JP2009007604A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カルーセル式の成膜装置において、細長片形状のターゲットの外周部の非エロージョンからの異常放電を抑制し、成膜過程においてパーティクルの発生を低減することが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】 真空チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な円筒ドラムを設け、前記基材に対向する位置に配置される細長片形状のターゲットをスパッタすることにより前記基材に成膜を行う成膜装置であって、前記成膜装置は、前記細長片形状のターゲットをスパッタするためのＤＣパルスカソードと、前記細長片形状のターゲットの被スパッタ面と対面する位置にＤＣパルスアノードとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、矩形状のターゲットをスパッタリングする成膜装置に関するものである。

従来、円筒ドラムの外周に基材を取り付け、前記円筒ドラムの周面に対向する位置にターゲットを配置し、前記円筒ドラムを回転させながらＡＣマグネトロンスパッタするためのカルーセル式の成膜装置が、例えば、特許文献１に開示されている。
この種の装置において、円筒ドラムに対向する位置に配置されるターゲットは、通常、細長片の形状をしている。このターゲットを、ターゲットの背面側に設けられたマグネトロン磁気回路により磁気を生じさせてスパッタする場合に、中央部に非エロージョン部が発生する。この非エロージョン部は、ターゲットの使用効率を低下させ、チャージアップによる異常放電の原因となる。
この問題に対して、磁気回路を揺動させて、中央部の非エロージョンをなくす方法がある。しかしながら、ターゲットの四隅近傍において、円形状にエロージョン部が形成されるために、エロージョン部の外周側には、非エロージョンが残るという問題がある。
また、ターゲットの形状をエロージョンパターンに合わせる方法もある。しかし、ターゲットの外周部に設けられたアースシールドによって、ターゲットの外周部近傍におけるプラズマの密度が低くなり、外周部に非エロージョン部が残ってしまう。
従って、上記いずれの方法を採用しても、結果として、ターゲットの外周部には、非エロージョン部が生じ、この部位において、チャージアップによる異常放電が発生して、パーティクルが発生し、基材上に形成された膜の質に悪影響を及ぼすことが問題であった。

特開２００５−２０６８７５号公報（図２）

そこで、本発明は、カルーセル式の成膜装置において、細長片形状のターゲットの外周部の非エロージョンからの異常放電を抑制し、成膜過程においてパーティクルの発生を低減することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明者等は鋭意検討の結果、アノードを備えたＤＣパルスカソードによりスパッタリングすることにより、ターゲット外周部での非エロージョンでの異常放電を抑制し、パーティクルが生じにくいことを知見して以下の解決手段を見出した。
即ち、本発明の成膜装置は、請求項１に記載の通り、真空チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な円筒ドラムを設け、前記基材に対向する位置に配置される細長片形状のターゲットをスパッタすることにより前記基材に成膜を行う成膜装置であって、前記成膜装置は、前記細長片形状のターゲットをスパッタするためのＤＣパルスカソードと、前記細長片形状のターゲットの被スパッタ面と対面する位置にＤＣパルスアノードとを備えたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１の成膜装置において、前記ＤＣアノードは、前記円筒ドラムよりも前記ターゲットの近傍に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、細長片形状のターゲットを使用しても、ターゲット外周部におけるチャージアップを抑制してパーティクルの発生を抑制することができる。また、ＡＣスパッタに比べてコストを抑えることができる。

図１は、本発明のカルーセル式光学薄膜用成膜装置を示す略断面図である。図１を参照して、装置を構成するチャンバ１内の略中央部分には、基材２が載置された状態で回転する回転ドラム３を備えた基材回転機構４が設置されている。そして、回転ドラム３を介した対称位置に、回転ドラム３の接線方向に延出するようにして細長片形状に形成されたＴｉターゲット５と、同様に細長片形状に形成されたＳｉターゲット６とが、ともに回転ドラム３上を回転する基材２に対向可能な状態で配置される。

Ｔｉターゲット５は、磁気回路７を介してチャンバ１外部のＤＣパルスカソード８と一体的に構成され、更にＤＣパルスカソード８はＤＣパルス電源９に接続される。この構成は、回転ドラム３を介してチャンバ１内に配置されるＳｉターゲット６においても同様である。

また、チャンバ１内には、スパッタガス導入口１４と反応ガス導入口１５が設けられ、それぞれの導入口に連なる導入管１６、１７には、連動して流量調整が可能なコンダクタンスバルブ１８、１９が設けられる。

また、細長片形状に形成されたＴｉターゲット５及びＳｉターゲット６の被スパッタ面と対面する位置にＤＣパルスで作動するＤＣパルスアノード２０、２１を設けるようにし、更に、ＤＣパルスアノード２０、２１の近傍に酸素ガスを導入できるようにコンダクタンスバルブ２２、２３を設けるようにした。尚、図示したものでは、ＤＣパルスカソード８とＤＣパルス電源９を共用しているため、同一のパルスで作動することとなる。

そして、このような装置構成を有する成膜装置で、図外の排気系により所定の圧力条件（例えば１０^−３Ｐａ程度）に設定されたチャンバ１内で回転ドラム３を回転させ、スパッタガス導入口１４から所定流量（例えば１００ｓｃｃｍ程度）のアルゴンガスを導入した状態とする。

そして、装置内に設置したＴｉ及びＳｉの両ターゲット５、６のうち、一方のＴｉターゲット５の電源９のみを印加し、Ｓｉターゲット６の電源１３を切断したままにする。この状態で、基材２を保持する基材ホルダを兼ねる回転ドラム３の回転機構４を回転させる。更に、反応ガス導入口１５から、ＥＣＲ等の酸化源より酸素ガスを所定流量（例えば１００ｓｃｃｍ程度）導入された状態で、スパッタガス導入口１４からのアルゴンガスにより、Ｔｉターゲット５がスパッタされる。この際、ＤＣパルスアノード２０の近傍に、コンダクタンスバルブ２２を介してアルゴンガスを導入した状態で、所定の電力でＤＣパルスアノード２０を作動させるようにする。これにより、基材２上にＴｉＯ_２膜が形成される際に、細長辺形状のＴｉターゲット５の被スパッタ面の外周部の非エロージョン部による異常放電を抑制することが可能となり、パーティクルの発生を抑えることができる。その結果として、優れた膜質のＴｉＯ_２を得ることが可能となる。

次に、他方のＳｉターゲット６の電源１３のみを印加し、Ｔｉターゲット５の電源９を切断したままにする。この状態で、基材２を保持する基材ホルダを兼ねる回転ドラム３の回転機構４を回転させる。更に、反応ガス導入口１５から所定流量の酸素ガスが導入された状態で、アルゴンガスにより、Ｓｉターゲット６がスパッタされる。この際、ＤＣパルスアノード２１の近傍に、コンダクタンスバルブ２３を介してアルゴンガスを導入した状態で、所定の電力でＤＣパルスアノード２１を作動させるようにする。これにより、基材２上にＳｉＯ_２膜が形成される際に、細長辺形状のＳｉターゲット５の被スパッタ面の外周部の非エロージョン部による異常放電を抑制することが可能となり、パーティクルの発生を抑えることができる。その結果として、優れた膜質のＳｉＯ_２を得ることが可能となる。

そして、Ｔｉ及びＳｉの両ターゲット５、６のいずれか一方を用いる成膜工程を交互に繰り返すことにより、交互多層膜の成膜を行うことができる。尚、Ｔｉ及びＳｉの両ターゲット５、６のいずれを作動させる場合も、コンダクタンスバルブ１８、１９は、図外の制御系によりそれぞれの開度の増減を調整できるようにされている。これにより、導入されるアルゴン及び酸素の両ガスはそれぞれ流量が増減される。

尚、ＤＣパルスアノード２０、２１は細長片形状のターゲット５、６と対面する位置にあればよいが、好ましくは、円筒ドラム３よりもターゲット５、６側（図示の通り）に配置する。
また、上記説明したＤＣパルスカソード８、８とＤＣパルスアノード２０、２１は、同じ電力、且つ、同じパルスを使用したが、必ずしも同一である必要はない。

次に、本発明の一実施例を比較例を参照して説明する。
（実施例１）
上記発明を実施するための最良の形態で説明した構成の装置を使用して、厚さ525±25μmのウエハ上に厚さ５００ÅのＳｉＯ_２膜の成膜を行った。尚、本実施例では、上記Ｔｉターゲットのスパッタを行った側のＤＣパルスカソード８とＤＣパルスアノード２０等の片側のみを使用した。
成膜時のＤＣパルスアノード２０の条件は、次の通りとした。
コンダクタンスバルブ２２からのアルゴンガス導入量を８０ｓｃｃｍ、ＤＣ電力を１．５ｋＷ（電圧は２９７Ｖ）、パルス周波数を３５０ｋＨｚ、パルス幅を１．１μｓｅｃとした。
また、酸化源として、ＥＣＲ酸化源を使用し、酸素導入口１５からのＯ_２導入量を２００ｓｃｃｍ、酸化源に印加する電力を１４００Ｗとした。
尚、ＤＣパルスカソード５のＤＣ電力及びパルスの条件は、ＤＣパルスアノードと同じにした。

（比較例１）
実施例１の装置構成及び条件に対して、アノード２０をチャンバ１（アース）に接続させた状態とした以外は、実施例１と同様とした。

実施例１及び比較例１で成膜されたウエハのパーティクルの密度を図２に示す。
図２から、パーティクル粒径０．６２２〜４．１７μmの範囲の全てにおいて、成膜過程におけるパーティクルの発生を低減することができることがわかった。

本発明の成膜装置の一実施の形態の説明図 実施例１及び比較例１のパーティクルの発生を比較するためのグラフ

１ チャンバ
２ 基材
３ 回転ドラム
４ 基材回転機構
５ Ｔｉターゲット
６ Ｓｉターゲット
７ 磁気回路
８ ＤＣパルスカソード
９ ＤＣパルス電源
１４ スパッタガス導入口（スパッタ成膜源）
１５ 反応ガス導入口（反応ガス源）
１６ 導入管
１７ 導入管
１８ コンダクタンスバルブ
１９ コンダクタンスバルブ
２０ ＤＣパルスアノード
２２ コンダクタンスバルブ
２３ コンダクタンスバルブ

Claims (2)

1. 真空チャンバ内に、その周面に基材を配置することができるように構成された回転可能な円筒ドラムを設け、前記基材に対向する位置に配置される細長片形状のターゲットをスパッタすることにより前記基材に成膜を行う成膜装置であって、前記成膜装置は、前記細長片形状のターゲットをスパッタするためのＤＣパルスカソードと、前記細長片形状のターゲットの被スパッタ面と対面する位置にＤＣパルスアノードとを備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記ＤＣパルスアノードは、前記円筒ドラムよりも前記ターゲットの近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。