(57)【要約】【課題】防着板に発生した絶縁物が付着することによってプラズマが防着板で囲まれた空間から外に広がることを防ぐ。【解決手段】ターゲット５２を囲むように、二重の金属製筒状体からなる防着板１３ａ，１３ｂを設け、第２の防着板１３ｂを接地電位とし、第１の防着板１３ａを浮遊電位とする。スパッタリングによる成膜が進行すると、第１の防着板１３ａとウエハ１１ａとに絶縁膜が付着して接地面が見えなくなり、プラズマはテーブル１２と二重構造の防着板１３ａ，１３ｂ間の隙間から外に広がろうとする。しかし、第２の防着板１３ｂの内面は絶縁物が付着しにくく接地電位面であるため、その面に向かって放電が生起し、二重構造の防着板１３ａ，１３ｂの外にプラズマは広がらない。【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エハが載置されるウエハホルダと、前記ウエハホルダに対向して配設された電極に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、前記防着板のいずれか一方を接地電位とし、かつ少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上に設定したことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
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エハが載置されるウエハホルダと、前記ウエハホルダに対向して配設された電極に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、前記防着板の両方を接地電位とし、かつ少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上に設定したことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
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エハが載置されるウエハホルダと、前記ウエハホルダに対向して配設された電極に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、外側の防着板を接地電位とし、内側の防着板を直流負電位とし、かつ前記防着板の少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上に設定したことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項４】
前記二重の防着板において、内側の防着板における内面を絶縁体により被覆したことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記プラズマ処理が誘電体薄膜、あるいは強誘電体薄膜を形成するスパッタリング処理であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
複数のウエハが載置され、前記ウエハを処理位置に順次移動させて連続的に処理させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。なお、スパッタリング装置に限らず、ＣＶＤ装置，ＰＶＤ装置，ドライエッチング装置にも適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
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】
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。
【０００６】
図５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５１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５２が電極５３に固定保持される。電極５３は真空容器５１とは電気的に絶縁され、また電極５３はターゲット５２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。
【０００７】
そして、真空容器５１の上方にはウエハホルダ５４が電極５３に対向して平行に配置されており、このウエハホルダ５４は真空容器５１と電気的に絶縁されて浮遊電位になっている。ウエハホルダ５４に基板、例えば半導体ウエハ（以下、ウエハと記す）５５が載置される。そして、ウエハホルダ５４は、ウエハ５５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。
【０００８】
そして、電極５３と接地されている真空容器５１との間に高周波電源５６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が所定の負のＤＣバイアスのもとに与えられる。
【０００９】
このスパッタリング装置で成膜処理を行うには、ウエハホルダ５４上にウエハ５５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ターゲットをスパッタする。
【００１０】
そこで、ターゲット５２から飛散する成分は、ウエハ５５上に堆積することにより成膜される。そして、ターゲット５２から飛散する成分はウエハ５５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。そのウエハ５５以外に向かうものが真空容器５１の内壁、あるいは真空容器５１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５３とウエハホルダ５４を取り囲むように防着板５７が配置されている。
【００１１】
防着板５７は金属からなり、真空容器５１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。さらに防着板５７は、ウエハ５５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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の防着板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、防着板の表面にも絶縁物が成膜され接地面が見えなくなることがある。このような状態ではプラズマが、防着板の隙間から外に広がり膜が付着していない真空容器の壁面などに向かって放電するようになる。このような状態では安定してプラズマ処理を行うことができなくなる。
【００１３】
また、複数のウエハを連続的に処理するような場合、被処理ウエハ以外のウエハまでプラズマにさらされて不良になってしまうという問題がある。
【００１４】
また、防着板を二重に設置することが考えられるが、２枚の防着板間で放電が生じるという問題がある。
【００１５】
また、付着膜が形成された防着板は、定期的にメンテナンスを行わなければならず、作業効率の面からメンテナンスの周期を延ばすことが望まれている。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するものであって、防着板に絶縁物が付着することによってプラズマが防着板で囲まれた空間から外に広がることを防ぐことのできるスパッタリング装置を提供するものであり、また防着板を二重に配した際、二枚の防着板間で放電が生じることを防ぐことができるスパッタリング装置を提供するものである。さらに、防着板に対するメンテナンスの周期を延ばすことができるスパッタリング装置を提供するものであり、また経時的にプラズマの状態が変化することを防ぐことができるスパッタリング装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、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エハが載置されるウエハホルダと、前記ウエハホルダに対向して配設された電極に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、前記防着板のいずれか一方を接地電位とし、かつ少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上に設定したことを特徴とし、この構成によって、プラズマが防着板の外へ広がることを防ぐことができ、安定してプラズマ処理を行うことができる。また被処理ウエハ以外のウエハがプラズマにさらされることを防ぐことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、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エハが載置されるウエハホルダと、前記ウエハホルダに対向して配設された電極に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、前記防着板の両方を接地電位とし、かつ少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上に設定したことを特徴とし、この構成によって、プラズマが防着板の外へ広がることを防ぐことができ、安定してプラズマ処理を行うことができる。また被処理ウエハ以外のウエハがプラズマにさらされることを防ぐことができる。しかも、二重の防着板において内側と外側の両方の防着板を接地電位とすることにより、２枚の防着板間で放電が生じることを防ぐことができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、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エハが載置されるウエハホルダと、前記ウエハホルダに対向して配設された電極に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、外側の防着板を接地電位とし、内側の防着板を直流負電位とし、かつ前記防着板の少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上に設定したことを特徴とし、この構成によって、プラズマが防着板の外へ広がることを防ぐことができ、安定してプラズマ処理を行うことができる。また被処理ウエハ以外のウエハがプラズマにさらされることを防ぐことができる。しかも、外側の防着板を接地電位とし、内側の防着板を直流負電位とすることにより、付着した絶縁物を取り除きながらプラズマ処理を行うことができるため、防着板のメンテナンス周期を延ばすことができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置において、二重の防着板において、内側の防着板における内面を絶縁体により被覆したことを特徴とし、この構成によって、徐々に絶縁物が付着して経時的にプラズマの状態を変化することを防ぐことができ、安定してプラズマ処理を行うことができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置において、プラズマ処理が誘電体薄膜、あるいは強誘電体薄膜を形成するスパッタリング処理であることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載のスパッタリング装置は、複数のウエハが載置され、前記ウエハを処理位置に順次移動させて連続的に処理させる移動手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、複数のウエハに対する自動処理が可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、図５にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付した。
【００２４】
図１は本発明の第１実施形態を説明するため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、第１実施形態は、真空容器５１内に複数のウエハ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを投入して連続的にプラズマ処理を行い、ウエハ１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対して絶縁物、特に高・強誘電体材料の成膜を順次行うスパッタリング装置の例である。
【００２５】
図１において、真空容器５１の下部には、ターゲット５２（ターゲットとしては所望の絶縁膜を構成する元素により形成されたもの、または反応性ガスと反応して所望の絶縁物を形成することができる材料が好ましい）を載置した電極５３が設置され、また真空容器５１の上部には、複数枚のウエハ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを配置することが可能で、かつ移動可能なウエハホルダであるテーブル１２が設けられ、ターゲット５２の直上の被処理ウエハ１１ａに対する成膜が終わると、テーブル１２が移動して次のウエハ１１ｂに対する成膜が行われる。
【００２６】
ターゲット５２を囲むように、二重の金属製筒状体からなる防着板１３ａ，１３ｂが設けられており、内側に設置された第１の側防着板１３ａは浮遊電位であり、外側に設置された第２の防着板１３ｂは接地電位である。両防着板１３ａ，１３ｂは、上部にいくに従って２枚の防着板１３ａ，１３ｂ間の距離が離れていき、最上部ではシース厚み（発生するプラズマとの間で電荷の中性が破られ、電場が発生する層領域の距離）以上の間隔となっている。
【００２７】
真空容器５１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０２，Ｎ２などがあるが、成膜したい物質が酸化物なら０２、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５３と真空容器５１間に高周波電力（ターゲット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５２直上にプラズマが発生し、絶縁物の成膜が開始される。
【００２８】
成膜が進行すると、第１の防着板１３ａと被処理ウエハ１１ａに絶縁膜が付着して接地面が見えなくなり、プラズマはテーブル１２と防着板１３ａ，１３ｂ間の隙間から外に広がろうとする。しかし、第２の防着板１３ｂの内面には絶縁物が付着しにくいために接地電位面であり、その間に向けて放電が起こるため、二重構造の防着板１３ａ，１３ｂの外にプラズマが広がることはない。
【００２９】
以上のことにより、プラズマが二重構造の防着板１３ａ，１３ｂの外側に広がることがなく、安定したプラズマ処理が行え、また、被処理ウエハ１１ａ以外のウエハ１１ｂ、１１ｃにプラズマが当たることなくプラズマ処理を行うことができた。
【００３０】
図２は本発明の第２実施形態を説明するため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、第２実施形態は、第１実施形態と同様にプラズマ処理を行うスパッタリング装置であって、第１実施形態の構成と異なる点は、二重構造の防着板２１ａ，２１ｂの両方が接地電位となっている構成である。このような構成にすることにより、両防着板２１ａ，２１ｂ間で異常放電が生じることを防ぐことができる。
【００３１】
以上のことにより、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、プラズマが二重構造の防着板２１ａ，２１ｂの外側に広がることがなく、安定したプラズマ処理が行え、また、被処理ウエハ１１ａ以外のウエハ１１ｂ，１１ｃにプラズマが当たることなくプラズマ処理を行うことができた。さらに、両防着板間２１ａ，２１ｂで放電が生じることなくプラズマ処理を行うことができた。
【００３２】
図３は本発明の第３実施形態を説明するため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、第３実施形態は、第１，２実施形態と同様にプラズマ処理を行うスパッタリング装置であって、第１，２実施形態の構成と異なる点は、二重構造の防着板３１ａ，３１ｂにおける第１の防着板３１ａの内面３２を絶縁物３３で被覆した構成である。このように、第１の防着板３１ａの内面３２に既に絶縁物３３を形成しておくことにより、成膜を開始してから徐々に絶縁物が付着して行き接地面が見えなくなるまでの間、プラズマの状態が経時的に変化することを防ぐことができる。
【００３３】
以上のことにより、第３実施形態では、第１，第２実施形態における効果に加えて、プラズマの状態が経時的に変化することがなく安定したプラズマ処理を行うことができた。
【００３４】
図４は本発明の第４実施形態を説明するため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、第４実施形態は、第１〜３実施形態と同様にプラズマ処理を行うスパッタリング装置であって、第１〜３実施形態の構成と異なる点は、二重構造の防着板４１ａ，４１ｂにおける第１の防着板４１ａと第２の防着板４１ｂとを電気的に絶縁し、第２の防着板４１ｂは接地電位に、また第２の防着板４１ａは直流負電位とした構成である。この構成にしたことにより、第１の防着板４１ａでもスパッタリング現象が起き、これにより第１の防着板４１ａの内面３２に一旦付着した絶縁物が取り除かれることになる。
【００３５】
以上のことにより、第４実施形態では、第１の防着板４１ａの内面３２における絶縁物の付着速度が緩和されることにより、メンテナンス周期を延ばすことができた。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスパッタリング装置は、防着板を金属で二重に形成し、少なくともいずれか一方を接地電位とし、かつ防着板の少なくとも一端部において互いに向かい合う面間の距離をシース厚み以上としたことにより、処理中におけるプラズマが防着板の外へ広がることを防ぐことができ、安定したプラズマ処理を行うことができる。また連続してウエハを投入しても、被処理ウエハ以外のウエハがプラズマにさらされることを防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図
【図２】本発明の第２実施形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図
【図３】本発明の第３実施形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図
【図４】本発明の第４実施形態を説明するためのスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図
【図５】従来のスパッタリング装置の概略構成を示す縦断面図
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，５５　ウエハ
１２　テーブル
１３ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ　第１の防着板
１３ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ　第２の防着板
３２　第１の防着板の内面
３３　絶縁物
５１　真空容器
５２　ターゲット
５３　電極
５６　高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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