(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
基板をチャンバ内に搬入し、前記チャンバ内でプラズマスパッタリングにより前記基板上に貴金属からなる膜を成膜した後、前記基板を前記チャンバ内から搬出する工程を、複数の基板について連続して行う貴金属膜の連続成膜方法であって、
前記貴金属からなる膜を成膜した任意の基板を前記チャンバ内から搬出し、次に成膜する基板を前記チャンバ内に搬入するまでの期間において、
前記チャンバの内壁表面に、前記貴金属よりも二次電子放出係数が高い材料からなる二次電子放出被膜を形成することを特徴とする貴金属膜の連続成膜方法。
前記チャンバ内に反応性ガスを導入し、前記チャンバの内壁表面に付着した前記貴金属を、プラズマを用いて前記反応性ガスと化学反応させることで、前記二次電子放出被膜を形成する請求項1に記載の貴金属膜の連続成膜方法。
貴金属膜を部材として備えた電子部品の連続製造方法であって、前記貴金属膜を、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の貴金属膜の連続成膜方法により成膜することを特徴とする電子部品の連続製造方法。
【背景技術】
【0002】
半導体装置における金属配線には多くの貴金属材料が用いられる。貴金属材料とは、原子周期律表における10属及び11属の総称として定義される。特に金、白金等は機能性材料として、その生産性、容易性からスパッタリング法(以下、「スパッタ」とも言う)による形成が行われている。例えば特許文献1には、スパッタリングにより成膜された白金が電極に用いられている。スパッタリングとしてはプラズマを利用したプラズマスパッタが広く用いられている。
【0003】
このプラズマスパッタ中の粒子の挙動について、
図4を用いて説明する。スパッタ中のプラズマ内部には、放電ガスとして導入されたガスのイオン及び、ターゲット608から放出された金属イオン603が存在する。これらのイオン603は、電場によって加速されて陰極601に取り付けられたターゲット608に入射し、ターゲット608表面において二次電子604が放出される。また、一部のイオン603は粒子の衝突等によって得られた運動量を持っているため
、放電空間内壁に衝突する。一般的なスパッタリング装置では、放電空間のチャンバ内壁をスパッタリング粒子による被覆から防ぐ目的で、チャンバ内壁の内側に防着板602を付設しているため、放電空間内壁とは防着板602表面と言い換えることができる。防着板602表面においてもターゲット608と同様にイオン603の衝突によって二次電子604が放出され、これらターゲット608及び防着板602表面から継続的に供給される電子によってプラズマが持続される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
スパッタリング装置のチャンバ内に設置される前の防着板602の表面には
図4に示すように自然酸化膜605が形成されているか、或いは、表面処理としてブラスト加工や金属材料の溶射処理が施されている。そのため、係る防着板602の表面は高い二次電子放出係数を有しており、新しい防着板602が設置された直後の状態では、プラズマの生成或いは維持は容易に行われる。
【0006】
また、成膜を進めると、防着板602の表面にはターゲット材が堆積されるが、貴金属原子以外の一般的な金属を用いた一般的なスパッタリングでは、真空室内に残留する気体により、防着板602表面を被覆した金属表面での酸化或いは窒化が起こり、防着板602表面での二次電子の放出特性が維持される。
【0007】
しかしながら、貴金属原子はその化学的安定性から表面変質が起こり難い。このため、貴金属の成膜を続けていくと、
図5に示すように、防着板602の表面に貴金属被膜606が形成され、該防着板602の表面における二次電子放出係数が著しく低下し、プラズマの生成或いは維持が困難となることが考えられる。このため、貴金属膜の成膜を連続的に行うスパッタリング装置においては、防着板交換等の保全作業が必要となり、生産性を著しく低下させてしまう。特にこのような問題は、貴金属を高い成膜速度で成膜すべく、1つの大型貴金属ターゲットや複数の貴金属ターゲットによる並行スパッタを用いて、貴金属の成膜のみを1つのチャンバで行った場合などにより顕著になると考えられる。
【0008】
本発明はこのような問題に鑑み、長時間連続して安定した成膜を行うことができる貴金属膜の連続成膜方法と、該方法を適用した電子部品の連続製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第1は、基板をチャンバ内に搬入し、前記チャンバ内でプラズマスパッタリングにより前記基板上に貴金属からなる膜を成膜した後、前記基板を前記チャンバ内から搬出する工程を、複数の基板について連続して行う貴金属膜の連続成膜方法であって、
前記貴金属からなる膜を成膜した任意の基板を前記チャンバ内から搬出し、次に成膜する基板を前記チャンバ内に搬入するまでの期間において、
前記チャンバの内壁表面に、前記貴金属よりも二次電子放出係数が高い材料からなる二次電子放出被膜を形成することを特徴とする。
【0010】
本発明の第2は、貴金属膜を部材として備えた電子部品の連続製造方法であって、前記貴金属膜を、
前記本発明の第1の貴金属膜の連続成膜方法により成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、プラズマスパッタによる貴金属膜の連続成膜において、プラズマを安定して生成することが可能となり、より生産性を高めることが可能となる。よって、貴金属膜を備えた電子部品を高い生産性で製造することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明は、貴金属被膜が堆積したチャンバの内壁に対して、該貴金属よりも二次電子放出係数が高い二次電子放出被膜を該貴金属被膜の上に堆積させることで、プラズマの生成及び維持を容易にすることを特徴とする。尚、本発明において、二次電子放出係数とは、試料に入射した電子の数に対する該試料から放出された二次電子の割合のことを意味する。また、本発明においてチャンバの内壁とは、チャンバ内に防着板が設置されている場合には、係る防着板の基板側の壁面を意味するものとする。
【0014】
図6に、本発明において、防着板の内壁表面に二次電子放出被膜を形成した状態を示す。
図6中、607は二次電子放出被膜であり、
図4,
図5と同じ部材には同じ符号を付した。
図6に示すように、二次電子放出被膜607を形成した後は、再度、貴金属ターゲットをスパッタする際にも、プラズマ生成或いは維持するに十分な二次電子が放出される。
【0015】
本発明において、二次電子放出被膜の形成方法としては、チャンバ内壁に堆積した貴金属被膜よりも二次電子放出係数が高い材料を用いて、スパッタリング或いは蒸着により該貴金属被膜の上に形成する方法と、チャンバ内に酸素ガスや窒素ガスといった反応性ガスを導入して、該貴金属被膜をプラズマを用いて該反応性ガスと化学反応させることで二次電子放出被膜とする方法が挙げられる。
【0016】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。尚、以下で説明する図面で、同機能を有するものには同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略することもある。
【0017】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態として、成膜材料である貴金属よりも二次電子放出係数が高い材料からなる二次電子放出被膜をスパッタリングによりチャンバの内壁表面に堆積させる例を、本実施形態を実施しうるスパッタリング装置の構成を模式的に示す
図1を用いて説明する。
【0018】
図1に示すように、本例のスパッタリング装置100は、処理空間を区画する容器(チャンバ)201を備えている。チャンバ201内の上下には上部電極(放電電極)1と下部電極(バイアス電極)301とが設けられている。
【0019】
チャンバ201は中空円柱状の容器であって、略円板状の上部壁(天井壁)202と、略円筒形の側壁203と、略円板状の底壁204とから構成されている。チャンバ201内に区画された処理空間の下方には、被処理体としての電子部品等の基板306を保持する載置台としてのホルダー302が設けられている。
【0020】
このチャンバ201の側壁には排気口205が設けられており、この排気口205にはチャンバ201内を真空排気する排気ポンプ10が接続されている。また、チャンバ201の内壁には、このチャンバ201の内部の処理空間にアルゴン等の処理ガスを導入するガス導入口9が設けられ、このガス導入口9は不図示のガス供給手段に接続されている。
【0021】
さらに、チャンバ201の側壁には、このチャンバ201内の圧力を測定する圧力計30が設けられている。この圧力計30は、例えば、ダイヤフラムゲージ等によって形成され、この圧力計30の検出値に基づいてチャンバ201内の圧力を制御する圧力制御機構(APC)31と接続されている。
【0022】
上部電極(放電電極)1は、上部壁202、磁石機構5、ターゲット電極2及び13、及び絶縁体4から構成されている。磁石機構5は上部壁202の下方に設けられており、磁石機構5の下部にはターゲット材を搭載するターゲット電極2及び13が設けられている。ターゲット電極2及び13の主要部品は、Al、オーステナイト系ステンレス鋼(SUS)、Cuなどの非磁性金属から構成されている。
【0023】
第1のターゲット電極2の減圧側には、基板306上に成膜するのに必要な第1のターゲット14として貴金属ターゲットを設置する。また、第2のターゲット電極13には、第1のターゲット14よりも高い二次電子放出係数を有する第2のターゲット15を設置する。第2のターゲット15には、例えば、AlやTiを選択する。
【0024】
ターゲット電極2及び13は、直流電圧を供給するDC電源101及び102に接続されている。絶縁体4は、ターゲット電極2及び13とチャンバ201の側壁とを絶縁すると共に、ターゲット電極2及び13をチャンバ201内に保持するためのものである。
【0025】
また、上部電極1やターゲット電極2及び13の中には不図示の配管が設けられており、この配管に冷却水を流すことによって、上部電極1やターゲット電極2及び13を冷却することができる。
【0026】
磁石機構5は、マグネット支持板7と、マグネット支持板7に支持された複数のマグネットピース6と、複数のマグネットピース6の最外周側に設けられた磁場調整用磁性体8とから構成されている。尚、磁石機構5は、不図示の回転機構により、ターゲット材の中心軸を回転軸として回転可能に構成されている。
【0027】
複数のマグネットピース6は、ターゲット電極2及び13の上方であって、ターゲット電極2及び13の表面と平行となるように、相互に隣接して配置されている。隣接するマグネットピース6同士によって、磁場11が形成されている。
【0028】
磁場調整用磁性体8は、外周側に位置するマグネットピース6が、ターゲット電極2及び13側において部分的に重なるように延設されている。このような構成をとることにより、ターゲット電極2及び13とシールド3との隙間において、磁場強度を抑制(制御)することができる。
【0029】
下部電極(バイアス電極)301は、ホルダー302、冷却・加熱機構(不図示)、底壁204、及び第2の電極用絶縁体303によって構成されている。基板306を載置するホルダー302の内部には、冷却・加熱機構が設けられている。
【0030】
下部電極用絶縁体303は、ホルダー302とチャンバ201の底壁204とを電気的に絶縁して支持するための装置である。また、ホルダー302には、整合器304を介して、基板306にバイアス電力を印加する高周波電源等の下部電極用電源305が接続されている。また、下部電極用電源305には、ホルダー302に印加するバイアス電力を制御する不図示の電力制御機構が備えられている。
【0031】
さらに、ターゲット電極2及び13の下方には、ターゲットシャッター401がターゲット電極2及び13を遮蔽するように設置されている。ターゲットシャッター401は、回転シャッターの構造を有している。ターゲットシャッター401は、ホルダー302とターゲット電極2及び13との間を遮蔽する閉状態(遮蔽状態)、またはホルダー302とターゲット電極2及び13との間を開放する開状態(退避状態)にするための遮蔽部材として機能する。ターゲットシャッター401には、ターゲットシャッター401の開閉動作を行うためのターゲットシャッター駆動機構(不図示)が設けられている。
【0032】
チャンバ201内には、ホルダー302とターゲット電極2及び13の間に設けられた基板シャッター402と、基板シャッター402を開閉駆動する基板シャッター駆動機構(不図示)と、を備えている。ここで、基板シャッター402は、ホルダー302の上方に配置され、ホルダー302とターゲット電極2及び13との間を遮蔽する閉状態、またはホルダー302とターゲット電極2及び13との間を開放する開状態にするための遮蔽部材として機能する。
【0033】
また、チャンバ201内部には、構成部材をスパッタ粒子による被覆から防ぐ目的で防着板403が設けられている。
【0034】
次に本発明に係る処理手順について説明する。
【0035】
第1の処理は、第1のターゲット14を用いた基板306への貴金属膜の成膜処理である。先ず、排気ポンプ10によりチャンバ201内の真空排気を行う。チャンバ201内が十分に排気された後、基板306をチャンバ201の内部に搬入し、ホルダー302上に基板306を設置する。続いて、ガス導入口9より不活性ガス(例えば、Ar)が所定の流量で導入される。これと同時に、磁石機構5が所定の回転速度で回転する。
【0036】
この時、基板306は、静電吸着装置(不図示)に印加した電圧により、静電吸着されている。さらに基板温度計測器(不図示)に基づいて、ホルダー302に内蔵された冷却・加熱機構(不図示)により所望の温度に調温される。
【0037】
また、圧力計30の検出値に基づいて圧力制御機構31を制御すると共に、チャンバ201内にガス導入口9から導入されるガス流量を制御することにより、チャンバ201内の圧力が所望の圧力に維持される。
【0038】
そして、DC電源102を用いて、第1のターゲット電極2に電圧を印加することでArイオンが貴金属ターゲットに入射し、スパッタ成膜が開始される。この時、ターゲットシャッター401は、第1のターゲット14側を開状態とし、基板シャッター402を開状態とすると、基板306への成膜処理が行われる。ターゲットシャッター401は、この段階で使用していない第2のターゲット15への貴金属被膜の付着を防止する。そして、所定時間のスパッタ成膜を行った後、DC電源102に印加する電力を停止する。
【0039】
基板306への貴金属膜の成膜処理が終了した後、基板306はチャンバ201から搬出される。
【0040】
上記したように、貴金属ターゲットによる成膜を進めると、防着板403には、ターゲット材である貴金属の被膜が被覆される。防着板403へ一様に貴金属被膜が被覆されると、防着板403表面における二次電子放出係数が低下し、プラズマの生成或いは維持が困難となる。そこで、第2の処理を行う。
【0041】
第2の処理は、第2のターゲット15を用いた、防着板403の表面への二次電子放出被膜の形成処理である。二次電子放出被膜の形成処理に先立って、貴金属膜の成膜を行った基板306を取り出し、基板シャッター402を閉状態とする。基板シャッター402は、第2のターゲット15による成膜処理から、ホルダー302を保護する役割がある。
【0042】
続いて、ガス導入口9より放電ガスを導入する。ここでは、放電ガスとして不活性ガスを例として説明するが、一般にスパッタリングにおいて使用される窒素や酸素或いはそれらと不活性ガスの混合ガスを導入することで、第2のターゲット15を用いた反応性スパッタリングを行うことが可能であり、一般的に二次電子放出係数が高いとされる窒化膜或いは酸化膜を形成することができる。使用されるガスの種類は、第2のターゲット15を含めて選択されるべきであり、本発明の範囲においては、何ら限定されるものではない。ガス導入口9から導入された放電ガスは、同様に圧力制御機構31を制御することによって、所定の圧力に維持される。
【0043】
次にターゲットシャッター401の開口部を切り替え、第2のターゲット15側を開状態とする。この状態において、DC電源101を用いて、ターゲット電極13に電圧を印加することでArイオンが第2のターゲット15に入射し、スパッタ成膜が開始される。第2のターゲット15のスパッタリングによって、放出した粒子の一部は、防着板403を被覆し、二次電子放出被膜(
図6の607)を形成する。
【0044】
この時、二次電子放出被膜は、貴金属膜よりも高い二次電子放出係数が得られるよう第2のターゲット15の材料を選択している。従って、二次電子放出被膜を形成した後、再度貴金属ターゲットをスパッタする際にも、プラズマ生成或いは維持するに十分な二次電子が放出される。
【0045】
以後、二次電子放出被膜の形成を周期的に行うことで、前述の不具合を生ずることなく、経時的に安定した成膜が行うことが出来るため、保全周期の延長が可能となる。
【0046】
防着板403に堆積される貴金属被膜の堆積量は、一定の条件化においては、第1のターゲット14の積算消費量に比例するため、防着板403の表面に二次電子放出被膜を被覆すべき周期は容易に予測可能である。即ち、一定の枚数の基板306に貴金属膜を成膜する毎に、基板306を搬出した状態で二次電子放出被膜を形成することで、不具合を生ずることなく、連続的に貴金属膜の成膜を行うことが可能となる。
【0047】
また、
図1においては、DCスパッタリング装置を例としたが、本発明の目的において、放電形式は、例えばRFスパッタリングやDCパルススパッタリング等、その実施形態が制限されるものではない。
【0048】
図1に例示したスパッタリング装置においては、第2のターゲット15は貴金属原子からなる第1のターゲット14と並列して図示したが、本実施形態では、これに限定されるものではなく、
図2に示すように、第2のターゲット電極405、第2のターゲット406を防着板403によって構成される空間内部に設置されている。
図2中、404はマグネットピース、407はDC電源である。
【0049】
図2の構成によれば、
図1のスパッタリング装置と比べて短時間で二次電子放出被膜を防着板403へ形成することが可能となる。尚、二次電子放出被膜の形成手順は、
図1の構成と同様である。
【0050】
(第2の実施形態)
上述した実施形態では二次電子放出被膜の形成手段として、スパッタリングを挙げていたが、本実施形態では蒸着により二次電子放出被膜の形成する例を説明する。
図3は、本実施形態を実施しうる、抵抗加熱による蒸着源を有したスパッタリング装置の構成を模式的に示す図である。係る蒸着に用いる材料としては、蒸着により形成された被膜、或いは形成された被膜が装置内の水分や酸素と反応した被膜の二次電子係数が貴金属被膜よりも大きい材料が用いられる。係る蒸着源としては、マグネシウムやアルミニウム、亜鉛などが用いられる。
【0051】
図3の装置では、付設されたヒータ408に通電することで、蒸着材409を蒸発させ、前記手法と同様に二次電子放出被膜を形成することができる。尚、
図3中の410はヒータ電源である。
【0052】
(第3の実施形態)
本実施形態では、
図1のスパッタリング装置のチャンバ201内に酸素ガスや窒素ガスといった反応性ガスを導入し、第2のターゲット1
5を用いずに、防着板403の表面に堆積した貴金属被膜を酸素プラズマや窒素プラズマなどによって化学反応させることで二次電子放出被膜の形成を行う。貴金属被膜は化学的に安定であるため、酸化や窒化といった化学反応が起こり難いが、プラズマに晒すことによって化学反応を促進させることが可能となる。化合物となった貴金属被膜は単体よりも二次電子放出係数が大きいため、その後のプラズマの生成を安定して行うことができる。
【0053】
尚、上述した各実施形態では、基板が処理チャンバに搬送され、各処理チャンバに設けられた基板ホルダーに載置される形態を挙げた。しかし本発明はこれに限らず、例えば基板を搭載したキャリアが各チャンバを順次搬送していく、いわゆるインラインタイプの装置等にも用いることができる。インラインタイプのスパッタリング装置において、二次電子放出被膜を形成する場合には、係る形成期間にチャンバ内に搬送されるキャリアには基板を搭載せずにおけばよい。
【0054】
また二次電子放出被膜の形成は、1枚の基板処理を行う度に行っても良いし、複数枚の基板処理を行った後に行っても良く、基板に成膜される貴金属材料の膜厚によって適宜選択され得る。
【0055】
以上、上述した本発明の貴金属膜の連続成膜方法は、貴金属膜を部材として備えた種々の電子部品の連続製造方法で用いることができる。そのような電子部品としては、例えば抵抗変化メモリ(ReRAM)や相変化メモリ(PRAM)、発光ダイオードなどが挙げられる。