(57)【要約】【課題】薄膜形成装置内部にスパッタ粒子によって形成される装置内異物の生成を低減することが可能な薄膜形成装置を得ること。【解決手段】基板４０を保持する基板ホルダ４１と、基板ホルダ４１に保持される基板４０上に薄膜を形成するための成分を含むターゲット３２と、基板ホルダ４１とターゲット３２が設置される真空チャンバ２と、を備え、真空チャンバ２を所定の真空度にして、ターゲット３２にイオン化されたキャリアガスＪを衝突させることによってたたき出されたターゲット構成粒子Ｋ＋を基板４０上に堆積させて膜を形成する薄膜形成装置１において、基板ホルダ４１を絶縁部４３を介して保持するホルダ４２と、ホルダ４２と基板ホルダ４１との間にバイアス電圧を印加する第２の電源５２と、を備える。【選択図】      図１
2004211165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持するための基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持される基板上に薄膜を形成するための成分を含むターゲットと、
前記基板保持手段と前記ターゲットが設置される薄膜形成室と、
を備え、前記薄膜形成室を所定の真空度にして、前記ターゲットにイオン化されたキャリアガスを衝突させることによってたたき出されたターゲット構成粒子を前記基板上に堆積させて膜を形成する薄膜形成装置において、
前記基板保持手段を絶縁手段を介して保持する保持手段と、
たたき出された前記ターゲット構成粒子中の多数を占める電荷を有するターゲット構成粒子の前記保持手段への堆積を抑制するためのバイアス電圧を前記保持手段と前記基板保持手段との間に印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
基板を保持するための基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持される基板上に薄膜を形成するための成分を含むターゲットと、
前記基板保持手段と前記ターゲットが設置される薄膜形成室と、
を備え、前記薄膜形成室を所定の真空度にして、前記ターゲットにイオン化されたキャリアガスを衝突させることによってたたき出されたターゲット構成粒子を前記基板上に堆積させて膜を形成する薄膜形成装置において、
たたき出された前記ターゲット構成粒子中の多数を占める電荷を有するターゲット構成粒子の前記薄膜形成室への堆積を抑制するためのバイアス電圧を前記薄膜形成室と前記基板保持手段との間に印加する電圧印加手段を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】
前記基板保持手段は、保持する前記基板の基板面積以下の基板保持面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置などの薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体薄膜装置の作製や、半導体装置の内部電極配線に使用される金属薄膜の形成を行うための薄膜形成装置として、薄膜の組成制御が容易で、高温材料を低温で合成でき、また大面積への成膜が可能なスパッタ装置が使用されることが多い。以下に、金属などの導電性材料の薄膜の作製は、一般的に、薄膜構成材料の原料となるターゲットに直流電圧を印加してスパッタを行うＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）スパッタ装置が使用されるので、このＤＣスパッタ装置を例に挙げて説明する。ＤＣスパッタ装置は、基板を保持するための基板ホルダと、基板に作製する薄膜の組成を有する導電性のターゲットと、これらの基板ホルダとターゲットが内部に設置される真空チャンバと、基板ホルダとターゲットとの間に直流高電圧を印加するための直流電源と、真空チャンバ内を真空に排気する真空ポンプと、スパッタを行うためのキャリアガスを真空チャンバ内に供給するためのガスボンベとを備えている。基板ホルダは、通常、薄膜を作製させるための基板のサイズよりも大きな面積を有し、薄膜形成中に基板が動かないように基板保持機構によって基板を保持する。基板ホルダとターゲットとは、真空チャンバ内で対向して配置されており、基板ホルダには直流電源のアノード（陽極）が、ターゲットには直流電源のカソード（陰極）がそれぞれ接続されている。
【０００３】
スパッタを行う際には、真空チャンバ内を所定の真空度に保った状態で、ターゲット付近にガスボンベからのキャリアガスを流しながら基板ホルダとターゲットとの間に直流高電圧を印加して放電させる。この放電によって、キャリアガスの一部が電子を放出して正の電荷を有するイオンにイオン化され、負の直流高電圧にバイアスされているターゲットに向かって、正に帯電したキャリアガスイオンが加速される。この加速によってキャリアガスは、数ＫｅＶのエネルギをもってターゲットに衝突し、ターゲットからは通常、正の電荷を有するスパッタ粒子がたたき出される。このスパッタ粒子はターゲット表面の垂線に対してある角度の範囲で放出され、その一部のスパッタ粒子がターゲットに対向して配置された基板上に堆積し、薄膜を形成する。
【０００４】
特許文献１には、基板表面に段差がある場合でも、その段差で膜を途切れさせずに成膜を行うことが可能な薄膜形成装置が開示されている。たとえば上記の構成のスパッタ装置で基板に負のバイアス電圧をかける場合に、成膜開始直後の短い時間にのみその負のバイアス電圧の絶対値を大きくして、成膜直後の成膜粒子の表面移動度を高め、基板に最初に付着する数原子層の成膜の起点となる核を基板表面に均一に分散させる。そして、その数原子層の上に形成される大半の膜厚部分について成膜する間は、その絶対値の大きな負のバイアス電圧を印加せずに成膜を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４４４０５号公報（第２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の薄膜形成装置においては、ターゲットからたたき出されたスパッタ粒子の一部は、基板だけでなく、基板ホルダの基板保持面上の基板が保持されていない部分や真空チャンバの内壁にも不必要に堆積する。そのため、成膜が終わった基板を搬送する場合に、基板以外のスパッタ装置内部に不必要に堆積していたスパッタ粒子の膜が剥がれたりして基板上に付着する場合があった。この基板上に付着した異物状のスパッタ粒子の膜は、この後の写真製版工程における内部電極配線を形成する際に、パターン欠陥を生じさせる原因となっているという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、薄膜形成装置内部にスパッタ粒子によって形成される装置内異物の生成を低減することが可能な薄膜形成装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜形成装置は、基板を保持するための基板保持手段と、前記基板保持手段に保持される基板上に薄膜を形成するための成分を含むターゲットと、前記基板保持手段と前記ターゲットが設置される薄膜形成室と、を備え、前記薄膜形成室を所定の真空度にして、前記ターゲットにイオン化されたキャリアガスを衝突させることによってたたき出されたターゲット構成粒子を前記基板上に堆積させて膜を形成する薄膜形成装置において、前記基板保持手段を絶縁手段を介して保持する保持手段と、たたき出された前記ターゲット構成粒子中の多数を占める電荷を有するターゲット構成粒子の前記保持手段への堆積を抑制するためのバイアス電圧を前記保持手段と前記基板保持手段との間に印加する電圧印加手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる薄膜形成装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明にかかる薄膜形成装置の実施の形態１の構成を示す模式図である。以下では、この図１に示される薄膜形成装置として、ターゲット付近に流したキャリアガスをターゲットと基板との間に印加した直流高電圧でイオン化して、イオン化したキャリアガスをターゲットに衝突させて放出されたスパッタ粒子を基板上に成膜するＤＣスパッタ装置を例に挙げて説明する。
【００１１】
薄膜形成装置１は、真空チャンバ２と、ターゲットを保持するターゲット部３と、基板４０を保持する基板保持部４と、ターゲット部３と基板保持部４の間および基板保持部４内に電圧を印加する電源部５と、真空チャンバ２内を真空に排気するための排気部６と、真空チャンバ２内にキャリアガスＪを導入するガス供給部７とを有する。
【００１２】
真空チャンバ２は、薄膜を形成するための真空雰囲気を形成する薄膜形成室であり、内部には、後述するターゲット部３と基板保持部４とが対向して配置されている。ここで、真空チャンバ２は特許請求の範囲における薄膜形成室に対応している。
【００１３】
ターゲット部３は、電源部５と接続されるターゲット電極３１と、このターゲット電極３１に接続されたターゲット３２とから構成される。ターゲット電極３１は、電源部５の負極と接続されており、成膜中はカソードとして機能する。ターゲット３２は、基板４０上に所望の薄膜を形成するために必要な組成を有する導電性のバルク体によって構成され、ターゲット電極３１と電気的接続が保たれるようにして配置される。
【００１４】
基板保持部４は、薄膜を形成する基板４０を保持するための基板ホルダ４１と、基板ホルダ４１をさらに支持するホルダ４２と、基板ホルダ４１とホルダ４２との間に挿入される絶縁部４３とから構成される。基板ホルダ４１は、金属などの導電性の材料から構成されており、基板４０を保持するための機構を有するとともに、電源部５の正極と接続され、ターゲット電極３１と対を成すもう一方の電極としての役割を有する。また、基板ホルダ４１は、基板４０面から垂直な方向から見た場合に、基板ホルダ４１が基板ホルダ４１上に載置した基板４０からはみ出さないように、基板ホルダ４１上に載置される基板４０と同じサイズまたはそれよりも小さいサイズを有する。これにより、基板ホルダ４１上に不必要なスパッタ粒子が堆積しないようにしている。ホルダ４２は、金属などの導電性の材料から構成されており、基板ホルダ４１を支持する。ホルダ４２の電圧が基板ホルダ４１の電圧よりも高くなるように、両者の間にも直流電源が接続されている。また、このとき、ホルダ４２と基板ホルダ４１との間でショートを起こさないように、両者の間には基板ホルダ４１と同じサイズか基板ホルダ４１よりも小さいサイズの絶縁部４３が挿入されている。ここで、基板ホルダ４１は特許請求の範囲における基板保持手段に対応し、ホルダ４２は同じく保持手段に対応し、そして絶縁部４３は同じく絶縁手段に対応している。
【００１５】
電源部５は、第１の電源５１と第２の電源５２とからなる。第１の電源５１は、スパッタを行うために、ターゲット電極３１と基板ホルダ４１の間に直流高電圧を印加するための電源である。第１の電源５１の正極は基板ホルダ４１と接続され、第１の電源５１の負極はターゲット電極３１と接続される。第２の電源５２は、基板保持部４のホルダ４２を基板ホルダ４１よりも高い電圧に維持するために、両者の間に直流電圧を印加するための電源である。したがって、第２の電源５２の負極は、基板ホルダ４１と接続され、第２の電源５２の正極は、ホルダ４２と接続される。ここで、第２の電源５２は、特許請求の範囲における電圧印加手段に対応している。
【００１６】
排気部６は、真空チャンバ２内を所定の圧力に保つために真空チャンバのフランジを介して接続されるものであり、通常、真空ポンプが使用される。たとえば、真空チャンバ２内が大気圧に近い圧力の状態では油回転ポンプが使用され、油回転ポンプが動作可能な圧力以下の状態ではターボ分子ポンプなどのポンプと油回転ポンプの直列運転によって真空チャンバ２内の気体を排気する。なお、圧力の調整は、通常、排気部６と真空チャンバ２内との間に設けられたゲートバルブ６１の開き度合いを変化させることによって行う。
【００１７】
ガス供給部７は、スパッタを行う際に、真空チャンバ２内のターゲット３２と基板４０との間の空間にキャリアガスＪを導入するために使用される。通常、ターゲット３２の設置位置近くに、ガス供給部７とつながるガス導入口７１が備えられており、所定の流量となるように、図示しないガス流量コントローラによって制御される。なお、キャリアガスＪとしては、通常、アルゴンガスなどの不活性ガスが用いられるが、作製する薄膜の条件によって、使用されるキャリアガスＪの種類が定められる。
【００１８】
つぎに、このような構成を有する薄膜形成装置１の動作について説明する。基板ホルダ４１に基板４０を載置し、真空チャンバ２内を排気部６によって所定の圧力まで排気した後に、ターゲット３２と基板４０間の空間にガス供給部７からキャリアガスＪが導入される。そして、第１の電源５１によって、ターゲット電極３１と基板ホルダ４１間にターゲット電極３１が基板ホルダ４１に対して負となるように直流高電圧を印加するとともに、第２の電源５２によって、基板ホルダ４１とホルダ４２間にホルダ４２の電圧が基板ホルダ４１に対して正となる（高くなる）ように直流電圧を印加する。
【００１９】
第１の電源５１によってターゲット電極３１と基板ホルダ４１間に印加される直流高電圧によって、キャリアガスＪの一部が電子を放出して正の電荷を有するイオンにイオン化され、負の直流高電圧にバイアスされているターゲット３２に向かって、正に帯電したキャリアガスＪ＋が加速される。この加速によってキャリアガスイオンＪ＋は、数ＫｅＶのエネルギをもってターゲット３２に衝突し、ターゲット３２からは、正の電荷や負の電荷を有するターゲット構成粒子や電気的に中性のターゲット構成粒子などがたたき出される。そして、たたき出されたターゲット構成粒子は、ターゲット３２に対向して配置された基板４０上に堆積し、薄膜を形成する。このとき、基板ホルダ４１は、基板４０と同じサイズまたは基板４０よりも小さいサイズであり、基板４０面に垂直な方向から基板４０を見たときに、基板４０から基板ホルダ４１が露出していないので、基板ホルダ４１にはたたき出されたターゲット構成粒子は付着することがない。また、基板４０（基板ホルダ４１）に対してホルダ４２は正のバイアス電圧が印加されているので、ターゲット３２から放出されたターゲット構成粒子の中で正の電荷を有するターゲット構成粒子（以下、スパッタ粒子Ｋ＋という）は、ホルダ４２に付着することがない。このようにして、スパッタ粒子Ｋ＋が基板ホルダ４１およびホルダ４２に付着することを防いでいる。
【００２０】
この実施の形態１によれば、第２の電源５２によって、基板ホルダ４１に対して基板ホルダ４１を保持するホルダ４２に正のバイアス電圧を印加するように構成したので、ターゲット３２から放出された正の電荷を有するスパッタ粒子Ｋ＋がホルダ４２に不必要に付着することを防止することができる。また、基板ホルダ４１のサイズを基板ホルダ４１に載置する基板４０のサイズ以下となるように構成したので、基板ホルダ４１にスパッタ粒子Ｋ＋が付着することも防ぐことができる。これにより、成膜後の基板４０の搬送時に、基板ホルダ４１やホルダ４２に付着したスパッタ粒子膜が剥がれることによって、基板４０上に異物が付着することを防止することができるという効果を有する。
【００２１】
実施の形態２．
図２は、この発明にかかる薄膜形成装置の実施の形態２の構成を示す模式図である。この薄膜形成装置１は、実施の形態１で説明した図１の薄膜形成装置１において、第２の電源５２の正極がホルダ４２ではなく真空チャンバ２に接続されていることを特徴とする。以下の説明では、図１で説明した構成要素と同一のものは同一の符号を付してその説明を省略している。
【００２２】
この図２に示されるように、真空チャンバ２を、基板ホルダ４１に対して正の電圧をバイアスするように構成することによって、成膜中にターゲット３２からたたき出された正の電荷を有するスパッタ粒子Ｋ＋が真空チャンバ２内壁に不必要に付着することを防止することが可能となる。
【００２３】
なお、図２では、第２の電源５２によって、基板ホルダ４１に対して真空チャンバ２に正のバイアス電圧を印加する構成を示したが、図３に示されるように、基板ホルダ４１に対して、ホルダ４２と真空チャンバ２の両方に正のバイアス電圧を印加するように構成してもよい。このようにすることで、成膜後の基板４０の搬送時に基板ホルダ４１やホルダ４２、真空チャンバ２内壁に付着したスパッタ粒子膜を原因とする異物が基板４０上に剥がれて付着することを一層効果的に防止することが可能となる。
【００２４】
この実施の形態２によれば、基板ホルダ４１に対して真空チャンバ２に正のバイアス電圧を印加するように構成したので、ターゲット３２から放出された正の電荷を有するスパッタ粒子Ｋ＋が真空チャンバ２内壁に不必要に付着することを防止することができる。そして、成膜後の基板４０の搬送時に、真空チャンバ２の内壁や基板ホルダ４１に付着したスパッタ粒子Ｋ＋が剥がれることによって、基板４０上に異物が付着することを防止することができるという効果を有する。
【００２５】
上述した実施の形態１，２では、ＤＣスパッタ装置の場合を例に挙げて説明したが、マグネトロンスパッタやＲＦスパッタ、イオンビームアシストスパッタなどのスパッタ装置全体や、成膜途中でイオンが発生する薄膜形成装置１に対して適用することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、正の電荷を有するイオンが成膜中に発生する薄膜形成装置において、基板ホルダに対して基板ホルダを保持するホルダまたは真空チャンバに正のバイアス電圧を印加するように構成したので、ターゲットから放出された正の電荷を有するスパッタ粒子が基板ホルダやホルダ、真空チャンバ内壁への付着を防止し、成膜後の基板の搬送時に、真空チャンバの内壁や基板ホルダ、ホルダに付着したスパッタ粒子を原因とする異物が基板上に付着することを防止することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による薄膜形成装置の実施の形態１の構成を示す模式図である。
【図２】この発明による薄膜形成装置の実施の形態２の構成を示す模式図である。
【図３】この発明による薄膜形成装置の実施の形態２の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１  薄膜形成装置、２  真空チャンバ、３  ターゲット保持部、４  基板保持部、５  電源部、６  排気部、７  ガス供給部、３１  ターゲット電極、３２  ターゲット、４０  基板、４１  基板ホルダ、４２  ホルダ、４３  絶縁部、５１  第１の電源、５２  第２の電源、６１  ゲートバルブ、７１  ガス導入口。
【図１】
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【図２】
2004211165.tif 000004
【図３】
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