基板処理装置
【課題】 基板ホルダーが移動しても、整合状態が大きく変化することなく、インピーダンスの整合状態が維持されることを課題とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、本願に係わる基板処理装置は、処理チャンバー、前記処理チャンバー内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、前記基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、前記基板ホルダーと前記高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び前記基板ホルダーと前記整合器を一体に移動させる移動機構を有する構成とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、本願に係わる基板処理装置は、処理チャンバー、前記処理チャンバー内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、前記基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、前記基板ホルダーと前記高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び前記基板ホルダーと前記整合器を一体に移動させる移動機構を有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、高周波を利用して基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種メモリやロジック等の半導体デバイスでは、各種配線膜の作成や異種層の相互拡散を防止するバリア膜の作成等の際にスパッタリングプロセスを用いており、スパッタリング装置が多用されている。このようなスパッタリング装置に要求される特性は色々あるが、基板に形成されたホールの内面にカバレッジ性よく被覆できることが、最近強く求められている。
【０００３】
具体的に説明すると、例えばＤＲＡＭ等で多用されているＦＥＴ（電界効果トランジスタ）では、拡散層の上に設けたコンタクトホールの内面にバリア膜を設けてコンタクト配線層と拡散層とのクロスコンタミネーションを防止する構造が採用される。また、各モメリセルの配線を行う多層配線構造では、下層配線と上層配線とをつなぐため、層間絶縁膜にスルーホールを設けこのスルーホール内を層間配線で埋め込むことが行われるが、この際にも、スルーホール内にバリア膜を作成して、クロスコンタミネーションを防止した構造が採られる。
【０００４】
このようなホールは、集積度の増加を背景として、そのアスペクト比（ホールの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比）が年々高くなってきている。例えば、６４メガビットＤＲＡＭでは、アスペクト比は４程度であるが、２５６メガビットでは、アスペクト比は５〜６程度になる。バリア膜の場合、ホールの周囲の面への堆積量に対して１０から１５％の量の薄膜をホールの底面に堆積させる必要があるが、高アスペクト比のホールについては、ボトムカバレッジ率（ホールの周囲の面への成膜速度に対するホール底面への堆積速度の比）を高くして成膜を行うことが困難である。ボトムカバレッジ率が低下すると、ホールの底面でのバリア膜が薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に致命的な欠陥を与える恐れがある。
【０００５】
一方、スパッタリングプロセスにおいては、下地である基板の表面に対する薄膜の密着性や電気特性等を向上させるため、成膜に先だって基板の表面をエッチングによってクリーニングすることが行われている。例えば基板の表面には自然酸化膜や表面保護膜が形成されている場合があり、このような膜の上に薄膜を作成すると、薄膜の密着性が低下したり、比抵抗等の電気特性が悪くなったりする場合がある。そこで、このような自然酸化膜等をエッチングによって除去するクリーニングが予め行われる。
【０００６】
従来のスパッタリング装置では、上記成膜前のエッチングによるクリーニング（以下、前工程エッチング）をプラズマの作用によって行っている。図４は、従来のスパッタリング装置における前工程エッチングを行うための構成について説明した正面断面概略図である。図４に示すように、従来のスパッタリング装置は、スパッタリングを行うスパッタチャンバーとは別の処理チャンバー２００と、この処理チャンバー２００内に設けられた基板ホルダー２０１と、この処理チャンバー２００内に所定のガスを導入するガス導入手段２０２と、ガス導入手段２０２により導入されたガスにエネルギーを与えて基板ホルダー２０１を臨む処理チャンバー２００内のプラズマ形成空間にプラズマＰを形成するプラズマ形成手段２０３とを備えている。
【０００７】
プラズマ形成手段２０３は、基板ホルダー２０１を介してプラズマ形成空間に高周波電界を設定するようになっており、ガス導入手段２０２により導入されたガスに高周波放電を生じさせてプラズマＰを形成するようになっている。プラズマＰが形成されると、プラズマＰと高周波との相互作用により、負の直流分の電圧である自己バイアス電圧が基板ホルダー２０１の表面に与えられ、この自己バイアス電圧により正イオンが基板９の表面に入射する。この結果、基板９の表面の自然酸化膜等がスパッタエッチングされ、クリーニングされる。
【０００８】
上記クリーニングの際、基板９の表面から削り取られたもの（以下、削除物と総称して呼ぶ）が、処理チャンバー２００内の構造物の表面（処理チャンバー２００自体の内面も含む）に付着すると、経時的に薄膜へと成長する。そして、この薄膜がある程度の厚さに達すると、自重や内部応力等によって剥離落下することがある。剥離落下する薄膜は、ある程度の大きさの微粒子となり、処理チャンバー２００内を漂う。そして、時として基板９の表面に到達してしまう。この結果、基板９の表面が汚損されてしまうことになる。特に、微粒子が絶縁物である場合には、基板９の表面に既に形成されている回路を断線させてしまったりする重大な問題を招く場合がある。
【０００９】
このような問題を未然に防止するため、削除物が処理チャンバー２００内の構造物の表面に到達するのを防止するシールド２０４が従来から設けられている。シールド２０４は、基板９から放出される削除物が処理チャンバー２００の内面等に付着するのを防止するためのものであるから、基板９の表面を覆う構成のものである。但し、上述したプラズマＰが形成される空間が得られるよう、シールド２０４は大きな内部空間を有している。即ち、図４に示すように、シールド２０４は、全体としては一端が閉じているほぼ円筒状の部材であり、他端の開口を塞ぐように基板ホルダー２０１が設けられている。
【００１０】
また、シールド２０４は、プラズマＰが不必要に拡散したり放電が不必要な場所で生じないようにする目的でも設けられている。例えばプラズマＰが処理チャンバー２００の内面付近にまで拡散したり内面付近で放電が生じたりすると、処理チャンバー２００の内面がスパッタエッチングされる恐れがある。処理チャンバー２００の内面がスパッタエッチングされると、処理チャンバー２００の内面が削られて摩耗してしまう問題がある。特に問題なのは、スパッタエッチングされて放出された処理チャンバー２００の材料が基板９の表面に到達すると、基板９の表面を汚損し、回路不良等の製品欠陥を招くことである。
【００１１】
このような問題を防止するため、シールド２０４によってプラズマＰが不必要に拡散したり放電が不必要な場所で生じないようにしている。具体的には、シールド２０４は、アルミ等の金属製であり、処理チャンバー２００に短絡されていて接地電位に維持されるようになっている。このため、シールド２０４と処理チャンバー２００とは同電位であり、その間の空間には放電が生じないようになっている。また、図４に示すように、シールド２０４はプラズマＰを形成する空間を基板ホルダー２０１とともに取り囲む形状となっている。従って、シールド２０４外へのプラズマＰの拡散が抑制されている。
【００１２】
上述したようにシールド２０４は削除物を閉じ込めるものであるから、シールド２０４の内面には当然のことながら削除物が付着し、経時的に薄膜に成長する。この薄膜が剥離落下すると、前述したように基板９を汚損する微粒子となる。そこで、シールド２０４の内面には、薄膜の剥離落下を防止する構成が採用されている。具体的には、シールド２０４の内面をブラスト処理等によって凹凸面とし、薄膜が内面に捕捉されるようにして剥離落下を防止している。薄膜の剥離落下が防止されているとはいえ、薄膜がある程度以上の厚さになると、自重等により剥離落下する恐れがある。このため、所定回数の前工程エッチングを繰り返した後、シールド２０４は処理チャンバー２００から取り出され、新品又は薄膜を除去したものと交換されるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した従来のスパッタリング装置において、前工程エッチングを行う処理チャンバー２００内に設けられたシールド２０４には、基板９の出し入れためのスペースである開口２０５が設けられている。シールド２０４は、プラズマＰの拡散を防止するためのものであるものの、この開口２０５からプラズマＰが拡散してしまう問題があった。開口２０５からプラズマＰが拡散すると、開口２０５の位置の内側付近でその分だけプラズマ密度が低下する。このため、そのプラズマ密度が低下した部分の下方に位置する基板９の表面上の箇所では、スパッタエッチングの速度が低下してしまう。つまり、処理が不均一になる問題があった。
【００１４】
開口２０５からのプラズマＰの拡散を防止するには、開口２０５を塞ぎ板によって塞ぐ構成も考えられる。しかしながら、このような構成によってもプラズマＰの拡散は完全には防止できない。開口２０５は基板９の出し入れのためのスペースであるから、ある程度の大きさが必要であり、開口２０５を設ける以上、プラズマの拡散は避けられなかった。
【００１５】
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであるが，その際に基板ホルダーをシールド開口が実質閉じられる位置まで移動させる。しかし、その際に基板ホルダーと整合器との距離が変化し、その結果インピーダンスが変化し整合状態から外れてしまうという問題があった。本願発明は、基板ホルダーが移動しても、整合状態が大きく変化することなく、インピーダンスの整合状態が維持されることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本願に係わる基板処理装置は、処理チャンバー、前記処理チャンバー内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、前記基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、前記基板ホルダーと前記高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び前記基板ホルダーと前記整合器を一体に移動させる移動機構を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願に係わる発明によれば、整合器が基板ホルダーと一体に移動するので、基板ホルダーを移動させても整合条件が大きく変化することはなく、インピーダンスマッチングが最適に維持される。このため、高周波電力の供給効率が高く維持されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。
【図２】図１に示すスパッタリング装置におけるエッチングチャンバー２Ｄの構成を説明する正面断面概略図である。
【図３】図２に示す磁石８２の効果を説明する正面概略図である。
【図４】従来のスパッタリング装置における前工程エッチングを行うための構成について説明した正面断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。図１に示すスパッタリング装置は、マルチチャンバータイプの装置であり、中央に配置されたセパレーションチャンバー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に設けられた複数の処理チャンバー２及び二つのロードロックチャンバー３とからなるチャンバー配置になっている。各チャンバー１，２，３は、専用又は兼用の排気系によって排気される真空容器である。各チャンバー１，２，３同士の接続個所には不図示のゲートバルブが設けられている。
【００２０】
セパレーションチャンバー１は、各処理チャンバー２を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚染を防止するとともに、各処理チャンバー２やロードロックチャンバー３への基板搬送の経由空間となるものである。即ち、セパレーションチャンバー１内には、搬送ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、一方のロードロックチャンバー３から基板９を一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２に送って順次処理を行うようになっている。そして、最後の処理を終了した後、他方のロードロックチャンバー３に戻すようになっている。
【００２１】
処理チャンバー２の一つは、スパッタチャンバー２Ａとして構成される。スパッタチャンバー２Ａ内には、成膜する材料よりなるターゲット、ターゲットをスパッタするための電力印加機構やガス導入手段、マグネトロンスパッタリングのための磁石機構、所定位置に基板を保持する基板ホルダー等が設けられる。また、他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２Ｂとして構成され、さらに他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリング後に基板９を冷却する冷却チャンバー２Ｃ等として構成される。さらに、他の処理チャンバー２の一つは、前工程エッチングを行うエッチングチャンバー２Ｄとして構成される。本実施形態の大きな特徴点は、このエッチングチャンバー２Ｄにある。
【００２２】
図２は、図１に示すスパッタリング装置におけるエッチングチャンバー２Ｄの構成を説明する正面断面概略図である。図２に示すように、本実施形態のスパッタリング装置は、排気系２０を備えたエッチングチャンバー２Ｄと、エッチングチャンバー２Ｄ内に設けられた基板ホルダー５と、エッチングチャンバー２Ｄ内に所定のガスを導入するガス導入手段６と、ガス導入手段６により導入されたガスにエネルギーを与えて基板ホルダー５を臨むエッチングチャンバー２Ｄ内の空間にプラズマＰを形成するプラズマ形成手段７とを備えている。
【００２３】
エッチングチャンバー２Ｄは、側壁部分にゲートバルブ２１を備えた気密な真空容器である。エッチングチャンバー２Ｄは、電気的には接地されている。排気系２０は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えてエッチングチャンバー２Ｄ内を１０−７Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。
【００２４】
基板ホルダー５は、高さの低いほぼ円柱状の外観を有する部材であり、エッチングチャンバー２Ｄ内の下側位置に配置されている。この基板ホルダー５は、基板９より大きな径の円盤状のホルダーステージ５１と、ホルダーステージ５１の上に設けられた高周波電極５２と、ホルダーステージ５１を支えるホルダー支柱５３と、高周波電極５２に高周波を導入するための高周波導入棒５４とから主に構成されている。ホルダーステージ５１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には接地されている。また、高周波電極５２は、図１に示すように断面凸状の円板状である。高周波電極５２の上面は、基板９の直径より少し小さい。この高周波電極５２は、アルミ等の金属で形成されている。また、高周波電極５２の表面には全面にわたって絶縁膜が形成されている。従って、高周波電極５２とホルダーステージ５１とは絶縁されている。
【００２５】
尚、高周波電極５２の周囲には、ホルダーシールド５５が設けられている。このホルダーシールド５５は、高周波電極５２の固定とともに高周波電極５２の周囲での不要な放電を防止するためのものである。即ち、ホルダーシールド５５は金属製であって、ホルダーステージ５１とともに接地されている。このため、高周波電極５２の周囲に放電が生じてプラズマが回り込むのが防止される。この部分にプラズマが回り込むと、高周波電極５２の周縁部分の絶縁膜がエッチングされる問題がある。エッチングされた絶縁膜の材料が基板９に付着すると、基板９の汚損の原因となる。
【００２６】
ホルダー支柱５３は、内部が空洞になっている。そして、高周波導入棒５４は、このホルダー支柱５３の内部に配置されているとともに、ホルダーステージ５１を貫通して先端が高周波電極５２に達している。高周波導入棒５４は、銅等の金属で形成された丸棒状の部材である。この高周波導入棒５４の周囲は、円筒状の絶縁管５６で覆われている。また、ホルダー支柱５３内に位置する高周波導入棒５４の部分の周囲には、アース管５７が設けられている。アース管５７は、ホルダーステージ５１の下面から下方に延びるよう設けられ、ホルダーステージ５１に短絡されている。アース管５７と高周波導入棒５４との間には絶縁管５６が介在している。また、高周波導入棒５４の先端は、高周波電極５２に対して溶接されている。従って、高周波導入棒５４と高周波電極５２とは短絡されている。高周波導入棒５４には、高周波電源７１が接続されており、高周波導入棒を介して高周波電極５２に高周波が導入されるようになっている。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、基板ホルダー５全体に高周波電圧を印加するのではなく、基板ホルダー５の一部である高周波電極５２のみに高周波導入棒５４を介して高周波電圧を印加している。このため、基板ホルダー５に設けるホルダーシールド５５の構成が簡略化できている。即ち、基板ホルダー５全体に高周波電圧が印加されると、不要な場所での放電を防止するため、基板載置面を除く基板ホルダー５のほぼ全面をホルダーシールド５５で覆う必要がある。しかしながら、本実施形態では、高周波電極５２のみに高周波電圧を印加しているため、高周波電極５２の周囲のみをホルダーシールド５５で覆えばよく、ホルダーシールド５５の構成が簡略化される。
【００２８】
尚、基板ホルダー５には、基板９を静電気によって吸着する静電吸着機構が必要に応じて設けられる。静電吸着機構は、例えば高周波電極５２として一対の電極を採用し、この一対の電極に直流電圧を与えて直流電圧を高周波に重畳させる直流電源を設けることで構成できる。
【００２９】
一方、基板ホルダー５の上方には、プラズマ形成空間を取り囲むシールド８１が設けられている。シールド８１は、図４に示す従来の装置におけるシールド２０４と同様、削除物のエッチングチャンバー２Ｄ内面等への付着防止とプラズマＰの拡散防止のためのものである。シールド８１はアルミ等の金属で形成されており、エッチングチャンバー２Ｄに短絡されている。従って、シールド８１も接地電位であり、シールド８１とエッチングチャンバー２Ｄとの間には電界は設定されない。このため、この部分での放電が抑制されてプラズマＰの拡散が防止される。本実施形態の大きな特徴点の一つは、シールド８１が一端が閉じていて他端が開口である円筒状の部材であり、他端の開口以外には開口が無い点である。
【００３０】
また一方、ガス導入手段６は、プラズマ形成手段７によってプラズマ化されるガスをエッチングチャンバー２Ｄ内に導入するものである。本実施形態では、アルゴンガスをエッチングチャンバー２Ｄ内に導入するようになっている。アルゴンガスのプラズマ中では、アルゴンのイオンが生成され、このイオンが基板９に入射することでエッチングが行われる。ガス導入手段６は、具体的には、アルゴンガスを貯めた不図示のガスボンベ、ガスボンベとエッチングチャンバー２Ｄとを繋ぐ配管に設けたバルブや流量調整器等によって構成される。
【００３１】
プラズマ形成手段７は、基板ホルダー５内の高周波導入棒５４及び高周波電極５２を経由してエッチングチャンバー２Ｄ内のガスに高周波エネルギーを与えるようになっている。具体的には、プラズマ形成手段７は、基板ホルダー５内の高周波導入棒５４に高周波電力を供給する高周波電源７１と、高周波電源７１からの高周波の供給路に設けられた整合器７２とから主に構成されている。高周波電源７１としては、本実施形態では、ＶＨＦ(Very High Frequency) 帯に属する高周波とＭＦ(Medium Frequency)帯に属する高周波とを重畳させて供給できるようになっている。具体的には、６０ＭＨｚと４００ｋＨｚとを重畳させている。整合器７２は、負荷側のインピーダンスを調整して反射波等を低減させるものである。
【００３２】
また、エッチングチャンバー２Ｄの上側には、磁石８２が設けられている。磁石８２は、基板９への前工程エッチングの分布を調整するものである。図３を使用してこの磁石８２の効果について説明する。図３は、図２に示す磁石８２の効果を説明する正面概略図である。例えば、磁石８２として、基板９より少し大きな径の円盤状の永久磁石が使用される。このような磁石８２を使用すると、図３に示すように、プラズマから基板９に向かう磁力線８３が設定される。この磁力線８３は、外側に向けて拡散していく分布を有している。従って、プラズマ中のイオンを基板９の表面の周辺部分に向けて効率よく導く作用が得られる。このため、磁石８２を配置しないと基板９の中心部分でエッチングが効率的に進み周辺部分であまり進まないエッチング分布である場合、磁石８２の作用によってこれが補正されて周辺部分のエッチングの効率が向上してエッチング分布が均一になる。
【００３３】
磁石８２の構成は、磁石８２を配置しない場合のエッチング分布がどのような形状であるかによって決まる。エッチング分布を均一化させる磁場が得られるような磁石の構成が採用される。例えば、リング状の永久磁石や電磁石等が用いられる場合もある。
【００３４】
本実施形態のスパッタリング装置のもう一つの大きな特徴点は、基板ホルダー５に移動機構５８が設けられている点である。再び図２を使用してこの点を具体的に説明する。移動機構５８は、基板ホルダー５のホルダー支柱５３を保持した保持アーム５８１と、保持アーム５８１に連結された上下駆動源５８２とから主に構成されている。図２に示すように、エッチングチャンバー２Ｄの下面には開口が形成されており、ホルダー支柱５３はこの開口に挿通されている。そして、ホルダー支柱５３の下端には、アーム取り付け板５８３が固定されている。保持アーム５８１の先端は、このアーム取り付け板５８３に固定されている。
【００３５】
上下駆動源５８２は、例えば保持アーム５８１が螺合する上下方向に長い精密ねじと、精密ねじを回転させるサーボモータ等から構成される。上下駆動源５８２が駆動すると、精密ねじが回転して保持アーム５８１が上下動する。この結果、基板ホルダー５が全体に上下動する。尚、エッチングチャンバー２Ｄの下面の開口の縁とアーム取り付け板５８３との間には、ベローズ５８４が気密に設けられている。このため、ホルダー支柱５３の上下動を許容しつつエッチングチャンバー２Ｄの下面の開口の部分の気密封止が図られている。
【００３６】
上記移動機構５８は、プラズマＰが進入しない程度の僅かな隙間を残して基板ホルダー５の基板９を保持する側の面がシールド８１の他端の開口の縁に接近した位置である閉位置と、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面がシールド８１の他端の開口の縁から所定距離離間した位置である開位置との間で、基板ホルダー５を移動させるものである。
【００３７】
即ち、移動機構５８は、基板ホルダー５を上昇させて閉位置に位置させる。この位置は図２に点線で示す位置であり、この位置では、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面とシールド８１の他端の開口の縁とは、１〜２ｍｍ程度の僅かな隙間を残して接近している。プラズマはある程度小さな空間になるとその空間には進入しない性質を有しており、この隙間を通ってのプラズマＰの拡散が防止されるようになっている。尚、隙間がどの程度小さければプラズマが拡散しないかは圧力にも依存する。本実施形態のような装置が通常使用する圧力範囲では、隙間の大きさが２ｍｍ以下であれば、問題となるプラズマＰの拡散は生じない。
【００３８】
また、隙間がゼロ即ち基板ホルダー５の基板９を保持する側の面によってシールド８１の他端の開口が閉じられるような構成であっても構わない。この場合は、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面とシールド８１の他端の開口の縁との衝突による破損を防止するため、緩衝材をどちらかに設けるとよい。緩衝材は、ステンレス等の耐プラズマ性を有する材料である必要がある。
【００３９】
また一方、移動機構５８は、基板ホルダー５を下降させて、開位置に位置させる。この位置は図２に実線で示す位置であり、この開位置では、基板ホルダー５に基板９を保持させる動作及び前記基板ホルダーから基板９を取り去る動作が可能となる。即ち、図１に示すセパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１のアームは、ゲートバルブ２１を通してエッチングチャンバー２Ｄ内に進入し、基板ホルダー５に基板９を配置したり、基板ホルダー５から基板９を取り去ったりすることができる。尚、「基板ホルダーの基板を保持する側の面」とは、基板を実際に保持している面のみを意味する表現ではなく、「基板ホルダー又は基板ホルダーに一体的に取り付けられた他の部材の表面のうち基板を保持する側に位置している表面」という意味である。
【００４０】
また、上述した整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動する構成は、高周波電極５２に印加する高周波のインピーダンスマッチングを行う上で極めて好ましい構成となっている。即ち、整合器７２が基板ホルダー５から離れた場所にあり、基板ホルダー５のみが移動する構成である場合、整合器７２と基板ホルダー５との間の高周波の線路長が基板ホルダー５の移動によって変化してしまう。このため、整合器７２の構成を最適化してインピーダンスマッチングを行っても、基板ホルダー５を移動させると整合器７２から負荷側のインピーダンスが変化するため、最適な整合条件から外れてしまうことがある。しかしながら、本実施形態では、整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動するので、このような問題がない。即ち、基板ホルダー５を移動させても整合条件が大きく変化することはなく、インピーダンスマッチングが最適に維持される。
【００４１】
次に、上記構成に係る本実施形態のスパッタリング装置の動作について説明する。まず、図１に示す一方の外部カセット４０に収容された所定数の未処理の基板９が、オートローダ４によって一方のロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１に収容される。セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１は、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ取り出し、エッチングチャンバー２Ｄに送る。尚、エッチングチャンバー２Ｄに送られる前又は後に、基板９は必要に応じてプリヒートチャンバー２Ｂに送られて予備的に加熱される。
【００４２】
エッチングチャンバー２Ｄは、排気系によってセパレーションチャンバー１と同程度まで予め排気されており、図２に示すゲートバルブ２１が開けられて基板９がエッチングチャンバー２Ｄ内に搬入される。移動機構５８は基板ホルダー５を予め前述した開位置に移動させており、搬送ロボット１１は、基板９を基板ホルダー５の上に載置する。ゲートバルブ２１を閉じた後、エッチングチャンバー２Ｄ内を１０−７Ｔｏｒｒ程度まで排気し、その後、ガス導入手段６を動作させる。ガス導入手段６は、アルゴンガスを１０〜４０ｃｃ／分程度の流量で導入する。その後、移動機構５８は基板ホルダー５を上昇させ、基板ホルダー５を前述した閉位置に位置させる。
【００４３】
次に、プラズマ形成手段７を動作させる。即ち、高周波電源７１から整合器７２を介して高周波導入棒５４に高周波電力を供給する。例えば、周波数６０ＭＨｚの高周波が１５００Ｗ程度、周波数４００ｋＨｚの高周波が３００Ｗ程度で供給される。高周波電力は、高周波電極５２に伝わり、高周波電極５２に与えられる高周波電圧によって上方のプラズマ形成空間に高周波電界が設定される。ガス導入手段６によって導入されたガスは、この高周波電界からエネルギーが与えられ、プラズマＰが形成される。そして、プラズマＰ中で生成されるイオンが基板９に入射し、基板９の表面がエッチングされる。尚、プラズマＰと高周波との相互作用により、基板９には所定の負の自己バイアス電圧が与えられる。このため、プラズマＰ中の正イオンが効率よく基板９に入射し、前工程エッチングが効率よく行われる。
【００４４】
このような前工程エッチングを所定時間行った後、プラズマ形成手段７及びガス導入手段６の動作を停止する。そして、移動機構５８は基板ホルダー５を閉位置から開位置に移動させる。その後、エッチングチャンバー２Ｄ内を再度１０−５Ｔｏｒｒ程度まで排気した後、基板９をエッチングチャンバー２Ｄから搬出する。即ち、ゲートバルブ２１が開いて、セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１が基板９を基板ホルダー５から取り去ってエッチングチャンバー２Ｄから運び出す。
【００４５】
ゲートバルブ２１が閉じた後、基板９は、図１に示すスパッタチャンバー２Ａに搬入される。スパッタチャンバー２Ａでは、マグネトロンスパッタリングによって基板９の表面に所定の薄膜が作成される。例えば、バリア膜を作成する場合、チタンよりなるターゲットを使用して最初にアルゴンガスでスパッタリングを行い、チタン薄膜を作成する。その後、ガスを窒素に代えてスパッタリングを行い、窒化チタン薄膜をチタン薄膜の上に作成する。これによって、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜を積層したバリア膜の構造が得られる。尚、チタン薄膜の作成と窒化チタン薄膜の作成とは別の処理チャンバー２で行うこともある。この方が、生産性は高くなる。
【００４６】
このようなスパッタリングを行った後、基板９は、必要に応じて冷却チャンバー２Ｃで冷却された後、一方又は他方のロードロックチャンバー３に送られ、ロック内カセット３１に収容される。上記のような処理を、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ取り出して行う。すべての基板９が処理されて一方又は他方のロック内カセット３１に収容されると、図１に示すオートローダ４が動作し、一方又は他方のロック内カセット３１の処理済みの基板９を一方又は他方の外部カセット４０に収容する。これで、装置の一連の動作が終了する。
【００４７】
上記動作に係る本実施形態のスパッタリング装置では、シールド８１が他端の開口以外に開口を有しない形状であり、この開口は、プラズマＰが拡散しない程度の小さな隙間を残して基板ホルダー５によって閉じられるので、従来のようなプラズマＰの拡散によるプラズマ密度の不均一化が生じない。このため、前工程エッチングを高い均一性で行うことができる。
【００４８】
上記動作において、ガスを導入した後に基板ホルダー５を閉位置に移動させるのは、プラズマ形成空間内へのガスのコンダクタンスを十分確保する意味で好適な構成となっている。即ち、基板ホルダー５を閉位置に移動させてからガス導入を開始すると、プラズマ形成空間へのガスの進入経路としては、基板ホルダー５とシールド８１の他端の開口の縁との間の小さな隙間しかないので、十分なコンダクタンスが得られず、プラズマ形成空間に十分にガスを導入することができない。しかしながら、ガスを導入した後に基板ホルダー５を閉位置に移動させると、このような問題がない。同様に、処理後にエッチングチャンバー２Ｄ内を排気する場合も、排気のコンダクタンスを充分確保する意味から、基板ホルダー５を開位置に移動させてから排気するようにしている。また、前工程エッチングをエッチングチャンバー２Ｄで行った後、真空中で基板９を搬送してスパッタチャンバー２Ａで成膜を行うので、クリーニングされた基板９の表面が大気で汚損されることがなく、清浄な表面に成膜が行える。この点でも、本実施形態の装置は、良質な薄膜の作成ができるようになっている。
【００４９】
次に、基板処理装置の発明について補足的に説明する。整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動する構成は、上述した通り、基板ホルダー５が移動しても整合器７２から負荷側のインピーダンスが大きく変化しないという点で極めて好適な構成となっている。このような構成は、上述したスパッタリング装置に限らず、基板ホルダー５に高周波を印加するすべての基板処理装置に該当する。例えば、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）装置等の多くのプラズマを利用した基板処理装置では、プラズマと高周波との相互作用によって基板９に負の自己バイアス電圧を与えるため、基板ホルダー５に高周波電圧を印加している。この場合でも、基板ホルダー５のみを移動させると、整合器７２から見た負荷側のインピーダンスが変化してしまい、最適なインピーダンスマッチングが得られてない恐れがある。従って、このような基板ホルダー５に高周波電圧を印加するすべての基板処理装置に上記移動機構５８の構成は有効である。
【００５０】
尚、上記実施形態のスパッタリング装置は、スパッタリングチャンバー２Ａとは別のエッチングチャンバー２Ｄにおいて前工程エッチングを行うよう構成されたが、スパッタリングチャンバー２Ａ内で前工程エッチングを行うよう構成することも可能である。この場合は、スパッタリングのためのターゲット等を備えたスパッタリングチャンバー２Ａ内に前述した構成の基板ホルダー５、移動機構５８及びプラズマ形成手段７等を設ければよい。
【００５１】
また、前述した装置の動作の説明では、バリア膜の作成を例に採り上げたが、配線用のアルミニウム合金膜や銅膜等の作成についても同様に実施できることはいうまでもない。さらに、成膜の対象物である基板９としては、各種半導体デバイスを作成するための半導体ウェーハの他、液晶ディスプレイやその他の各種電子製品の製作に利用される各種基板を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
２Ｄ エッチングチャンバー
２０ 排気系
２１ ゲートバルブ
５ 基板ホルダー
５１ ホルダーステージ
５２ 高周波電極
５３ ホルダー支柱
５４ 高周波導入棒
５５ ホルダーシールド
５８ 移動機構
５８１ 保持アーム
５８２ 上下駆動機構
５８４ ベローズ
６ ガス導入手段
７ プラズマ形成手段
７１ 高周波電源
７２ 整合器
８１ シールド
８２ 磁石
９ 基板
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、高周波を利用して基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種メモリやロジック等の半導体デバイスでは、各種配線膜の作成や異種層の相互拡散を防止するバリア膜の作成等の際にスパッタリングプロセスを用いており、スパッタリング装置が多用されている。このようなスパッタリング装置に要求される特性は色々あるが、基板に形成されたホールの内面にカバレッジ性よく被覆できることが、最近強く求められている。
【０００３】
具体的に説明すると、例えばＤＲＡＭ等で多用されているＦＥＴ（電界効果トランジスタ）では、拡散層の上に設けたコンタクトホールの内面にバリア膜を設けてコンタクト配線層と拡散層とのクロスコンタミネーションを防止する構造が採用される。また、各モメリセルの配線を行う多層配線構造では、下層配線と上層配線とをつなぐため、層間絶縁膜にスルーホールを設けこのスルーホール内を層間配線で埋め込むことが行われるが、この際にも、スルーホール内にバリア膜を作成して、クロスコンタミネーションを防止した構造が採られる。
【０００４】
このようなホールは、集積度の増加を背景として、そのアスペクト比（ホールの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比）が年々高くなってきている。例えば、６４メガビットＤＲＡＭでは、アスペクト比は４程度であるが、２５６メガビットでは、アスペクト比は５〜６程度になる。バリア膜の場合、ホールの周囲の面への堆積量に対して１０から１５％の量の薄膜をホールの底面に堆積させる必要があるが、高アスペクト比のホールについては、ボトムカバレッジ率（ホールの周囲の面への成膜速度に対するホール底面への堆積速度の比）を高くして成膜を行うことが困難である。ボトムカバレッジ率が低下すると、ホールの底面でのバリア膜が薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に致命的な欠陥を与える恐れがある。
【０００５】
一方、スパッタリングプロセスにおいては、下地である基板の表面に対する薄膜の密着性や電気特性等を向上させるため、成膜に先だって基板の表面をエッチングによってクリーニングすることが行われている。例えば基板の表面には自然酸化膜や表面保護膜が形成されている場合があり、このような膜の上に薄膜を作成すると、薄膜の密着性が低下したり、比抵抗等の電気特性が悪くなったりする場合がある。そこで、このような自然酸化膜等をエッチングによって除去するクリーニングが予め行われる。
【０００６】
従来のスパッタリング装置では、上記成膜前のエッチングによるクリーニング（以下、前工程エッチング）をプラズマの作用によって行っている。図４は、従来のスパッタリング装置における前工程エッチングを行うための構成について説明した正面断面概略図である。図４に示すように、従来のスパッタリング装置は、スパッタリングを行うスパッタチャンバーとは別の処理チャンバー２００と、この処理チャンバー２００内に設けられた基板ホルダー２０１と、この処理チャンバー２００内に所定のガスを導入するガス導入手段２０２と、ガス導入手段２０２により導入されたガスにエネルギーを与えて基板ホルダー２０１を臨む処理チャンバー２００内のプラズマ形成空間にプラズマＰを形成するプラズマ形成手段２０３とを備えている。
【０００７】
プラズマ形成手段２０３は、基板ホルダー２０１を介してプラズマ形成空間に高周波電界を設定するようになっており、ガス導入手段２０２により導入されたガスに高周波放電を生じさせてプラズマＰを形成するようになっている。プラズマＰが形成されると、プラズマＰと高周波との相互作用により、負の直流分の電圧である自己バイアス電圧が基板ホルダー２０１の表面に与えられ、この自己バイアス電圧により正イオンが基板９の表面に入射する。この結果、基板９の表面の自然酸化膜等がスパッタエッチングされ、クリーニングされる。
【０００８】
上記クリーニングの際、基板９の表面から削り取られたもの（以下、削除物と総称して呼ぶ）が、処理チャンバー２００内の構造物の表面（処理チャンバー２００自体の内面も含む）に付着すると、経時的に薄膜へと成長する。そして、この薄膜がある程度の厚さに達すると、自重や内部応力等によって剥離落下することがある。剥離落下する薄膜は、ある程度の大きさの微粒子となり、処理チャンバー２００内を漂う。そして、時として基板９の表面に到達してしまう。この結果、基板９の表面が汚損されてしまうことになる。特に、微粒子が絶縁物である場合には、基板９の表面に既に形成されている回路を断線させてしまったりする重大な問題を招く場合がある。
【０００９】
このような問題を未然に防止するため、削除物が処理チャンバー２００内の構造物の表面に到達するのを防止するシールド２０４が従来から設けられている。シールド２０４は、基板９から放出される削除物が処理チャンバー２００の内面等に付着するのを防止するためのものであるから、基板９の表面を覆う構成のものである。但し、上述したプラズマＰが形成される空間が得られるよう、シールド２０４は大きな内部空間を有している。即ち、図４に示すように、シールド２０４は、全体としては一端が閉じているほぼ円筒状の部材であり、他端の開口を塞ぐように基板ホルダー２０１が設けられている。
【００１０】
また、シールド２０４は、プラズマＰが不必要に拡散したり放電が不必要な場所で生じないようにする目的でも設けられている。例えばプラズマＰが処理チャンバー２００の内面付近にまで拡散したり内面付近で放電が生じたりすると、処理チャンバー２００の内面がスパッタエッチングされる恐れがある。処理チャンバー２００の内面がスパッタエッチングされると、処理チャンバー２００の内面が削られて摩耗してしまう問題がある。特に問題なのは、スパッタエッチングされて放出された処理チャンバー２００の材料が基板９の表面に到達すると、基板９の表面を汚損し、回路不良等の製品欠陥を招くことである。
【００１１】
このような問題を防止するため、シールド２０４によってプラズマＰが不必要に拡散したり放電が不必要な場所で生じないようにしている。具体的には、シールド２０４は、アルミ等の金属製であり、処理チャンバー２００に短絡されていて接地電位に維持されるようになっている。このため、シールド２０４と処理チャンバー２００とは同電位であり、その間の空間には放電が生じないようになっている。また、図４に示すように、シールド２０４はプラズマＰを形成する空間を基板ホルダー２０１とともに取り囲む形状となっている。従って、シールド２０４外へのプラズマＰの拡散が抑制されている。
【００１２】
上述したようにシールド２０４は削除物を閉じ込めるものであるから、シールド２０４の内面には当然のことながら削除物が付着し、経時的に薄膜に成長する。この薄膜が剥離落下すると、前述したように基板９を汚損する微粒子となる。そこで、シールド２０４の内面には、薄膜の剥離落下を防止する構成が採用されている。具体的には、シールド２０４の内面をブラスト処理等によって凹凸面とし、薄膜が内面に捕捉されるようにして剥離落下を防止している。薄膜の剥離落下が防止されているとはいえ、薄膜がある程度以上の厚さになると、自重等により剥離落下する恐れがある。このため、所定回数の前工程エッチングを繰り返した後、シールド２０４は処理チャンバー２００から取り出され、新品又は薄膜を除去したものと交換されるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した従来のスパッタリング装置において、前工程エッチングを行う処理チャンバー２００内に設けられたシールド２０４には、基板９の出し入れためのスペースである開口２０５が設けられている。シールド２０４は、プラズマＰの拡散を防止するためのものであるものの、この開口２０５からプラズマＰが拡散してしまう問題があった。開口２０５からプラズマＰが拡散すると、開口２０５の位置の内側付近でその分だけプラズマ密度が低下する。このため、そのプラズマ密度が低下した部分の下方に位置する基板９の表面上の箇所では、スパッタエッチングの速度が低下してしまう。つまり、処理が不均一になる問題があった。
【００１４】
開口２０５からのプラズマＰの拡散を防止するには、開口２０５を塞ぎ板によって塞ぐ構成も考えられる。しかしながら、このような構成によってもプラズマＰの拡散は完全には防止できない。開口２０５は基板９の出し入れのためのスペースであるから、ある程度の大きさが必要であり、開口２０５を設ける以上、プラズマの拡散は避けられなかった。
【００１５】
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであるが，その際に基板ホルダーをシールド開口が実質閉じられる位置まで移動させる。しかし、その際に基板ホルダーと整合器との距離が変化し、その結果インピーダンスが変化し整合状態から外れてしまうという問題があった。本願発明は、基板ホルダーが移動しても、整合状態が大きく変化することなく、インピーダンスの整合状態が維持されることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本願に係わる基板処理装置は、処理チャンバー、前記処理チャンバー内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、前記基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、前記基板ホルダーと前記高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び前記基板ホルダーと前記整合器を一体に移動させる移動機構を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願に係わる発明によれば、整合器が基板ホルダーと一体に移動するので、基板ホルダーを移動させても整合条件が大きく変化することはなく、インピーダンスマッチングが最適に維持される。このため、高周波電力の供給効率が高く維持されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。
【図２】図１に示すスパッタリング装置におけるエッチングチャンバー２Ｄの構成を説明する正面断面概略図である。
【図３】図２に示す磁石８２の効果を説明する正面概略図である。
【図４】従来のスパッタリング装置における前工程エッチングを行うための構成について説明した正面断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。図１に示すスパッタリング装置は、マルチチャンバータイプの装置であり、中央に配置されたセパレーションチャンバー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に設けられた複数の処理チャンバー２及び二つのロードロックチャンバー３とからなるチャンバー配置になっている。各チャンバー１，２，３は、専用又は兼用の排気系によって排気される真空容器である。各チャンバー１，２，３同士の接続個所には不図示のゲートバルブが設けられている。
【００２０】
セパレーションチャンバー１は、各処理チャンバー２を相互に気密に分離して内部雰囲気の相互汚染を防止するとともに、各処理チャンバー２やロードロックチャンバー３への基板搬送の経由空間となるものである。即ち、セパレーションチャンバー１内には、搬送ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、一方のロードロックチャンバー３から基板９を一枚ずつ取り出し、各処理チャンバー２に送って順次処理を行うようになっている。そして、最後の処理を終了した後、他方のロードロックチャンバー３に戻すようになっている。
【００２１】
処理チャンバー２の一つは、スパッタチャンバー２Ａとして構成される。スパッタチャンバー２Ａ内には、成膜する材料よりなるターゲット、ターゲットをスパッタするための電力印加機構やガス導入手段、マグネトロンスパッタリングのための磁石機構、所定位置に基板を保持する基板ホルダー等が設けられる。また、他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２Ｂとして構成され、さらに他の処理チャンバー２の一つは、スパッタリング後に基板９を冷却する冷却チャンバー２Ｃ等として構成される。さらに、他の処理チャンバー２の一つは、前工程エッチングを行うエッチングチャンバー２Ｄとして構成される。本実施形態の大きな特徴点は、このエッチングチャンバー２Ｄにある。
【００２２】
図２は、図１に示すスパッタリング装置におけるエッチングチャンバー２Ｄの構成を説明する正面断面概略図である。図２に示すように、本実施形態のスパッタリング装置は、排気系２０を備えたエッチングチャンバー２Ｄと、エッチングチャンバー２Ｄ内に設けられた基板ホルダー５と、エッチングチャンバー２Ｄ内に所定のガスを導入するガス導入手段６と、ガス導入手段６により導入されたガスにエネルギーを与えて基板ホルダー５を臨むエッチングチャンバー２Ｄ内の空間にプラズマＰを形成するプラズマ形成手段７とを備えている。
【００２３】
エッチングチャンバー２Ｄは、側壁部分にゲートバルブ２１を備えた気密な真空容器である。エッチングチャンバー２Ｄは、電気的には接地されている。排気系２０は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えてエッチングチャンバー２Ｄ内を１０−７Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。
【００２４】
基板ホルダー５は、高さの低いほぼ円柱状の外観を有する部材であり、エッチングチャンバー２Ｄ内の下側位置に配置されている。この基板ホルダー５は、基板９より大きな径の円盤状のホルダーステージ５１と、ホルダーステージ５１の上に設けられた高周波電極５２と、ホルダーステージ５１を支えるホルダー支柱５３と、高周波電極５２に高周波を導入するための高周波導入棒５４とから主に構成されている。ホルダーステージ５１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には接地されている。また、高周波電極５２は、図１に示すように断面凸状の円板状である。高周波電極５２の上面は、基板９の直径より少し小さい。この高周波電極５２は、アルミ等の金属で形成されている。また、高周波電極５２の表面には全面にわたって絶縁膜が形成されている。従って、高周波電極５２とホルダーステージ５１とは絶縁されている。
【００２５】
尚、高周波電極５２の周囲には、ホルダーシールド５５が設けられている。このホルダーシールド５５は、高周波電極５２の固定とともに高周波電極５２の周囲での不要な放電を防止するためのものである。即ち、ホルダーシールド５５は金属製であって、ホルダーステージ５１とともに接地されている。このため、高周波電極５２の周囲に放電が生じてプラズマが回り込むのが防止される。この部分にプラズマが回り込むと、高周波電極５２の周縁部分の絶縁膜がエッチングされる問題がある。エッチングされた絶縁膜の材料が基板９に付着すると、基板９の汚損の原因となる。
【００２６】
ホルダー支柱５３は、内部が空洞になっている。そして、高周波導入棒５４は、このホルダー支柱５３の内部に配置されているとともに、ホルダーステージ５１を貫通して先端が高周波電極５２に達している。高周波導入棒５４は、銅等の金属で形成された丸棒状の部材である。この高周波導入棒５４の周囲は、円筒状の絶縁管５６で覆われている。また、ホルダー支柱５３内に位置する高周波導入棒５４の部分の周囲には、アース管５７が設けられている。アース管５７は、ホルダーステージ５１の下面から下方に延びるよう設けられ、ホルダーステージ５１に短絡されている。アース管５７と高周波導入棒５４との間には絶縁管５６が介在している。また、高周波導入棒５４の先端は、高周波電極５２に対して溶接されている。従って、高周波導入棒５４と高周波電極５２とは短絡されている。高周波導入棒５４には、高周波電源７１が接続されており、高周波導入棒を介して高周波電極５２に高周波が導入されるようになっている。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、基板ホルダー５全体に高周波電圧を印加するのではなく、基板ホルダー５の一部である高周波電極５２のみに高周波導入棒５４を介して高周波電圧を印加している。このため、基板ホルダー５に設けるホルダーシールド５５の構成が簡略化できている。即ち、基板ホルダー５全体に高周波電圧が印加されると、不要な場所での放電を防止するため、基板載置面を除く基板ホルダー５のほぼ全面をホルダーシールド５５で覆う必要がある。しかしながら、本実施形態では、高周波電極５２のみに高周波電圧を印加しているため、高周波電極５２の周囲のみをホルダーシールド５５で覆えばよく、ホルダーシールド５５の構成が簡略化される。
【００２８】
尚、基板ホルダー５には、基板９を静電気によって吸着する静電吸着機構が必要に応じて設けられる。静電吸着機構は、例えば高周波電極５２として一対の電極を採用し、この一対の電極に直流電圧を与えて直流電圧を高周波に重畳させる直流電源を設けることで構成できる。
【００２９】
一方、基板ホルダー５の上方には、プラズマ形成空間を取り囲むシールド８１が設けられている。シールド８１は、図４に示す従来の装置におけるシールド２０４と同様、削除物のエッチングチャンバー２Ｄ内面等への付着防止とプラズマＰの拡散防止のためのものである。シールド８１はアルミ等の金属で形成されており、エッチングチャンバー２Ｄに短絡されている。従って、シールド８１も接地電位であり、シールド８１とエッチングチャンバー２Ｄとの間には電界は設定されない。このため、この部分での放電が抑制されてプラズマＰの拡散が防止される。本実施形態の大きな特徴点の一つは、シールド８１が一端が閉じていて他端が開口である円筒状の部材であり、他端の開口以外には開口が無い点である。
【００３０】
また一方、ガス導入手段６は、プラズマ形成手段７によってプラズマ化されるガスをエッチングチャンバー２Ｄ内に導入するものである。本実施形態では、アルゴンガスをエッチングチャンバー２Ｄ内に導入するようになっている。アルゴンガスのプラズマ中では、アルゴンのイオンが生成され、このイオンが基板９に入射することでエッチングが行われる。ガス導入手段６は、具体的には、アルゴンガスを貯めた不図示のガスボンベ、ガスボンベとエッチングチャンバー２Ｄとを繋ぐ配管に設けたバルブや流量調整器等によって構成される。
【００３１】
プラズマ形成手段７は、基板ホルダー５内の高周波導入棒５４及び高周波電極５２を経由してエッチングチャンバー２Ｄ内のガスに高周波エネルギーを与えるようになっている。具体的には、プラズマ形成手段７は、基板ホルダー５内の高周波導入棒５４に高周波電力を供給する高周波電源７１と、高周波電源７１からの高周波の供給路に設けられた整合器７２とから主に構成されている。高周波電源７１としては、本実施形態では、ＶＨＦ(Very High Frequency) 帯に属する高周波とＭＦ(Medium Frequency)帯に属する高周波とを重畳させて供給できるようになっている。具体的には、６０ＭＨｚと４００ｋＨｚとを重畳させている。整合器７２は、負荷側のインピーダンスを調整して反射波等を低減させるものである。
【００３２】
また、エッチングチャンバー２Ｄの上側には、磁石８２が設けられている。磁石８２は、基板９への前工程エッチングの分布を調整するものである。図３を使用してこの磁石８２の効果について説明する。図３は、図２に示す磁石８２の効果を説明する正面概略図である。例えば、磁石８２として、基板９より少し大きな径の円盤状の永久磁石が使用される。このような磁石８２を使用すると、図３に示すように、プラズマから基板９に向かう磁力線８３が設定される。この磁力線８３は、外側に向けて拡散していく分布を有している。従って、プラズマ中のイオンを基板９の表面の周辺部分に向けて効率よく導く作用が得られる。このため、磁石８２を配置しないと基板９の中心部分でエッチングが効率的に進み周辺部分であまり進まないエッチング分布である場合、磁石８２の作用によってこれが補正されて周辺部分のエッチングの効率が向上してエッチング分布が均一になる。
【００３３】
磁石８２の構成は、磁石８２を配置しない場合のエッチング分布がどのような形状であるかによって決まる。エッチング分布を均一化させる磁場が得られるような磁石の構成が採用される。例えば、リング状の永久磁石や電磁石等が用いられる場合もある。
【００３４】
本実施形態のスパッタリング装置のもう一つの大きな特徴点は、基板ホルダー５に移動機構５８が設けられている点である。再び図２を使用してこの点を具体的に説明する。移動機構５８は、基板ホルダー５のホルダー支柱５３を保持した保持アーム５８１と、保持アーム５８１に連結された上下駆動源５８２とから主に構成されている。図２に示すように、エッチングチャンバー２Ｄの下面には開口が形成されており、ホルダー支柱５３はこの開口に挿通されている。そして、ホルダー支柱５３の下端には、アーム取り付け板５８３が固定されている。保持アーム５８１の先端は、このアーム取り付け板５８３に固定されている。
【００３５】
上下駆動源５８２は、例えば保持アーム５８１が螺合する上下方向に長い精密ねじと、精密ねじを回転させるサーボモータ等から構成される。上下駆動源５８２が駆動すると、精密ねじが回転して保持アーム５８１が上下動する。この結果、基板ホルダー５が全体に上下動する。尚、エッチングチャンバー２Ｄの下面の開口の縁とアーム取り付け板５８３との間には、ベローズ５８４が気密に設けられている。このため、ホルダー支柱５３の上下動を許容しつつエッチングチャンバー２Ｄの下面の開口の部分の気密封止が図られている。
【００３６】
上記移動機構５８は、プラズマＰが進入しない程度の僅かな隙間を残して基板ホルダー５の基板９を保持する側の面がシールド８１の他端の開口の縁に接近した位置である閉位置と、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面がシールド８１の他端の開口の縁から所定距離離間した位置である開位置との間で、基板ホルダー５を移動させるものである。
【００３７】
即ち、移動機構５８は、基板ホルダー５を上昇させて閉位置に位置させる。この位置は図２に点線で示す位置であり、この位置では、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面とシールド８１の他端の開口の縁とは、１〜２ｍｍ程度の僅かな隙間を残して接近している。プラズマはある程度小さな空間になるとその空間には進入しない性質を有しており、この隙間を通ってのプラズマＰの拡散が防止されるようになっている。尚、隙間がどの程度小さければプラズマが拡散しないかは圧力にも依存する。本実施形態のような装置が通常使用する圧力範囲では、隙間の大きさが２ｍｍ以下であれば、問題となるプラズマＰの拡散は生じない。
【００３８】
また、隙間がゼロ即ち基板ホルダー５の基板９を保持する側の面によってシールド８１の他端の開口が閉じられるような構成であっても構わない。この場合は、基板ホルダー５の基板９を保持する側の面とシールド８１の他端の開口の縁との衝突による破損を防止するため、緩衝材をどちらかに設けるとよい。緩衝材は、ステンレス等の耐プラズマ性を有する材料である必要がある。
【００３９】
また一方、移動機構５８は、基板ホルダー５を下降させて、開位置に位置させる。この位置は図２に実線で示す位置であり、この開位置では、基板ホルダー５に基板９を保持させる動作及び前記基板ホルダーから基板９を取り去る動作が可能となる。即ち、図１に示すセパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１のアームは、ゲートバルブ２１を通してエッチングチャンバー２Ｄ内に進入し、基板ホルダー５に基板９を配置したり、基板ホルダー５から基板９を取り去ったりすることができる。尚、「基板ホルダーの基板を保持する側の面」とは、基板を実際に保持している面のみを意味する表現ではなく、「基板ホルダー又は基板ホルダーに一体的に取り付けられた他の部材の表面のうち基板を保持する側に位置している表面」という意味である。
【００４０】
また、上述した整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動する構成は、高周波電極５２に印加する高周波のインピーダンスマッチングを行う上で極めて好ましい構成となっている。即ち、整合器７２が基板ホルダー５から離れた場所にあり、基板ホルダー５のみが移動する構成である場合、整合器７２と基板ホルダー５との間の高周波の線路長が基板ホルダー５の移動によって変化してしまう。このため、整合器７２の構成を最適化してインピーダンスマッチングを行っても、基板ホルダー５を移動させると整合器７２から負荷側のインピーダンスが変化するため、最適な整合条件から外れてしまうことがある。しかしながら、本実施形態では、整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動するので、このような問題がない。即ち、基板ホルダー５を移動させても整合条件が大きく変化することはなく、インピーダンスマッチングが最適に維持される。
【００４１】
次に、上記構成に係る本実施形態のスパッタリング装置の動作について説明する。まず、図１に示す一方の外部カセット４０に収容された所定数の未処理の基板９が、オートローダ４によって一方のロードロックチャンバー３内のロック内カセット３１に収容される。セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１は、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ取り出し、エッチングチャンバー２Ｄに送る。尚、エッチングチャンバー２Ｄに送られる前又は後に、基板９は必要に応じてプリヒートチャンバー２Ｂに送られて予備的に加熱される。
【００４２】
エッチングチャンバー２Ｄは、排気系によってセパレーションチャンバー１と同程度まで予め排気されており、図２に示すゲートバルブ２１が開けられて基板９がエッチングチャンバー２Ｄ内に搬入される。移動機構５８は基板ホルダー５を予め前述した開位置に移動させており、搬送ロボット１１は、基板９を基板ホルダー５の上に載置する。ゲートバルブ２１を閉じた後、エッチングチャンバー２Ｄ内を１０−７Ｔｏｒｒ程度まで排気し、その後、ガス導入手段６を動作させる。ガス導入手段６は、アルゴンガスを１０〜４０ｃｃ／分程度の流量で導入する。その後、移動機構５８は基板ホルダー５を上昇させ、基板ホルダー５を前述した閉位置に位置させる。
【００４３】
次に、プラズマ形成手段７を動作させる。即ち、高周波電源７１から整合器７２を介して高周波導入棒５４に高周波電力を供給する。例えば、周波数６０ＭＨｚの高周波が１５００Ｗ程度、周波数４００ｋＨｚの高周波が３００Ｗ程度で供給される。高周波電力は、高周波電極５２に伝わり、高周波電極５２に与えられる高周波電圧によって上方のプラズマ形成空間に高周波電界が設定される。ガス導入手段６によって導入されたガスは、この高周波電界からエネルギーが与えられ、プラズマＰが形成される。そして、プラズマＰ中で生成されるイオンが基板９に入射し、基板９の表面がエッチングされる。尚、プラズマＰと高周波との相互作用により、基板９には所定の負の自己バイアス電圧が与えられる。このため、プラズマＰ中の正イオンが効率よく基板９に入射し、前工程エッチングが効率よく行われる。
【００４４】
このような前工程エッチングを所定時間行った後、プラズマ形成手段７及びガス導入手段６の動作を停止する。そして、移動機構５８は基板ホルダー５を閉位置から開位置に移動させる。その後、エッチングチャンバー２Ｄ内を再度１０−５Ｔｏｒｒ程度まで排気した後、基板９をエッチングチャンバー２Ｄから搬出する。即ち、ゲートバルブ２１が開いて、セパレーションチャンバー１内の搬送ロボット１１が基板９を基板ホルダー５から取り去ってエッチングチャンバー２Ｄから運び出す。
【００４５】
ゲートバルブ２１が閉じた後、基板９は、図１に示すスパッタチャンバー２Ａに搬入される。スパッタチャンバー２Ａでは、マグネトロンスパッタリングによって基板９の表面に所定の薄膜が作成される。例えば、バリア膜を作成する場合、チタンよりなるターゲットを使用して最初にアルゴンガスでスパッタリングを行い、チタン薄膜を作成する。その後、ガスを窒素に代えてスパッタリングを行い、窒化チタン薄膜をチタン薄膜の上に作成する。これによって、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜を積層したバリア膜の構造が得られる。尚、チタン薄膜の作成と窒化チタン薄膜の作成とは別の処理チャンバー２で行うこともある。この方が、生産性は高くなる。
【００４６】
このようなスパッタリングを行った後、基板９は、必要に応じて冷却チャンバー２Ｃで冷却された後、一方又は他方のロードロックチャンバー３に送られ、ロック内カセット３１に収容される。上記のような処理を、ロック内カセット３１から基板９を一枚ずつ取り出して行う。すべての基板９が処理されて一方又は他方のロック内カセット３１に収容されると、図１に示すオートローダ４が動作し、一方又は他方のロック内カセット３１の処理済みの基板９を一方又は他方の外部カセット４０に収容する。これで、装置の一連の動作が終了する。
【００４７】
上記動作に係る本実施形態のスパッタリング装置では、シールド８１が他端の開口以外に開口を有しない形状であり、この開口は、プラズマＰが拡散しない程度の小さな隙間を残して基板ホルダー５によって閉じられるので、従来のようなプラズマＰの拡散によるプラズマ密度の不均一化が生じない。このため、前工程エッチングを高い均一性で行うことができる。
【００４８】
上記動作において、ガスを導入した後に基板ホルダー５を閉位置に移動させるのは、プラズマ形成空間内へのガスのコンダクタンスを十分確保する意味で好適な構成となっている。即ち、基板ホルダー５を閉位置に移動させてからガス導入を開始すると、プラズマ形成空間へのガスの進入経路としては、基板ホルダー５とシールド８１の他端の開口の縁との間の小さな隙間しかないので、十分なコンダクタンスが得られず、プラズマ形成空間に十分にガスを導入することができない。しかしながら、ガスを導入した後に基板ホルダー５を閉位置に移動させると、このような問題がない。同様に、処理後にエッチングチャンバー２Ｄ内を排気する場合も、排気のコンダクタンスを充分確保する意味から、基板ホルダー５を開位置に移動させてから排気するようにしている。また、前工程エッチングをエッチングチャンバー２Ｄで行った後、真空中で基板９を搬送してスパッタチャンバー２Ａで成膜を行うので、クリーニングされた基板９の表面が大気で汚損されることがなく、清浄な表面に成膜が行える。この点でも、本実施形態の装置は、良質な薄膜の作成ができるようになっている。
【００４９】
次に、基板処理装置の発明について補足的に説明する。整合器７２が基板ホルダー５と一体に移動する構成は、上述した通り、基板ホルダー５が移動しても整合器７２から負荷側のインピーダンスが大きく変化しないという点で極めて好適な構成となっている。このような構成は、上述したスパッタリング装置に限らず、基板ホルダー５に高周波を印加するすべての基板処理装置に該当する。例えば、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）装置等の多くのプラズマを利用した基板処理装置では、プラズマと高周波との相互作用によって基板９に負の自己バイアス電圧を与えるため、基板ホルダー５に高周波電圧を印加している。この場合でも、基板ホルダー５のみを移動させると、整合器７２から見た負荷側のインピーダンスが変化してしまい、最適なインピーダンスマッチングが得られてない恐れがある。従って、このような基板ホルダー５に高周波電圧を印加するすべての基板処理装置に上記移動機構５８の構成は有効である。
【００５０】
尚、上記実施形態のスパッタリング装置は、スパッタリングチャンバー２Ａとは別のエッチングチャンバー２Ｄにおいて前工程エッチングを行うよう構成されたが、スパッタリングチャンバー２Ａ内で前工程エッチングを行うよう構成することも可能である。この場合は、スパッタリングのためのターゲット等を備えたスパッタリングチャンバー２Ａ内に前述した構成の基板ホルダー５、移動機構５８及びプラズマ形成手段７等を設ければよい。
【００５１】
また、前述した装置の動作の説明では、バリア膜の作成を例に採り上げたが、配線用のアルミニウム合金膜や銅膜等の作成についても同様に実施できることはいうまでもない。さらに、成膜の対象物である基板９としては、各種半導体デバイスを作成するための半導体ウェーハの他、液晶ディスプレイやその他の各種電子製品の製作に利用される各種基板を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
２Ｄ エッチングチャンバー
２０ 排気系
２１ ゲートバルブ
５ 基板ホルダー
５１ ホルダーステージ
５２ 高周波電極
５３ ホルダー支柱
５４ 高周波導入棒
５５ ホルダーシールド
５８ 移動機構
５８１ 保持アーム
５８２ 上下駆動機構
５８４ ベローズ
６ ガス導入手段
７ プラズマ形成手段
７１ 高周波電源
７２ 整合器
８１ シールド
８２ 磁石
９ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバー、
前記処理チャンバー内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、
前記基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、
前記基板ホルダーと前記高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び
前記基板ホルダーと前記整合器を一体に移動させる移動機構を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
更に、一端が閉じていて他端が開口であり、前記他端の開口が前記基板ホルダーに対向配置されており且つ前記他端の開口以外に開口を有しない中空体であるシールドを有し、
前記移動機構は、前記基板ホルダーの前記基板を保持する側の面によって前記シールドの前記他端の開口が閉じられる位置又はプラズマが侵入しない程度の隙間を残して前記基板ホルダーの前記基板を保持する側の面が前記シールドの前記他端の開口の縁に接近した閉位置と、前記基板ホルダーに前記基板を保持させる動作及び前記基板ホルダーから前記基板を取り去る動作が可能となるように前記基板ホルダーの前記基板を保持する側の面がシールドの前記他端の開口の縁から所定距離離間した位置である開位置との間で、前記基板を移動させるものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
前記基板を搬送する搬送路から前記シールドの前記他端までの距離が、前記搬送路から前記基板を出し入れするためにチャンバー壁に設けられた開口の前記搬送路からの該開口の周囲までの距離のうち前記シールドの前記他端側の距離以上であることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記中空体は、筒状の部材であることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板処理装置。
【請求項１】
処理チャンバー、
前記処理チャンバー内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、
前記基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、
前記基板ホルダーと前記高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び
前記基板ホルダーと前記整合器を一体に移動させる移動機構を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
更に、一端が閉じていて他端が開口であり、前記他端の開口が前記基板ホルダーに対向配置されており且つ前記他端の開口以外に開口を有しない中空体であるシールドを有し、
前記移動機構は、前記基板ホルダーの前記基板を保持する側の面によって前記シールドの前記他端の開口が閉じられる位置又はプラズマが侵入しない程度の隙間を残して前記基板ホルダーの前記基板を保持する側の面が前記シールドの前記他端の開口の縁に接近した閉位置と、前記基板ホルダーに前記基板を保持させる動作及び前記基板ホルダーから前記基板を取り去る動作が可能となるように前記基板ホルダーの前記基板を保持する側の面がシールドの前記他端の開口の縁から所定距離離間した位置である開位置との間で、前記基板を移動させるものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
前記基板を搬送する搬送路から前記シールドの前記他端までの距離が、前記搬送路から前記基板を出し入れするためにチャンバー壁に設けられた開口の前記搬送路からの該開口の周囲までの距離のうち前記シールドの前記他端側の距離以上であることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記中空体は、筒状の部材であることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２４６３９２（Ｐ２００９−２４６３９２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３９５５（Ｐ２００９−１７３９５５）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【分割の表示】特願平１１−２３５５７の分割
【原出願日】平成１１年２月１日（１９９９．２．１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【分割の表示】特願平１１−２３５５７の分割
【原出願日】平成１１年２月１日（１９９９．２．１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]