特許 7527206 スパッタリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-25

(45)【発行日】2024-08-02

(54)【発明の名称】スパッタリング装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 G

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020560224

(86)(22)【出願日】2019-04-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-21

(86)【国際出願番号】 KR2019005038

(87)【国際公開番号】W WO2020004801

(87)【国際公開日】2020-01-02

【審査請求日】2022-02-15

(31)【優先権主張番号】10-2018-0074857

(32)【優先日】2018-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】518346720

【氏名又は名称】アルバック コリア カンパニー リミテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，ビョン ファ

(72)【発明者】

【氏名】チャン，ヨン ソク

(72)【発明者】

【氏名】パク，ダ ヒ

(72)【発明者】

【氏名】柳沼 寛寿

(72)【発明者】

【氏名】岩橋 照明

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２１３６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１４５７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２８９１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９５６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１４６５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３３２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２３９７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０２６６９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微細パターンを備える基板を支持した状態で回転自在なステージと、
前記基板に対向するターゲットと、
前記ステージとターゲットとの間に設けられる遮断本体と、前記遮断本体に形成され、
前記ターゲットから分離して前記基板に進む成膜物質の少なくとも一部を通過させる通過孔を含む遮断部材と、
前記ステージの回転軸に対して直交する方向に前記遮断部材を移動させることができる駆動部と、
を含み、
前記ターゲットから前記ステージをみたとき、スパッタリングが行われる間に、前記基板の中心から前記通過孔の頂点の間の距離は増加する
スパッタリング装置。

【請求項2】

前記ターゲットから前記ステージをみたとき、前記通過孔の頂点は前記基板の中心にオーバーラップされる、請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項3】

前記通過孔は、前記頂点から遠くなるほど幅が大きくなる形状を有する、請求項２に記載のスパッタリング装置。

【請求項4】

前記通過孔は扇形状を有する、請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項5】

前記ターゲットから前記ステージをみたとき、前記通過孔の外角の枠は前記基板の枠から離隔される、請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項6】

前記ステージの回転軸は前記基板の中心を通過する、請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項7】

前記ステージの回転軸は、前記ターゲット表面のうちプラズマの密度が最も高く形成される地点から離隔される、請求項６に記載のスパッタリング装置。

【請求項8】

前記プラズマの密度が最も高く形成されている地点は、前記ステージの回転軸に並んでいる方向を基準にして前記通過孔にオーバーラップされる、請求項７ に記載のスパッタリング装置。

【請求項9】

前記遮断部材は、前記遮断本体の枠部から上方に突出形成される遮断突出部をさらに含む、請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項10】

前記通過孔は複数設けられ、
複数の前記通過孔は互いに連通しない、請求項１に記載のスパッタリング装置。

【請求項11】

前記ステージの回転軸は、前記複数の通過孔の間を通過する、請求項１０に記載のスパッタリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スパッタリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スパッタリング装置の場合、基板上に成膜物質を均一に成膜することが重要である。ターゲットは基板と並んで配置される。ターゲットから分離して基板に向かっている成膜物質は基板の法線方向に進むが、基板の法線に対して一定の角度傾いている経路に沿って進んだりもする。従って、基板の中央部は、相対的に均一な成膜が行われるが、基板の枠部には相対的に不均一な成膜が行われる。基板が正しく機能するためには、均一な成膜でなければならない。特に、微細パターンを有するウェハーの場合、より均一な成膜が求められている。

【0003】

前述した背景技術は、発明者が本発明の導出過程で保持したり習得したものであり、必ずしも本発明の出願前に一般の公衆に公開された公知技術とは言えない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一実施形態の目的は、基板の法線に対して一定の角度傾いている経路に沿って基板に進入する成膜物質をほとんど遮断する方式により、基板上に均一な成膜を実現することのできるスパッタリング装置を提供することにある。

【0005】

一実施形態に目的は、ターゲットの経時変化に対応して、基板上に均一な成膜を実現することのできるスパッタリング装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態に係るスパッタリング装置は、微細パターンを備える基板を支持した状態で回転自在なステージと、前記基板に対向するターゲットと、前記ステージとターゲットとの間に設けられる遮断本体と、前記遮断本体に形成され、前記ターゲットから分離して前記基板に進む成膜物質の少なくとも一部を通過させる通過孔を含む遮断部材とを含む。

【0007】

前記ターゲットから前記ステージをみたとき、前記通過孔の頂点は前記基板の中心にオーバーラップされることができる。

【0008】

前記通過孔は、前記頂点から遠くなるほど幅が大きくなる形状を有することができる。

【0009】

前記通過孔は扇形状を有することができる。

【0010】

前記ターゲットから前記ステージをみたとき、前記通過孔の外角の枠は前記基板の枠から離隔されることができる。

【0011】

前記ステージの回転軸は前記基板の中心を通過することができる。

【0012】

前記ステージの回転軸は、前記ターゲット表面のうちプラズマの密度が最も高く形成される地点から離隔されることができる。

【0013】

前記プラズマの密度が最も高く形成されている地点は、前記ステージの回転軸に並んでいる方向を基準にして前記通過孔にオーバーラップされることができる。

【0014】

前記スパッタリング装置は、前記ステージの回転軸に対して直交する方向に前記遮断部材を移動させることができる駆動部をさらに含むことができる。

【0015】

前記ターゲットから前記ステージをみたとき、スパッタリングが行われる間に、前記基板の中心から前記通過孔の頂点の間の距離は増加することができる。

【0016】

前記遮断部材は、前記遮断本体の枠部から上方に突出形成される遮断突出部をさらに含むことができる。

【0017】

前記通過孔は複数設けられ、前記複数の通過孔は互いに連通しなくてもよい。

【0018】

前記ステージの回転軸は、前記複数の通過孔の間を通過することができる。

【発明の効果】

【0019】

一実施形態に係るスパッタリング装置は、基板の法線に対して一定の角度傾いている経路に沿って基板に進入する成膜物質をほとんど遮断することで、基板上に均一な成膜を実現することができる。

【0020】

一実施形態に係るスパッタリング装置は、遮断部材を移動させることによってターゲットの経時変化に対応し、基板上に均一な成膜を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】一実施形態に係るスパッタリング装置を概念的に図示する側面図である。

【図2】一実施形態に係るステージ及び基板を概念的に図示する側面図及び部分拡大図である。

【図3】一実施形態に係る遮断部材及び基板を概念的に図示する平面図である。

【図4】一実施形態に係る遮断部材及び基板を概念的に図示する平面図であり、遮断部材が一方向に移動した状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、実施形態を例示的な図を参照して詳説する。各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同じ構成要素については、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同じ符号を有するようにしたことに留意しなければならない。また、実施形態の説明にあたり、関連する公知構成又は機能の具体的な説明が実施形態についての理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。

【0023】

また、実施形態の構成要素を説明することにおいて、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。これらの用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものにすぎず、その用語によって当該の構成要素の本質や順序などが限定されることはない。いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」、又は「接続」されていると言及されたときには、その他の構成要素に直接的に連結されているか又は接続されているが、各構成要素との間にさらなる構成要素が「連結」、「結合」、又は「接続」され得るものと理解されなければならない。

【0024】

いずれかの実施形態に含まれる構成要素と、共通的な機能を含む構成要素は、他の実施形態において同じ名称を用いて説明することとする。反対となる記載がない限り、いずれか１つの実施形態に記載した説明は他の実施形態にも適用することができ、重複する範囲における具体的な説明は省略することにする。

【0025】

図１は、一実施形態に係るスパッタリング装置を概念的に図示する側面図である。

【0026】

図１を参照すると、スパッタリング装置１は、チャンバ９１、ターゲット９２、磁石集合体９３、基板Ｓ、ステージ１１、遮断部材１２、及び駆動部１３を含む。

【0027】

チャンバ９１は、スパッタリング装置１の構成要素を収容することができる。チャンバ９１には正の電圧が印加されてもよい。正の電圧が印加されたチャンバ９１は、ターゲット９２から分離されたカチオン性の成膜物質がチャンバ９１の内壁に付着することを防止する。チャンバ９１は、成膜物質が遮断部材１２の外側に進むことを遮断することができる。例えば、ターゲット９２からステージ１１をみたとき、基板Ｓ及びステージ１１は、貫通孔１２１ａを通じてのみ見られ、残りの領域はチャンバ９１及び遮断部材１２によって隠される。

【0028】

ターゲット９２は、基板Ｓに成膜される物質から構成される。ターゲット９２は、基板Ｓに対向してもよい。ターゲット９２は、金属物質又は金属物質を含む合金であってもよい。また、ターゲット９２は、金属酸化物、金属窒化物又は誘電体であってもよい。例えば、ターゲット９２は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＳｎなどから選択される元素を主成分にする材料を含んでもよい。

【0029】

磁石集合体９３は、電磁石及び永久磁石を含んでもよい。磁石集合体９３は、電磁石及び永久磁石を用いてターゲット９２上に一定強度の固定磁場を形成することができる。固定磁場と外部から印加された電場により、ターゲット９２の表面にプラズマが形成される。プラズマの密度は、固定磁場及び印加された電場により決定される。プラズマによってターゲット９２の表面でスパッタリングが発生し、ターゲット９２から分離した成膜物質は基板Ｓに進むことができる。

【0030】

基板Ｓは、半導体、ＦＰＤ（ＬＣＤ、ＯＬＥＤなど）、太陽電池などを製造するための基板である。基板Ｓは、複数の微細パターンを備えるウェハーであってもよい。基板Ｓが微細パターンを備えるウェハーである場合、基板Ｓ上に成膜物質を均一に成膜することが、基板Ｓの品質向上のための重要な要素となる。

【0031】

ステージ１１は、成膜物質が基板２０に均一に成膜されるよう基板Ｓを固定する。ステージ１１は、基板Ｓが載置されれば、固定手段などを用いて基板Ｓの端部を固定したり、基板Ｓの裏面で基板Ｓを固定することができる。ステージ１１は、回転軸Ａ１を中心に回転することができる。ステージ１１の回転軸Ａ１は、基板Ｓの中心を通過することができる。

【0032】

ステージの回転軸Ａ１は、ターゲット９２の表面のうち、プラズマの密度が最も高く形成されている地点から離隔される。言い換えれば、ステージの回転軸Ａ１は、ターゲット９２の表面のうちプラズマ（ｐｌａｓｍａ）の密度が最も高く形成されている地点で、ターゲット９２に対して垂直に延びた補助線Ａ２から離隔してもよい。例えば、図１を基準にして、ターゲット９２の表面のうち、プラズマの密度が最も高く形成されている地点は中心に形成されてもよい。ターゲット９２のうち、プラズマの密度が最も高く形成されている地点は、他の地点に比べて、成膜物質の消耗速度が速い。これにより、プラズマの密度が最も高く形成されている地点では成膜物質がより多く分離される。例えば、プラズマの密度が最も高く形成されている地点は、磁石集合体９３から印加される磁場のうち、垂直磁場が０である地点である。

【0033】

ターゲット９２の表面のうち、プラズマの密度が最も高く形成されている地点は、ステージ１１の回転軸Ａ１に並んでいる方向を基準にして、通過孔１２１ａにオーバラップされる。言い換えれば、補助線Ａ２は、通過孔１２１ａを通過することができる。通過孔１２１ａは、ターゲット９２のうち成膜物質が最も盛んに行われる地点の下側に備えられるため、基板Ｓ上に成膜物質を効率よく成膜することができる。

【0034】

遮断部材１２は、ターゲット９２から分離して基板Ｓに向かって進んでいる成膜物質の少なくとも一部を遮断することができる。言い換えれば、遮断部材１２は、ターゲット９２から分離して基板Ｓに向かって進んでいる成膜物質の一部を遮断し、一部を通過させることができる。遮断部材１２は、遮断本体１２１、通過孔１２１ａ及び遮断突出部１２２を含む。

【0035】

遮断本体１２１は、ステージ１１とターゲット９２との間に設けられてもよい。遮断本体１２１は、基板Ｓ上に配置し、基板Ｓへ進入する成膜物質の一部を遮断する。遮断本体１２１は、プレートの形状である。スパッタリングが行われる間、遮断本体１２１の表面には成膜物質が積る。成膜物質は、基板Ｓの法線に並んでいる経路に沿って基板Ｓの表面に進入する第１成膜物質Ｐ１と、基板Ｓの法線に対して傾いた経路に沿って基板Ｓの表面に進入する第２成膜物質Ｐ２を含んでいる。遮断本体１２１は、第２成膜物質Ｐ２をほとんど遮断することができる。また、遮断本体１２１は、通過孔１２１ａに進入する第１成膜物質Ｐ１を全て通過させることができる。その結果、基板Ｓの表面上に成膜されている成膜物質のうち、第１成膜物質Ｐ１の量は第２成膜物質Ｐ２の量よりも多く、基板Ｓの表面上には均一な成膜を実現することができる。遮断本体１２１は回転しなくてもよい。例えば、遮断本体１２１は基板Ｓに併行してもよい。

【0036】

通過孔１２１ａは、遮断本体１２１に形成されてもよい。通過孔１２１Ａは、ターゲット９２から分離して基板Ｓに進む成膜物質の少なくとも一部を通過させることができる。ステージ１１が回転する間、基板Ｓの表面に対する通過孔１２１ａの相対的な位置は継続して変更され得る。従って、基板Ｓの表面の全体的に均一な成膜を実現することができる。

【0037】

遮断突出部１２２は、遮断本体１２１の枠部から上方に突出形成されてもよい。遮断突出部１２２は遮断本体１２１とチャンバ９１との間の空間で成膜物質の浸透を防止することができる。

【0038】

駆動部１３は、ステージ１１の回転軸Ａ１に対して直交する方向に遮断部材１２を移動させることができる。

【0039】

図２は、一実施形態に係るステージ及び基板を概念的に図示する側面図及び部分拡大図である。

【0040】

図２を参照すると、ステージ１１は、回転軸Ａ１を中心に回転自在である。ステージ１１上に載置した基板Ｓには、成膜物質Ｐが成膜される。ステージ１１は回転しているため、基板Ｓがターゲットに露出された領域を持続的に変更できるため、基板Ｓ上には均一な成膜を実現することができる。

【0041】

図３は、一実施形態に係る遮断部材及び基板を概念的に示す平面図であり、図４は、一実施形態に係る遮断部材及び基板を概念的に示す平面図であり、遮断部材が一方向に移動した状態を示す。

【0042】

図３及び図４を参照すると、駆動部１３は、遮断部材１２を移動させることができる。例えば、駆動部１３は、基板Ｓに平行又は垂直方向に遮断部材１２を移動させることができる。駆動部１３は、ターゲットの金属のタイプ、ターゲットと基板との間の距離、及び磁力集合体の磁場の強度の少なくとも１つ以上に基づいて遮断部材１２を移動させることができる。

【0043】

駆動部１３は、ターゲットの表面の不規則な消耗により遮断部材１２を移動させることができる。例えば、ターゲットは、周辺プラズマの強度に応じて不規則に消耗されることがある。駆動部１３は、ターゲットの消耗量に基づいて遮断部材１２を移動することで、基板Ｓ上に均一な成膜を実現することができる。

【0044】

通過孔１２１ａは、基板Ｓを扇形状でターゲットに露出させる。例えば、通過孔１２１ａは、頂点１２１１ａから遠くなるほど、幅が大きくなる形状を有してもよい。例えば、通過孔１２１ａは扇形状を有してもよい。

【0045】

基板Ｓは、ターゲットからステージをみているとき、通過孔１２１ａを介して外部に露出される第１領域Ｓ１と、遮断部材１２によって隠される第２領域Ｓ２と、チャンバ（図示せず）によって隠される第３領域Ｓ３を含むことができる（図１参照）。

【0046】

例えば、スパッタリングの初期ステップにおいて、通過孔１２１ａは、ターゲットからステージをみたとき、通過孔１２１ａの頂点１２１１ａは、基板Ｓの中心にオーバラップされてもよい。スパッタリングが行われる間、駆動部１３は遮断部材１２を移動し、それにより基板Ｓの中心から通過孔１２１ａの頂点１２１１ａの間の距離ｄは増加する。このような作動によると、基板Ｓの中心に相対的に多い量の成膜物質が成膜されることを防止し、均一な成膜を実現することができる。

【0047】

ターゲットからステージをみたとき、通過孔１２１ａの外角の枠１２１２ａは基板Ｓの枠部から離隔してもよい。言い換えれば、遮断本体１２１と基板Ｓとの間にはオーバラップされない領域Ａが備えられる。領域Ａは、遮断部材１２に積もった成膜物質が基板Ｓに落下することを防止できる。

【0048】

図３及び図４には、遮断部材１２が１つの通過孔１２１ａを備えるものと示されているが、これに制限されないことを明らかにする。例えば、遮断部材は、互いに連通しない複数の通過孔（図示せず）を備えてもよい。複数の通過孔それぞれの面積は、示されている１つの通過孔１２１ａの面積よりも小さくてもよいが、複数の通過孔の面積の合計は１つの通過孔１２１ａの面積とほとんど類似してもよい。ターゲットから基板Ｓに進む成膜物質は、直進成分と斜線成分の和と言えるが、複数の通過孔を含んでいる遮断部材１２は、成膜物質の斜線成分を効率よく遮断することができる。言い換えれば、複数の通過孔を有する遮断部材は、１つの通過孔を有する遮断部材に比べて成膜物質の斜線成分を相対的に少なく通過させることができる。

【0049】

一方、ステージ１１（図１参照）の回転軸Ａ１（図１参照）は、複数の通過孔の間を通過することができる。例えば、複数の通過孔のそれぞれの一頂点は回転軸Ａ１に接し、複数の通過孔は回転軸Ａ１を基準としてそれぞれ異なる側に配置されてもよい。このような構造によると、複数の通過孔を有する遮断部材１２は、基板Ｓの中心部を相対的に長い時間の間にターゲットへ露出させることができ、これによって基板Ｓの中心部のボトムカバレッジ（ｂｏｔｔｏｍ ｃｏｖｅｒａｇｅ）が向上される。

【0050】

上述したように実施形態をたとえ限定された図面によって説明したが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、上記の説明に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順で実行されるし、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせられてもよく、他の構成要素又は均等物によって置き換え又は置換されたとしても適切な結果を達成することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】