JP5843602B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

従来から、特許文献１に示すように、チャンバの内壁にスパッタリング粒子の付着を防止するため、ターゲットと基板ホルダの間に複数のシールドを設けたスパッタリング装置が開示されている。
こうした装置では、ターゲット、基板ホルダ、及び複数のシールドで区画されたプロセス空間の圧力を制御するため、該複数のシールドを正確に位置合わせして、複数のシールド間の隙間のコンダクタンスを制御しなければならない。

ところで、シールドは、膜が付着し、汚れたときに、定期的に交換する必要がある。このシールド交換の作業を容易に行うため、装置上部に開閉可能な上蓋を設けている場合がある。例えば、特許文献１には、反応容器内に成膜ガスを導入するガス導入口と、反応容器の上蓋開口を塞ぐ開閉可能な上蓋と、上蓋に着脱可能に設けられた防着板（石英板）と、上蓋を開閉すると共に基板に対する上蓋の角度を調整する昇降回転装置とを有するＭＯＣＶＤ装置が開示されている。

特開平５−２４７６３９号明細書 特開２００９−１８１９７２号明細書

しかしながら、装置上部に開閉可能な上蓋を設け、該上蓋に設けたシールドと、チャンバ内部に設けたシールドとで、プラズマ空間を形成する場合、次のような問題が生じてしまう。即ち、上蓋を気密に閉めるためには、上蓋に設けたシールドと、チャンバ内部に設けたシールドとの間に、隙間を設ける必要がある。シールドの熱膨張を考慮して、この隙間を大きめに設計すると、この隙間をスパッタ粒子が通過してしまい、チャンバ内壁に直接付着し、パーティクルの発生原因となる。また、この隙間からプロセス空間外にプロセスガスが放出し、プラズマ空間の内部圧力が不安定になるという問題が生じてしまう。
そこで、本発明の目的は、チャンバに開閉可能な蓋を設けながら、蓋に設けられたシールドと、チャンバ内の部材との間の隙間を厳密に制御し、安定的なプラズマ空間を形成可能な蓋開閉装置を提供するものである。

上述した課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、チャンバと、前記チャンバの開口部に設けられた開閉可能な蓋と、前記蓋に設けられ、スパッタリングを行うためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、前記蓋のチャンバ側の面に設けられ、挿通孔と前記ターゲットホルダーを露出させるための開口部を有する天井シールドと、前記蓋に固定されるとともに、前記挿通孔に挿通され、前記天井シールドを所定の距離だけ移動可能に支持する挿通部と、前記挿通部の端部に設けられ、前記天井シールドの移動を規制する規制部と、前記チャンバの内部に設けられ、前記チャンバの側壁を遮蔽するための側壁シールドと、前記蓋と前記天井シールドとの間に設けられた付勢手段と、前記チャンバの内部に設けられた基板ホルダと、を備え、前記ターゲットホルダーに保持されたターゲット、前記基板ホルダ、前記天井シールド、及び前記側壁シールドによって、内部にプラズマが生成されるプロセス空間が形成され、前記ターゲットホルダーは前記プロセス空間の外側に配置され、前記蓋を閉じているときは、前記天井シールドが前記付勢手段によって前記側壁シールドの上端部に隙間なく押しつけられ、前記蓋を開けているときは、前記天井シールドと前記側壁シールドが分離されることを特徴とする。

本発明によれば、チャンバに開閉可能な蓋を設けながら、複数のシールド間の隙間を厳密に制御し、安定的なプラズマ空間を形成可能な蓋開閉装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置１００の全体概略図である。 本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置１００の全体概略図である。 図１のＸ−Ｘ断面を上から見た上面図である。 図１及び図２のＡ部分の拡大図である。 図１のＹ−Ｙ断面を上から見た上面図である。

以下に、本発明の代表的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る蓋開閉装置１００の全体概略図である。図１は、上蓋１０ａがチャンバ１０の開口部を閉じた状態を示し、図２は、該開口部を開いた状態を示している。図３は、図１のＸ−Ｘ断面を上から見た上面図である。
本実施形態では蓋開閉装置１００の一例としては、不揮発性磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）などのスピントロニクス用途およびハードディスク・ドライブの記録用読取りヘッドなどの磁気センサの製造に用いられるスパッタリング装置について説明する。しかしながら、本発明の趣旨はこれに限定されるものではなく、例えば、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、エッチング装置などの真空処理装置に適用することができる。

図１に示すようにスパッタリング装置１００は、チャンバ１０の天井壁１０ｂに設けられた開口部を開閉可能な上蓋１０ａと、上蓋１０ａに取り付けられ、ターゲットを保持するためのターゲットホルダー５と、チャンバ１０を所定の減圧状態に排気する排気手段４を備える。また、上蓋１０ａを貫通して、アルゴンなどのプロセスガスを導入するためのガス導入配管７が設けられている。排気手段４により、チャンバ１０内の圧力は、通常、約１×１０^-7Ｐａから約１０Ｐａの減圧状態に維持することができる。ターゲットホルダー５には、不図示の電圧印加手段が接続されている。ターゲットホルダー５に、ＤＣ電圧又は高周波電圧が印加されることで、ターゲットホルダーはカソードとして機能し、プロセスガスをプラズマ化し、ターゲットをスパッタリングすることができる。

上蓋１０ａには、基板ホルダ２に対向して、ターゲットホルダー５が設けられている。図２に示すように、上蓋１０ａは、チャンバ１０の天井壁１０ｂの上部に設けられたヒンジ部１１を軸に約１５５度回転して、開くことができる。このような構成により、ターゲットやシールド３の交換などの定期メンテナンス作業を容易に行うことができる。なお、本例では、メンテナンスの容易さの観点から、上蓋を開閉させるためのヒンジ部を設けた。しかし、本発明の趣旨は、これに限定されるものではなく、例えば、上蓋１０ａを鉛直方向に昇降させる昇降機構を設けるようにしてもよい。

チャンバ１０の内部には、基板１を載置する基板ホルダ２が設けられている。基板ホルダ２は、ターゲットホルダー５に近接するように上下動可能であり、また、基板ホルダの基板載置面に垂直な回転軸に対して回転可能に構成されている。
基板ホルダ２の基板載置面の上方には、ターゲット面を遮蔽するシャッター１６が設けられている。シャッター１６は、ターゲット面を遮蔽する遮蔽位置と、ターゲット面を露出させた退避位置とを開閉移動させるために、アーム１５を介して、シャッター開閉駆動部１４に接続されている。シャッター開閉駆動部１４は、上蓋１０ａに固定されている。

ターゲットホルダー５と基板ホルダ２の間には、チャンバ１０の内壁への膜付着を防止する複数のシールド３により、プラズマが生成さ、プロセス処理がなされる空間（以下、プロセス空間）が形成されている。なお、本例では、シャッター１６の退避位置もプロセス空間に含めるように、複数のシールド３が配置されている。シールド３は、ステンレスなどで出来ており、定期的に交換できるように、チャンバ１０内にねじ等で取付可能に構成されている。このプラズマ空間にアルゴンなどのプロセスガスを導入するため、上蓋１０ａおよび天井シールド３ａを貫通して、ガス導入配管７が設けられている。また、プラズマ空間の圧力を測定するための圧力計６が設けられている。

図２に示すように、上蓋１０ａには、天井シールド３ａが固定ボルト８に支持されて設けられている。図３に示すように、天井シールド３ａには、固定ボルト８を挿入するための複数の挿通孔が設けられている。また、天井シールド３ａが中央部で撓まないように天井シールド３ａの中央部にも、固定ボルト８を挿入するための挿通孔が設けられている。図４に示すように、天井シールド３ａの挿通孔に固定ボルト８を挿通し、上蓋１０ａに固定することで、天井シールド３ａを矢印の方向に所定の距離（１〜１０ｍｍ）だけ移動可能に構成されている。つまり、固定ボルト８は、上蓋１０ａに設けられたネジ穴にネジ止めされるネジ部８ｃと、該挿通孔に挿通される円柱状の挿通部８ｂと、天井シールド３ａの移動を規制する規制部８ａから構成されている。規制部８ａは、天井シールド３ａの挿通孔よりも大きい円盤状部材であるので、天井シールド３ａの移動を規制することができる。ネジ部８ｃを緩め、固定ボルト８を上蓋１０ａから取り外すことで、膜が付着して汚れた天井シールド３ａを、新規な天井シールドと交換することができる。また、天井シールド３ａには、ターゲットホルダー５を露出させるための開口部３０ａが形成されている。
なお、本例では、天井シールド３ａが、請求項に示す蓋のチャンバ側の面に設けられた第１シールドに相当する。

なお、本例では上蓋１０ａに固定ボルト８を固定するため、ネジ部８ｃを設けたが、本発明の趣旨はこれに限定されず、ネジ部８ｃを設けず、挿通部８ｂの上面を、溶接、圧入等で直接上蓋１０ａに固定してもよい。その場合、天井シールド３ａを取り外し、交換できるように、規制部８ａを挿通部８ｂの端部にネジ止め等により、取り外し可能に構成すればよい。

図４に示すように天井シールド３ａと上蓋１０ａとの間には、付勢手段９が設けられている。付勢手段９は、板ばね、コイルばねなどの弾性部材であり、固定ボルト８の規制部８ａ側に、天井シールド３ａを付勢することができる。付勢手段９である板ばねは、ネジ９ａにより、天井シールド３ａに固定されている。また、図３に示すように、天井シールド３ａの外縁部に沿って、複数の板バネ９が設けられている。

図４（ａ）は、図１に示すＡ部分の拡大図であり、上蓋１０ａが閉じたときの付勢手段９の状態を示す。このように付勢手段９が短縮しつつ、天井シールド３ａを付勢することで、側壁シールド３ｂの上端部に隙間なく押し付けることができる。つまり、上蓋１０ａを閉じたときには、天井シールド３ａは規制部８ａから上蓋１０ａ側に浮き上がり、側壁シールド３ｂの上端部に支持されることになる。
なお、図１に示すように側壁シールド３ｂは、円筒状であるので、側壁シールド３ｂの環状の上端部に、天井シールド３ａを付勢することになる。側壁シールド３ｂの環状の下端部は、底面シールド３ｃに固定されている。

図４（ｂ）は、図２のＡ部分の拡大図であり、図２に示すように上蓋１０ａが開いたときの付勢手段９の状態を示す。このように、上蓋１０ａが開いたときは、付勢手段９は天井シールド３ａを固定ボルト８の規制部８ａまで押し付けている。
なお、本例では、側壁シールド３ｂが、請求項に示す第２シールドに相当する。また、側壁シールド３ｂ、底面シールド３ｃ、シールド３ｄ、シールド３ｅ、基板周辺シールド３ｇを含めて、第２シールドを形成することもある。側壁シールド３ｂ、底面シールド３ｃ、シールド３ｄ、シールド３ｅ、基板周辺シールド３ｇは、本例では別体として構成したが、一体形成してもかまわない。

図５は、図１のＹ−Ｙ断面を上から見た底面シールド３ｃの上面図である。底面シールド３ｃは、基板ホルダ２に合わせて、円状の開口部３０ｃを有する。図１に示すように、底面シールド３ｃは、棒状の支持部１３の上部にネジ１３ａで固定されている。また、底面シールド３ｃの円状開口部３０ｃの周縁部には、下方に向けて、２つの円筒状のシールド３ｄ、３ｅが設けられている。なお、これらの円筒状のシールド３ｄ、３ｅは、鉛直断面において、それぞれＩ字形となっている。

図１に示すように、基板ホルダ２の周辺には、環状のシールド３ｇが固定して設けられている。また、環状シールド３ｇの外縁部には、円筒状のＵ字形シールド３ｆが設けられている。なお、Ｕ字形シールド３ｆは、鉛直断面において、Ｕ字形となっている。Ｕ字形シールド３ｆのＵ字部（凹形部）の間に、前述したＩ字形のシールド３ｅが非接触ではめ込まれることにより、ラビリンス形状の排気路２０が形成される。ラビリンス形状の排気路２０は、非接触シールとしても機能するだけでなく、ターゲット粒子がチャンバ１０の内壁方向に侵入するのを防止する機能を有する。

以上、添付図面を参照して本願の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

１ 基板
２ 基板ホルダ
３ シールド
４ 真空ポンプ
５ ターゲットホルダー
６ 圧力計
７ ガス導入系
８ 固定手段
９ 付勢手段
１０ チャンバ
１１ ヒンジ部
１２ 調整手段
１３ 支持部
１４ シャッター開閉駆動部
１５ アーム
１６ シャッター
２０ 排気路
１００ 蓋開閉装置

Claims (1)

1. チャンバと、
   前記チャンバの開口部に設けられた開閉可能な蓋と、
   前記蓋に設けられ、スパッタリングを行うためのターゲットを保持するターゲットホルダーと、
   前記蓋のチャンバ側の面に設けられ、挿通孔と前記ターゲットホルダーを露出させるための開口部を有する天井シールドと、
   前記蓋に固定されるとともに、前記挿通孔に挿通され、前記天井シールドを所定の距離だけ移動可能に支持する挿通部と、
   前記挿通部の端部に設けられ、前記天井シールドの移動を規制する規制部と、
   前記チャンバの内部に設けられ、前記チャンバの側壁を遮蔽するための側壁シールドと、
   前記蓋と前記天井シールドとの間に設けられた付勢手段と、
   前記チャンバの内部に設けられた基板ホルダと、
   を備え、
   前記ターゲットホルダーに保持されたターゲット、前記基板ホルダ、前記天井シールド、及び前記側壁シールドによって、内部にプラズマが生成されるプロセス空間が形成され、
   前記ターゲットホルダーは前記プロセス空間の外側に配置され、
   前記蓋を閉じているときは、前記天井シールドが前記付勢手段によって前記側壁シールドの上端部に隙間なく押しつけられ、
   前記蓋を開けているときは、前記天井シールドと前記側壁シールドが分離されることを特徴とするプラズマ処理装置。