請求項５】
前記ターゲット材はシリサイドを含み、
前記ターゲット材に含まれる前記シリサイドと同種の金属を含み、原子濃度で、前記ターゲット材に含まれる前記シリサイドより前記Ｓｉの含有率が高い前記膜が前記母材上に配置された、
請求項３または請求項４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】
本発明の実施形態は、防着板、及びスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置では、装置内の基板にターゲット材からのスパッタリング粒子を付着させ、基板に成膜をする。スパッタリング装置内において、ターゲット材の外周には、防着板が装着される。成膜特性は、防着板の装着当初から安定していることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１８８７２５号公報
【特許文献２】特開平１１−１２６７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの実施形態は、装着当初から安定した成膜特性が得られる防着板、及びスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の防着板は、スパッタリング装置内でターゲット材を保持することが可能なカソード電極の外周に配置される防着板であって、母材と、前記母材上に配置され、Ｓｉを含有する溶射膜と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態にかかるスパッタリング装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる防着板の断面図である。
【図３】図３は、実施形態にかかる防着板が装着されたスパッタリング装置でのスパッタリング膜の形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【０００８】
図１および図２を用いて、実施形態の防着板、及びスパッタリング装置について説明する。
【０００９】
［スパッタリング装置の構成例］
図１は、実施形態にかかるスパッタリング装置１の全体構成を示す図である。図１に示すように、スパッタリング装置１は、処理容器２０と、処理容器２０内に配置され、ターゲット材Ｔを保持することが可能なカソード電極３２と、処理容器２０内に配置され、ターゲット材Ｔからのスパッタリング粒子を付着させる基板としてのウェハＳｕｂを保持することが可能なアノード電極３１と、カソード電極３２の外周に配置される防着板１０と、を備える。
【００１０】
処理容器２０は、プラズマ空間となる空間を内包する。処理容器２０の下方には、ウェハＳｕｂを載置可能なアノード電極３１が配置される。処理容器２０の上方には、アノード電極３１に対向するようカソード電極３２が配置される。カソード電極３２は、例えば、磁界を発生させる永久磁石を内蔵するマグネット電極である。なお、アノード電極３１及びカソード電極３２の上下の配置は相対的なものであり、アノード電極３１が処理容器２０上方に配置され、カソード電極３２が処理容器２０下方に配置されてもよい。このように、スパッタリング装置１は、例えば、平行平板型のプラズマ装置として構成されている。
【００１１】
カソード電極３２は、例えば、ＷＳｉ２を主成分とするターゲット材Ｔを保持可能に構成される。ターゲット材Ｔは、例えば、円板形状を有し、主面を下方のアノード電極３１に向けて、カソード電極３２に保持される。
【００１２】
カソード電極３２の周囲には、カソード電極３２を取り巻くように防着板支持部材１０ｓが配置されている。防着板支持部材１０ｓには、円環状の防着板１０が装着されている。これにより、防着板１０は、カソード電極３２に保持されるターゲット材Ｔの外周に配置される。
【００１３】
カソード電極３２には、高圧電源４０が接続されている。高圧電源４０は、カソード電極３２に高電圧を印加することが可能に構成される。なお、処理容器２０のカソード電極３２以外の部位、つまり、上面、側面、および下面は接地されている。これにより、アノード電極３１は、処理容器２０の下面を介して接地される。防着板１０は、防着板支持部材１０ｓ、処理容器２０の上面を介して接地される。
【００１４】
処理容器２０には、ガス供給配管５１が接続されている。ガス供給配管５１の上流端はボンベＢに接続され、下流端が処理容器２０の例えば上面に接続されている。ガス供給配管５１には、バルブ５２が設けられている。バルブ５２の開閉により、ガスの処理容器２０内への供給を開始し、また、停止することができる。ボンベＢから供給されたガスは、処理容器２０の上面から、ターゲット材Ｔ及び防着板１０の隙間を通って、防着板１０で囲まれたターゲット材Ｔの主面近傍に導入される。処理容器２０内に供給されるガスは、例えばＡｒガス等である。
【００１５】
処理容器２０には、また、ゲートバルブ６１を介してポンプ６２が接続されている。ゲートバルブ６１及びポンプ６２は、例えば、ウェハＳｕｂが載置されるアノード電極３１の斜め下方に配置される。ゲートバルブ６１を開閉することで、ポンプ６２による処理容器２０内の雰囲気の排気を開始し、また、停止することができる。
【００１６】
以上のように構成されることで、スパッタリング装置１は、処理容器２０内でプラズマＰを発生させ、ターゲット材Ｔをスパッタリングして、スパッタリング粒子をウェハＳｕｂ上に付着させてシリサイド（ＷＳｉ２）膜等のスパッタリング膜Ｌの成膜を行うことができる。
【００１７】
具体的には、ポンプ６２を作動させてゲートバルブ６１を開き、処理容器２０内の雰囲気を排気する。また、バルブ５２を開いてボンベＢから処理容器２０内にガスを供給する。また、高圧電源４０によりカソード電極３２に高電圧を印加する。これにより、処理容器２０内の空間にプラズマＰが発生する。そして、プラズマＰ中の陽イオン（例えばＡｒ＋イオン）がカソード電極３２に保持されるターゲット材Ｔに衝突する。ターゲット材Ｔからは、例えば、ＷおよびＳｉを成分とするスパッタリング粒子が飛び出す。スパッタリング粒子は、アノード電極３１に保持されるウェハＳｕｂへと付着し、例えば、ＷＳｉ２膜等のスパッタリング膜Ｌが成膜される。
【００１８】
［防着板の構成例］
次に、図２を用いて、防着板１０の構成例について説明する。
【００１９】
図２は、実施形態にかかる防着板１０の断面図である。図２に示すように（図２サークル内の拡大図）、防着板１０は、母材１１と、母材１１上に配置される被膜１３とを備える。被膜１３はＳｉを含有する溶射膜として形成されている。また、被膜１３は、ターゲット材Ｔに含まれるシリサイドと同種の金属であるＷを含み、原子濃度で、ターゲット材Ｔに含まれるシリサイドよりＳｉの含有率が高い。かかる防着板１０は、母材１１と被膜１３との間に下地膜１２を備えることが好ましい。
【００２０】
具体的には、防着板１０は、断面形状で略Ｌ字形の防着部１０ｐと、防着部１０ｐの屈曲部分から、防着部１０ｐの屈曲部分の外側へと延びる脚部１０ｆと、脚部１０ｆの先端部分に設けられた鉤部１０ｈと、を備える。
【００２１】
防着板１０がスパッタリング装置１内に装着されると、略Ｌ字形の防着部１０ｐの屈曲した先端部が、ターゲット材Ｔを取り巻くように、ターゲット材Ｔの主面から処理容器２０の空間内に突出する。ターゲット材Ｔから飛び出したスパッタリング粒子は、ウェハＳｕｂ側以外の方向、例えば、処理容器２０の側面方向等にも飛び散る。防着板１０の突出した防着部１０ｐは、このようなスパッタリング粒子の少なくとも一部を自身に付着させることで、スパッタリング粒子が処理容器２０内に飛び散ることを阻害する。
【００２２】
母材１１は、かかる防着板１０と略相似形の形状を有し、例えば、ＳＵＳで構成されている。図２中のＡ点からＡ’点までの母材１１の表面には、下地膜１２が形成されている。図２中の少なくともＢ点からＢ’点までの下地膜１２の表面には、被膜１３が形成されている。鉤部１０ｈでは母材１１が露出しており、これにより、スパッタリング装置１に装着される際、防着板１０は、防着板支持部材１０ｓと導通をとって接地されることができる。
【００２３】
母材１１の表面には、下地膜１２が設けられている。下地膜１２は、例えば、Ａｌを主成分とするプラズマ溶射膜である。下地膜１２中のＡｌは、重量濃度（重量百分率）で、例えば９９．９％以上である。下地膜１２の抵抗値は０．５Ω以下である。
【００２４】
下地膜１２の膜厚は、１００μｍ以上６００μｍ以下が好ましく、例えば３００μｍである。下地膜１２の膜厚が１００μｍ以上であることで、下地膜１２上に被膜１３を形成した際、被膜１３の応力を緩和して被膜１３が剥離してしまうのを抑制することができる。また、下地膜１２の膜厚が１００μｍ以上であることで、所定時間使用後の防着板１０の再生処理が容易となる。防着板１０の再生処理では、下地膜１２を溶剤等に溶かし、スパッタリング粒子が付着した被膜１３を下地膜１２ごと剥離させ、その後、新たに、下地膜１２および被膜１３を形成する。また、下地膜１２の膜厚が６００μｍ以下であることで、下地膜１２自身の応力等により下地膜１２が破断してしまうのを抑制することができる。
【００２５】
下地膜１２は例えば粗面加工がなされており、下地膜１２の表面粗度（Ｒａ）は、例えば数十μｍ程度である。被膜１３の表面粗度を制御する観点から、下地膜１２の表面粗さは１０μｍ以上が好ましい。
【００２６】
母材１１上には、下地膜１２を介して被膜１３が設けられている。被膜１３は、例えばＷとＳｉとを含むプラズマ溶射膜である。被膜１３中においては、Ｓｉの含有率が、原子濃度（原子百分率）で、ターゲット材ＴにおけるＳｉの含有率よりも高く、好ましくは６６．７ａｔｍ％以上、より好ましくは７５．０ａｔｍ％以上、さらに好ましくは９９．６ａｔｍ％以上である。このようなＳｉリッチの被膜１３は、例えば被膜１３のプラズマ溶射処理時、ＷＳｉ２プラズマ溶射膜をベースにＳｉを添加することで得られる。被膜１３中のＷとＳｉとは、一部または全部がシリサイド化していてもよく、または、シリサイド化していなくともよい。
【００２７】
被膜１３の抵抗値は、抵抗値が０．５Ω以下の下地膜１２よりも大きく、１００Ω以上であることが好ましい。かかる数値は、被膜１３中のＳｉの含有率に依存し、Ｓｉの含有率が高くなるほど抵抗値も高くなる。このように、被膜１３の抵抗値は、Ｓｉの含有率により調整可能である。
【００２８】
被膜１３の膜厚は、５０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。被膜１３の膜厚が５０μｍ以上であることで、防着板１０の充分な寿命が得られる。また、被膜１３の膜厚が１００μｍ以下であることで、被膜１３自身の応力等により被膜１３が破断してしまうのを抑制することができる。
【００２９】
被膜１３の表面粗度（Ｒａ）は、１０μｍ以上が好ましく、例えば３０μｍ程度である。被膜１３を溶射膜とすることで、例えば、スパッタリング、または、化学気相成長で形成された膜等よりも、このような粗い表面が得られる。さらに、被膜１３の表面粗度は、主に下地である下地膜１２の表面粗度に依存する。また、被膜１３中のＳｉの含有率が高まると、被膜１３の表面粗度も若干高まる傾向にある。被膜１３の表面粗度が１０μｍ以上であることで、表面に付着したスパッタリング粒子が剥がれ落ちてパーティクル源となってしまうことを抑制することができる。
【００３０】
以上のように構成される防着板１０の効果について説明する。
【００３１】
まず、参考例としてＡｌプラズマ溶射膜のみを有する防着板をスパッタリング装置に装着して、ＷＳｉ２膜の成膜を行った場合、防着板の装着当初、ＷＳｉ２膜の比抵抗値が所定値よりも低く、ウェハ面内の比抵抗値の均一性も所定値より劣る（ウェハエッジの比抵抗値が低い）結果となる。この場合に、ＷＳｉ２膜の比抵抗値および均一性を所定内とするには、プラズマ下で防着板１０を所定時間シーズニングすることが必要である。
【００３２】
本発明者が、参考例において所定時間経過後の防着板１０表面の付着物を調べたところ、付着物がＷとＳｉとの混合物であって、ターゲット材に含まれるシリサイドより付着物中のＳｉの含有率が高く、かつ、付着物の表面は高い抵抗値を示していた。このことから、当初、表面の抵抗値が０．５Ω以下の防着板はより確実に接地された状態にあり、この防着板に向かって処理容器内のプラズマが広がる傾向にあったものと推測される。また、防着板の表面の抵抗値が付着物により上昇するに従い、防着板の接地度合い（グランディング）が弱まった影響で処理容器中央へのプラズマの封じ込めが起きたと推測される。これに伴い、ウェハ面内の均熱性も向上し、ＷＳｉ２膜の特性が向上すると考えられる。
【００３３】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、プラズマ溶射された被膜１３を予め有する防着板１０をスパッタリング装置１に装着することで、防着板１０表面の抵抗値を経過時間によらず所望の範囲に調整可能であることを見出した。そして、長時間のシーズニングを行わなくとも、防着板１０の装着当初から、所定値内の比抵抗値および均一性を示すＷＳｉ２膜を成膜できるという知見を得た。
【００３４】
このように、実施形態の防着板１０をスパッタリング装置１に装着することで、防着板１０の装着当初から安定した成膜特性を得ることができる。これにより、シーズニングに要する時間が削減でき、スパッタリング装置１の稼働率を向上させることができる。また、シーズニングにより無駄にターゲット材Ｔが消耗されてしまうことを抑制することができる。
【００３５】
［半導体装置の製造処理例］
次に、図３を用い、半導体装置の製造処理の一例として、実施形態の防着板１０が装着されたスパッタリング装置１でのウェハＳｕｂに対するスパッタリング膜Ｌの形成処理について説明する。図３は、実施形態にかかる防着板１０が装着されたスパッタリング装置１でのスパッタリング膜Ｌの形成処理の手順の一例を示すフロー図である。
【００３６】
実施形態のスパッタリング膜Ｌの形成処理は、ウェハＳｕｂにシリサイド膜であるスパッタリング膜Ｌを形成する半導体装置の製造処理であって、スパッタリング装置１の処理容器２０内に配置されるカソード電極３２にターゲット材Ｔを装着し、母材１１および母材１１上に配置され、Ｓｉを含有する被膜１３を有する防着板１０をカソード電極３２の外周に装着し、カソード電極３２に高電圧を印加してターゲット材Ｔからスパッタリング粒子を飛散させる。そして、飛散したスパッタリング粒子を、処理容器２０内に配置されるアノード電極３１に保持されたウェハＳｕｂ上に付着させてスパッタリング膜Ｌを形成する。
【００３７】
すなわち、図３に示すように、ステップＳ１０において、例えば、ＷＳｉ２を主成分とするターゲット材Ｔ、及び防着板１０をスパッタリング装置１に装着する。ターゲット材Ｔは、新品を装着する。防着板１０は、新品または再生品を装着する。いずれの場合であっても、防着板１０は、装着当初より、Ｓｉを含有する被膜１３を備えている。
【００３８】
ステップＳ２０において、ウェハＳｕｂにスパッタリング膜Ｌを成膜する。具体的には、スパッタリング装置１の処理容器２０内でＡｒガス等のプラズマＰを発生させ、ターゲット材Ｔをスパッタリングする。ターゲット材Ｔからはスパッタリング粒子が飛び出し、アノード電極３１に保持されたウェハＳｕｂに付着する。所定時間、スパッタリングを継続すると、ウェハＳｕｂ上に所定の膜厚を有するスパッタリング膜Ｌが成膜される。被膜１３を備える防着板１０により、ウェハＳｕｂ上には、防着板１０の装着当初から、所望の比抵抗値および面内均一性を有するスパッタリング膜Ｌが形成される。
【００３９】
ステップＳ３０において、防着板１０の使用時間が所定時間を超えたか否かを判定する。このような判定は、スパッタリング装置１のオペレータや保守管理者が行ってもよい。または、スパッタリング装置１にプラズマ時間の積算計等を設け、所定時間を超えたらアラームを発報する等の機能をスパッタリング装置１が有していてもよい。
【００４０】
所定時間を超えていなければ（Ｎｏ）、所定数のウェハＳｕｂに対し、ステップＳ２０の成膜処理を繰り返す。
【００４１】
所定時間を超えていたら（Ｙｅｓ）、ステップＳ４０において、ターゲット材Ｔの使用時間が所定時間を超えたか否かを判定する。かかる判定も、オペレータまたはスパッタリング装置１の機能により行われる。
【００４２】
ターゲット材Ｔの使用時間が所定時間を超えていなければ（Ｎｏ）、ステップＳ５０において、防着板１０を新品または再生品に交換し、さらに、ステップＳ２０の成膜処理を繰り返す。このときにおいても、防着板１０は、装着当初より、Ｓｉを含有する被膜１３を備えている。被膜１３を備える防着板１０により、ウェハＳｕｂ上には、防着板１０の装着当初から、所望の比抵抗値および面内均一性を有するスパッタリング膜Ｌが形成される。
【００４３】
ターゲット材Ｔの使用時間が所定時間を超えていたら（Ｙｅｓ）、スパッタリング装置１における成膜処理を終了する。
【００４４】
［変形例］
防着板１０の母材１１は例えばＳＵＳであるとしたが、それ以外の部材であってもよい。母材は、例えば、セラミック、石英、またはＡｌ等の部材であってもよい。
【００４５】
下地膜１２は例えばプラズマ溶射膜であるとしたが、アーク溶射膜、フレーム溶射膜等の他の溶射膜であってもよい。また、下地膜１２は例えばＡｌであるとしたが、それ以外の部材であってもよい。下地膜は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、またはＴｉ／Ｎｉハイブリッド材等の部材であってもよい。これらいずれかの部材で構成される下地膜は、プラズマ溶射膜であってよい。
【００４６】
また、被膜１３の膜厚を充分に薄くすれば、下地膜１２は無くともよい。被膜１３が薄ければ、被膜１３自体の応力も小さく、応力を緩和する下地膜１２が無くとも、自身の応力によって被膜１３が破断してしまうことを充分に抑制できる。
【００４７】
被膜１３は、プラズマ溶射膜であるとしたが、アーク溶射膜、フレーム溶射膜等の他の溶射膜であってもよい。また、被膜１３には、ＷとＳｉとが含まれることとしたが、Ｗの代わりに他の金属が含まれていてもよい。被膜には、例えばＭｏとＳｉとが含まれていてもよい。ただし、被膜中の金属は、ターゲット材に含まれる金属と同種のものであることが好ましい。それにより、成膜されたスパッタリング膜への金属汚染を抑制することが可能である。Ｍｏ等の他の金属を含む被膜の組成、抵抗値、膜厚、表面粗度等は、実施形態の被膜１３と同様とすることができる。他の金属を含む被膜は、プラズマ溶射膜であってよい。
【００４８】
被膜は、Ｓｉを主成分とし、他の金属を含まなくともよい。被膜中のＳｉは、重量濃度（重量百分率）で、例えば９９．９％以上１００％である。かかる被膜の抵抗値は、７６０Ω以上が好ましく、例えば１０００Ω程度である。その他、被膜の膜厚および表面粗度等は、実施形態の被膜１３と同様とすることができる。Ｓｉを主成分とする被膜は、プラズマ溶射膜あるいはその他の溶射膜であってもよい。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１…スパッタリング装置、１０…防着板、１１…母材、１２…下地膜、１３…被膜、２０…処理容器、３１…アノード電極、３２…カソード電極、Ｓｕｂ…ウェハ、Ｔ…ターゲット材。
【図１】
2019143215.tif 000003
【図２】
2019143215.tif 000004
【図３】
2019143215.tif 000005