JP7361497B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜装置に関する。
金属膜を成膜する技術として、ターゲットからのスパッタ粒子を基板上に堆積させるスパッタリングが多用されている。特許文献１には、処理容器内に設けられた基板上に金属ターゲットからスパッタ粒子を堆積させてＭｇ等の金属膜を形成することが記載されている。また、金属膜成膜後、処理容器内に酸素を供給して金属膜を酸化して金属酸化膜を形成することも記載されている。さらに、このような金属酸化膜は、例えばＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）に用いられる金属酸化膜に適用されることが記載されている。
また、特許文献２には、スパッタリング装置において、スパッタ粒子が真空容器の内面に直接付着するのを防止する防着部材を設けることが記載されている。
特開２０１６－３３２４４号公報 特許６０９５８０６号公報
本開示は、ターゲットから放出されたスパッタ粒子の処理容器壁部やターゲット裏面側の部材への回り込みを有効に抑制することができる成膜装置を提供する。
本開示の一態様に係る成膜装置は、基板に金属膜を成膜する成膜装置であって、処理容器と、前記処理容器内で基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部の上方に配置されたターゲットユニットと、前記基板保持部に保持された基板に酸化ガスを供給する酸化ガス導入機構と、を有し、前記ターゲットユニットは、金属からなり、本体部と、本体部の周囲に設けられた環状をなすフランジ部とを有し、前記本体部からスパッタ粒子を放出するターゲットと、前記ターゲットに給電するためのターゲット電極を含み、前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、前記ターゲットの前記フランジ部を前記ターゲット保持部にクランプするターゲットクランプと、前記ターゲットの本体部の周囲に、前記フランジ部、前記ターゲットクランプ、および前記ターゲット保持部を覆うように設けられ、その内側先端が、前記ターゲットの本体部と前記ターゲットクランプの間の凹部に入り込むように突出する突出部を構成し、ラビリンス構造をなす防着シールドと、を有し、前記ターゲット電極を介して給電された前記ターゲットからその構成金属がスパッタ粒子として放出されて前記基板上に金属膜が堆積され、前記酸化ガス導入機構から導入された酸化ガスにより前記金属膜が酸化されて金属酸化膜が形成され、前記防着シールドは金属で構成され、当該金属の前記ターゲットに対向する面が凹凸状に形成され、成膜により前記ターゲットに付着した金属酸化膜にチャージアップした電子が前記凹凸状に形成された面の凸部に開放されて生じるマイクロアーク放電を抑制するように、前記凹凸状に形成された面に絶縁膜が形成されており、前記絶縁膜は、スパッタリングの際のプラズマ中の電子が前記防着シールドに移動可能なように、前記防着シールドの表面の一部に設けられている。
本開示によれば、ターゲットから放出されたスパッタ粒子の処理容器壁部やターゲット裏面側の部材への回り込みを有効に抑制することができる成膜装置が提供される。
一実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。 図１の成膜装置のターゲットユニットを示す断面図である。 図２のターゲットユニットを示す平面図である。 ターゲットユニットにおける、防着シールドの内側先端と、ターゲットの配置状態を示す断面図である。 防着シールドの母材と絶縁膜を拡大して示す断面図である。 一実施形態に係る成膜装置の金属膜堆積時の状態を示す断面図である。 図６の状態の成膜装置において、ターゲットからスパッタ粒子を放出した状態を示す断面図である。 一実施形態の成膜装置において、金属の堆積と酸化処理を繰り返した際に、ターゲット表面と防着シールドの表面に、金属酸化膜が付着した状態を示す断面図である。 金属製の防着シールドを用いた場合のアーク放電発生のメカニズムを説明するための図である。 図９のアーク発生部分を拡大して示す断面図である。 防着シールドのターゲットに対向する面にＡｌ２Ｏ３溶射皮膜を設けた場合と設けない場合とで、マイクロアーク発生頻度を比較して示す図である。
以下、添付図面を参照して実施形態について具体的に説明する。
図１は、一実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。本実施形態の成膜装置１は、基板Ｗ上にスパッタリングによって金属膜を堆積した後、酸化処理を行って金属酸化膜を成膜するものである。基板Ｗとしては、例えばＡｌＴｉＣ、Ｓｉ、ガラス等からなるウエハを挙げることができるがこれに限定されない。
成膜装置１は、処理容器１０と、基板保持部２０と、ターゲットユニット３０と、ガス供給部４０と、酸化ガス導入機構５０と、仕切り部６０と、制御部７０とを備える。
処理容器１０は、例えばアルミニウム製であり、基板Ｗの処理を行う処理室を画成する。処理容器１０は、接地電位に接続されている。処理容器１０は、上部が開口された容器本体１０ａと、容器本体１０ａの上部開口を塞ぐように設けられた蓋体１０ｂとを有する。蓋体１０ｂは、円錐台状をなしている。
処理容器１０の底部には排気口１１が形成され、排気口１１には排気装置１２が接続されている。排気装置１２は、圧力制御弁、および真空ポンプを含んでおり、排気装置１２により、処理容器１０内が所定の真空度まで真空排気されるようになっている。
処理容器１０の側壁には、隣接する搬送室（図示せず）との間で基板Ｗを搬入出するための搬入出口１３が形成されている。搬入出口１３はゲートバルブ１４により開閉される。
基板保持部２０は、略円板状をなし、処理容器１０内の底部近傍に設けられ、基板Ｗを水平に保持するようになっている。基板保持部２０は、本実施形態では、ベース部２１および静電チャック２２を有する。ベース部２１は例えばアルミニウムからなる。静電チャック２２は、誘電体からなり、内部に電極２３が設けられている。電極２３には直流電源（図示せず）から直流電圧が印加され、これによる静電気力により基板Ｗが静電チャック２２の表面に静電吸着される。図示の例では静電チャック２２は双極型であるが単極型であってもよい。
また、基板保持部２０の内部には、ヒーター２４が設けられている。ヒーター２４は、例えば加熱抵抗素子を有し、ヒーター電源（図示せず）から給電されることにより発熱して基板Ｗを加熱する。ヒーター２４は、基板Ｗの表面に堆積した金属膜を酸化させる際の第１ヒーターとして用いられる。金属がＭｇである場合には、ヒーター２４は、５０～３００℃の範囲内の温度に基板Ｗを加熱する。図１では、ヒーター２４が静電チャック２２内に設けられているが、ベース部２１に設けられていてもよい。
基板保持部２０は、駆動部２５に接続されている。駆動部２５は、駆動装置２６と支軸２７とを有する。駆動装置２６は、処理容器１０の下方に設けられている。支軸２７は駆動装置２６から処理容器１０の底壁を貫通して延び、その先端が基板保持部２０の底面中央に接続されている。駆動装置２６は、支軸２７を介して基板保持部２０を回転および昇降するようになっている。支軸２７と処理容器１０の底壁との間は、封止部材２８により封止されている。封止部材２８を設けることにより、処理容器１０内を真空状態に保ったまま支軸２７が回転および昇降動作することが可能となる。封止部材２８として、例えば磁性流体シールを挙げることができる。
ターゲットユニット３０は、基板保持部２０の上方に設けられる。本例では２つのターゲットユニット３０を有する。ターゲットユニット３０は、断面図である図２および平面図である図３にも拡大して示すように、ターゲット３１と、ターゲット保持部３２と、ターゲットクランプ３３と、防着シールド３４とを有する。
ターゲット３１は、堆積しようとする金属膜を構成する金属からなり、平面形状が矩形状をなす本体部３１ａと本体部３１ａの周囲のフランジ部３１ｂとを有する。ターゲット３１を構成する金属は、成膜しようとする金属膜の種類に応じて適宜選択され、例えばＭｇやＡｌ等が用いられる。ターゲット３１においては、後述するように電圧が印加されることにより、本体部３１ａの表面からスパッタ粒子が放出される。
ターゲット保持部３２は、ターゲット３１を保持するものであり、絶縁性部材３５を介して、処理容器１０の蓋体１０ｂの傾斜面に、基板Ｗに対して斜めに取り付けられている。ターゲット保持部３２は、ターゲット３１に電気的に接続され、後述する電源からの電力をターゲット３１に給電するターゲット電極としても機能する。ターゲット電極はターゲット保持部３２の一部であってもよい。すなわち、ターゲット保持部３２はターゲット電極を含む。
ターゲットクランプ３３は、ターゲット３１のフランジ部３１ｂをターゲット保持部３２にクランプするためのもので、フランジ部３１ｂに沿って環状に設けられており、ターゲット保持部３２にネジ止めされることにより、フランジ部３１ｂを押さえ付けるように構成される。
防着シールド３４は、導電体である金属、例えばＡｌで構成され、環状をなし、接地されている。防着シールド３４は、ターゲット３１から放出されたスパッタ粒子が、処理容器１０の壁部や、ターゲット保持部３２、ターゲットクランプ３３等のターゲット裏面側の部材へ回り込むことを防止するためのものである。また、ターゲット３１から放出されるスパッタ粒子の放出方向を規制する機能も有する。防着シールド３４は、ターゲット３１の本体部３１ａの周囲に、ターゲット３１のフランジ部３１ｂ、ターゲットクランプ３３、およびターゲット保持部３２を覆うように設けられている。なお、図示は省略しているが、防着シールド３４とターゲット保持部３２とは、間に絶縁材を介して固定する等の手段により、電気的に絶縁されている。
防着シールド３４は、外側部３４ａと、中間部３４ｂと、内側部３４ｃとを有している。外側部３４ａは、ターゲットクランプ３３の外側においてターゲット保持部３２にネジ止めにより取り付けられ、ターゲット保持部３２から遠ざかるように、ターゲット３１の本体部３１ａの高さよりも高い位置まで延びている。また、中間部３４ｂは、外側部３４ａの内側端からターゲット３１の中心側に向けて延びている。中間部３４ｂには、ターゲット３１の中心に向かうほどターゲット３１の本体部３１ａに近づく傾斜３４ｄが形成されている。内側部３４ｃは、中間部の内側端から下方に延びて防着シールド３４の内側先端を構成し、ターゲット３１の本体部３１ａとターゲットクランプ３３との間の凹部３３ａに入り込むように配置され、ラビリンス構造をなす。中間部３４ｂに傾斜３４ｄが形成されていることにより、ターゲット３１の上方に防着シールド３４（中間部３４ｂ）に囲まれた空間３４ｅが形成される。
図４に示すように、防着シールド３４は、内側部３４ｃのターゲット３１（本体部３１ａおよびフランジ部３１ｂ）に対向する表面に形成された、絶縁膜３４ｆを有している。ターゲット３１に対向する表面に絶縁膜３４ｆが形成されていることにより、防着シールド３４とターゲット３１との間のマイクロアークを抑制することができる。
絶縁膜３４ｆとしては、母材である金属およびスパッタ粒子に対して密着性の良好な材料で形成されることが好ましく、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２のような酸化膜、ＡｌＮのような窒化膜を用いることができる。絶縁膜３４ｆとしては、溶射により形成された溶射皮膜を好適に用いることができる。
防着シールド３４の母材がＡｌである場合、絶縁膜３４ｆとしてはＡｌ２Ｏ３を用いることが好適である。Ａｌ２Ｏ３はＡｌに対して密着性良く形成することができる。また、Ａｌ２Ｏ３は、スパッタ粒子としてＭｇまたはＡｌを用いた場合に、スパッタ粒子を密着性良く成膜することができる。
防着シールド３４の母材がＡｌである場合、絶縁膜３４ｆとの密着性を良好にするために、図５に示すように、表面を荒らすことが好ましく、表面粗さＲａが１８～２８μｍの範囲であることが好ましい。このような表面粗さは、母材の表面にＡｌ溶射することにより実現することができる。このようにＡｌ表面に絶縁膜３４ｆとしてＡｌ２Ｏ３溶射皮膜を形成する場合には、膜厚が１５０～２５０μｍ、表面粗さＲａが２．２～４．２μｍの範囲であることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３は融点が高いので、Ｒａが１８～２８μｍと粗いＡｌ表面に形成しても、表面粗さは小さくなる。Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜の膜厚が上記範囲よりも薄いと絶縁性が失われやすく、上記範囲よりも厚いと応力により膜が剥がれやすくなる。また、表面粗さが上記範囲よりも小さいと、Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜へ付着した金属酸化膜が膜剥がれを起こしやすく、表面粗さが上記範囲よりも大きいとＡｌ２Ｏ３溶射皮膜の凹凸先端が割れてしまう。
なお、本実施形態では、ターゲットユニット３０の個数を２個として説明しているが、これに限らず、１個以上の任意の個数であってよい。
図１に示すように、ターゲット保持部３２には、電源３６が接続されている。本例では電源３６は直流電源であるが、交流電源であってもよい。電源３６からの電圧は、ターゲット保持部３２を介してターゲット３１に印加される。ターゲット保持部３２のターゲット３１とは反対側には、カソードマグネット３７が設けられている。カソードマグネット３７には、マグネット駆動部３８が接続されている。
ガス供給部４０は、ガス供給源４１と、ガス供給源４１から延びるガス供給配管４２と、ガス供給配管４２に設けられたマスフローコントローラのような流量制御器４３と、ガス導入部材４４とを有している。ガス供給源４１からは、処理容器１０内において励起されるガスとして不活性ガス、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ等の希ガス（図１はＡｒガスの例を示す）が、ガス供給配管４２およびガス導入部材４４を介して処理容器１０内に供給される。
ガス供給部４０からのガスは、処理容器１０内に供給される。供給されたガスは、電源３６からターゲット保持部３２を介してターゲット３１に電圧が印加されることにより励起され、プラズマを生成する。一方、カソードマグネット３７がマグネット駆動部３８によって駆動されると、ターゲット３１の周囲に磁界が発生し、これにより、ターゲット３１の近傍にプラズマが集中する。そして、プラズマ中の正イオンがターゲット３１に衝突することで、ターゲット３１からその構成金属がスパッタ粒子として放出され、放出された金属は基板Ｗ上に堆積される。
なお、２つの電源３６の両方から、２つのターゲット３１の両方へ電圧を印加してスパッタ粒子を放出してもよいし、いずれか一方のみに電圧を印加してスパッタ粒子を放出するようにしてもよい。
酸化ガス導入機構５０は、ヘッド部５１、移動機構５２、および酸化ガス供給部５７とを有する。ヘッド部５１は略円板状をなす。移動機構５２は、駆動装置５３と支軸５４とを有する。駆動装置５３は、処理容器１０の下方に設けられている。支軸５４は駆動装置５３から処理容器１０の底壁を貫通して延び、その先端が連結部５５の底部に接続されている。連結部５５はヘッド部５１に結合されている。
支軸５４と処理容器１０の底壁との間は、封止部材５４ａにより封止されている。封止部材５４ａとして、例えば磁性流体シールを挙げることができる。駆動装置５３は、支軸５４を回転させることにより、ヘッド部５１を、基板保持部２０直上の処理空間Ｓに存在する酸化処理位置と、図中破線で示す処理空間Ｓから離れた退避位置との間で旋回させることが可能となっている。
ヘッド部５１の内部には、円状をなすガス拡散空間５１ａと、ガス拡散空間５１ａから下方に延び、開口する複数のガス吐出孔５１ｂとが形成されている。支軸５４および連結部５５にはガスライン５６が形成されており、ガスライン５６の一端はガス拡散空間５１ａに接続されている。ガスライン５６の他端は処理容器１０の下方に存在しており、酸化ガス供給部５７が接続されている。酸化ガス供給部５７は、ガス供給源５８と、ガス供給源５８から延び、ガスライン５６に接続されるガス供給配管５９と、ガス供給配管５９に設けられたマスフローコントローラのような流量制御器５９ａとを有している。ガス供給源５８からは、酸化ガス、例えば酸素ガス（Ｏ２ガス）が供給される。酸化ガスは、基板保持部２０が酸化処理位置にあるときに、ガス供給配管５９、ガスライン５６、ガス拡散空間５１ａ、ガス吐出孔５１ｂを介して基板保持部２０に保持された基板Ｗに供給される。
ヘッド部５１には、ヒーター５１ｃが設けられている。ヒーター５１ｃは、抵抗加熱、ランプ加熱、誘導加熱、マイクロ波加熱等の種々の加熱方式が適用可能である。ヒーター５１ｃはヒーター電源（図示せず）から給電されることによって発熱する。ヒーター５１ｃは、基板に形成された金属酸化膜を結晶化させる際の第２ヒーターとして用いられる。金属がＭｇである場合には、ヒーター５１ｃは、２５０～４００℃の範囲内の温度に基板Ｗを加熱する。ヒーター５１ｃは、ヘッド部５１から酸化ガス（例えばＯ２ガス）を供給する際に、当該酸化ガスを加熱する用途にも適用することができる。これにより、金属の酸化に要する時間をより短縮することが可能となる。
仕切り部６０は、ターゲット３１を遮蔽する遮蔽部材として機能し、ターゲット３１が配置される空間（ターゲット配置空間）と基板が存在する処理空間Ｓとを仕切るものである。仕切り部６０は、第１の仕切り板６１と、第１の仕切り板６１の下方に設けられた第２の仕切り板６２とを有している。第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２は、いずれも処理容器１０の蓋部１０ｂに沿った円錐台状をなし、上下に重なるように設けられている。第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２には、ターゲット３１に対応する大きさの開口部が形成されている。また、第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２は、回転機構６３によりそれぞれ独立して回転可能となっている。そして、第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２は、回転されることにより、開口部が２つのターゲット３１に対応する位置となる開状態と、開口部が２つのターゲット３１に対応する位置以外の位置にされる閉状態（仕切り状態）とをとることが可能となっている。第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２が開状態のときは、ターゲット３１の中心と開口部の中心とが一致した状態とする。第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２が開状態となった際に、仕切り部６０による遮蔽が解除されて、スパッタリングによる基板Ｗへの金属膜の堆積が可能となる。一方、第１の仕切り板６１および第２の仕切り板６２が閉状態となった際に、ターゲット配置空間と処理空間Ｓとが仕切られる。
なお、第２の仕切り板６２は、第１の仕切り板６１を開状態としてターゲット３１をスパッタ洗浄する際に閉状態となり、ターゲット３１のスパッタ洗浄の際にスパッタ粒子が処理空間に放射されないように遮蔽する。
基板保持部２０の上方には、基板保持部２０の上面外端部から仕切り部６０の下端近傍まで達するように、遮蔽部材６５が設けられている。遮蔽部材６５は、酸化ガス導入機構５０から供給される酸化ガスがターゲット３１側へ拡散することを抑制する機能を有する。
制御部７０は、コンピュータからなり、成膜装置１の各構成部、例えば、電源３６、排気装置１２、駆動部２５、ガス供給部４０、酸化ガス導入機構５０、仕切り部６０の回転機構６３等を制御する、ＣＰＵからなる主制御部を有する。また、その他に、キーボードやマウス等の入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置を有する。制御部７０の主制御部は、記憶装置に処理レシピが記憶された記憶媒体をセットすることにより、記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいて成膜装置１に所定の動作を実行させる。
次に、以上のように構成される第１の実施形態に係る成膜装置の動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１４を開け、処理容器１０に隣接する搬送室（図示せず）から、搬送装置（図示せず）により基板Ｗを処理容器１０内に搬入し、基板保持部２０に保持させる。
そして、成膜処理を開始する。最初に、基板保持部２０上の基板Ｗ上にスパッタリングにより金属膜、例えばＭｇ膜、Ａｌ膜等を堆積させる。このとき、金属膜の堆積に先立って、成膜装置１において、図６に示すように、仕切り部６０を開状態とする。具体的には第１および第２の仕切り板６１，６２を、それらの開口部６１ａ，６２ａがターゲット３１に対応する位置となる開状態とする（開口部６１ａ，６２ａの中心と、ターゲット３１の中心を一致させる）。また、酸化ガス導入機構５０のヘッド部５１は退避位置に存在する状態とする。
スパッタリングは、具体的には以下のように行われる。まず、排気装置１２により処理容器１０内を所定の圧力に調圧しつつ、ガス供給部４０から処理容器１０内へ不活性ガス、例えばＡｒガスを導入する。次いで、電源３６からターゲット保持部３２を介してターゲット３１に電圧を印加することによりプラズマを生成するとともに、カソードマグネット３７を駆動させ磁界を発生させる。これにより、プラズマ中の正イオンがターゲット３１に衝突し、図７に示すように、ターゲット３１からその構成金属からなるスパッタ粒子Ｐが放出される。放出されたスパッタ粒子Ｐにより基板Ｗ上に金属膜が堆積される。なお、このとき、上述したように、２つのターゲット３１の両方からスパッタ粒子の放出してもよいし、いずれか一方からのみスパッタ粒子を放出するようにしてもよい。図７では、一方のターゲット３１からスパッタ粒子Ｐが放出する状態を示している。スパッタリングの際の圧力は、１×１０－５～１×１０－２Ｔｏｒｒ（１．３×１０－３～１．３Ｐａ）の範囲が好ましい。
次に、基板保持部２０に保持された基板Ｗに酸化ガス、例えばＯ２ガスを供給し、基板Ｗ上に堆積された金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する。このとき、酸化ガス導入機構５０のヘッド部５１を基板保持部２０直上の酸化処理位置に移動させ、酸化ガス導入機構５０のヘッド部５１から基板Ｗに酸化ガスを供給する。また、ヒーター２４により基板Ｗを例えば５０～３００℃の温度で加熱する。酸化膜の形成の後、ヒーター５１ｃにより基板Ｗをさらに例えば２５０～４００℃の温度に加熱して金属酸化膜を結晶化させてもよい。なお、この際の圧力は、１×１０－７～２×１０－２Ｔｏｒｒ（１．３×１０－５～２．６Ｐａ）の範囲が好ましい。
次に、スパッタリングの際に処理容器１０に供給した不活性ガスと、金属酸化膜形成の際に処理容器１０内に供給した酸化ガスを、真空排気により処理容器１０から排出する。
以上のようなスパッタリングによる金属膜の成膜と、酸化ガスによる金属膜の酸化と、処理容器１０内のガスの排出とを、１回以上の所定回数繰り返すことにより所望の膜厚の金属酸化膜を成膜する。
なお、必要に応じて、スパッタリングによる金属膜の堆積に先立って、第１の仕切り板６１を開状態とし、第２の仕切り板６２を閉状態として、ターゲット３１に電圧を印加し、ターゲット３１をスパッタ洗浄してもよい。これにより、ターゲット３１の表面の自然酸化膜は除去される。この際、スパッタ粒子は第２の仕切り板６２に堆積される。スパッタ洗浄終了後、仕切り板６２を開状態とすることにより遮蔽部６０が開状態とされ、スパッタリングによる金属膜の堆積が行われる。
本実施形態によれば、金属膜の堆積と、金属膜の酸化処理とを一つの処理容器内で行うことができるので、特許文献１の技術と同様、金属酸化膜の成膜を短時間で行うことができる。
ところで、スパッタリングで成膜を行う際、スパッタ粒子が処理容器の壁部やターゲット裏面の部材に回り込み、スパッタ粒子の付着し、処理に悪影響を与える場合がある。しかし、特許文献１には、そのようなスパッタ粒子の付着を防止する手段は記載されていない。また、特許文献２には、ターゲットの周囲に防着部材（本実施形態の防着シールドに相当）を設け、スパッタ粒子が処理容器の内面に直接付着することを防止しているが、ターゲット裏面の部材への回り込みは考慮していない。
そこで、本実施形態では、ターゲット３１の本体部３１ａの周囲に、ターゲット３１のフランジ部３１ｂ、ターゲットクランプ３３、およびターゲット保持部３２を覆うように防着シールド３４を設けた。そして、防着シールド３４の内側先端を構成する内側部３４ｃをターゲット３１の本体部３１ａとターゲットクランプ３３との間の凹部３３ａに入り込むように設け、ラビリンス構造とした。このため、ターゲット３１から放出されたスパッタ粒子が処理容器１０の内壁部のみならず、ターゲットクランプ３３やターゲット保持部３２への回り込みを有効に防止することができる。
また、防着シールド３４の中間部３４ｂに形成されている傾斜３４ｄによりターゲット３１の上方に防着シールド３４（中間部３４ｂ）に囲まれた空間３４ｅが形成される。これによりＡｒガスの圧力を高めて放電しやすくすることができる。
一方、本実施形態の場合、特許文献１の技術と同様、処理容器１０内でスパッタリング成膜と酸化処理とが行われるため、金属の堆積と酸化処理を繰り返すと、図８に示すように、ターゲット３１表面と防着シールド３４の表面に、それぞれ金属酸化膜８０、８１が付着する。
上述したように、防着シールド自体は従来から用いられているが、従来、防着シールドはＡｌ等の金属で構成されており、また、防着シールドのターゲット近傍部分の表面は、付着物が剥がれ落ちないように凹凸形状（表面積増加）にされている。例えば、Ａｌの場合、表面粗さＲａが１８～２８μｍの範囲とされる。
ターゲット３１には、表面に金属酸化膜８０が付着した状態で電圧が印加されるため、図９に示すように、ターゲット３１に供給された電子が金属酸化膜８０に蓄積（チャージアップ）する。図９のように、防着シールドとして表面が凹凸状の金属からなる従来の防着シールド３４´を用いた場合には、金属酸化膜８１が金属製の防着シールド３４´に直接付着するが、金属酸化膜８１には酸化していない導電体も含まれている。このため、ターゲット３１の金属酸化膜８０にチャージアップした電子は、金属酸化膜８１中の導電体を介して、防着シールド３４´の最も距離の近い凸部に向けて一気に開放され、局所的にアーク放電（マイクロアーク放電）Ｄが発生する（図９、１０参照）。このようなアーク放電が発生すると、スパッタ成膜の際の金属膜の厚さが低下して、同じ特性を有する素子を安定的に製造することが困難となる。
そこで、本実施形態では、防着シールド３４を、その内側部３４ｃのターゲット３１（本体部３１ａおよびフランジ部３１ｂ）に対向する表面に、絶縁膜３４ｆを有する構成とする。ターゲット３１に付着した金属酸化膜８０にチャージアップした電子は、絶縁膜３４ｆへは移動することができないため、防着シールド３４へのアーク放電を効果的に抑制することができる。
このとき、防着シールド３４の全面を絶縁膜で覆ってしまうと、スパッタリングの際のプラズマ中の電子が行き場を失って、スパッタ放電が不安定になってしまうため、絶縁膜３４ｆは防着シールド３４の一部に形成することが好ましい。
また、絶縁膜３４ｆとしては、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２のような酸化膜、ＡｌＮのような窒化膜を用いることができる。また、絶縁膜３４ｆとしては溶射皮膜であることが好ましい。防着シールド３４の母材がＡｌである場合、絶縁膜３４ｆとしてはＡｌ２Ｏ３を用いることが好適である。
実際に、防着シールドとして、Ａｌ製で、先端部の表面がＡｌ溶射により凹凸状（表面粗さＲａ＝１８～２８μｍ）とし、ターゲットの対向面に絶縁膜としてＡｌ２Ｏ３溶射皮膜を形成したものと、Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜を形成しないものを用いて実験を行った。
ターゲットとしてＭｇを用いたスパッタリングと酸化処理とを繰り返し、マイクロアークの発生回数の変化を把握した。スパッタリングは、供給電力：７００Ｗ、Ａｒガス流量：４００ｓｃｃｍ、時間：４ｓｅｃの条件で行った。また、酸化処理は、Ｏ２ガス流量：２０００ｓｃｃｍ、時間：３０ｓｅｃとした。なお、処理の際の圧力は２×１０－２Ｔｏｒｒ、温度は室温とした。その結果を図１１に示す。
図１１に示すように、Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜なしの防着シールドを用いた場合は、着火サイクルがある回数からマイクロアークの回数が急激に上昇する。これに対して、Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜なしの防着シールドを用いた場合は、マイクロアークの急激な上昇が見られないことが確認された。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記実施形態において、金属膜を成膜するスパッタリング手法は例示であり、他の手法のスパッタリングであってもよく、本開示とは異なる方法でスパッタ粒子を放出させてもよい。また、酸化ガスを基板の上方のヘッド部から基板に供給した例を示したが、これに限るものではない。
また、上記実施形態においては、成膜装置として、スパッタリングにより金属膜を成膜後、金属膜を酸化する酸化ガス導入機構を有するものを例示したが、酸化ガス導入機構を設けず、金属成膜用のものであってもよい。
さらに、上記実施形態では、防着シールドのターゲットに対向する面に絶縁膜が形成された例を示したが、防着シールドのターゲットに対向する面が絶縁体であればよく、防着シールのターゲットに対向する面を含む先端部が全て絶縁体であってもよく、金属にバルクの絶縁体を貼り合わせたものであってもよい。
１；成膜装置
１０；処理容器
１０ａ；容器本体
１０ｂ；蓋体
２０；基板保持部
３０；ターゲットユニット
３１；ターゲット
３２；ターゲット保持部
３３；ターゲットクランプ
３４；防着シールド
３４ａ；外側部
３４ｂ；中間部
３４ｃ；先端部
３４ｆ；絶縁膜
４０；ガス供給部
５０；酸化ガス導入機構
５１；ヘッド部
５７；酸化ガス供給部
６０；仕切り部
Ｗ；基板

Claims (7)

  1. 基板に金属膜を成膜する成膜装置であって、
    処理容器と、
    前記処理容器内で基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部の上方に配置されたターゲットユニットと、
    前記基板保持部に保持された基板に酸化ガスを供給する酸化ガス導入機構と、
    を有し、
    前記ターゲットユニットは、
    金属からなり、本体部と、本体部の周囲に設けられた環状をなすフランジ部とを有し、前記本体部からスパッタ粒子を放出するターゲットと、
    前記ターゲットに給電するためのターゲット電極を含み、前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、
    前記ターゲットの前記フランジ部を前記ターゲット保持部にクランプするターゲットクランプと、
    前記ターゲットの本体部の周囲に、前記フランジ部、前記ターゲットクランプ、および前記ターゲット保持部を覆うように設けられ、その内側先端が、前記ターゲットの本体部と前記ターゲットクランプの間の凹部に入り込むように突出する突出部を構成し、ラビリンス構造をなす防着シールドと、
    を有し、
    前記ターゲット電極を介して給電された前記ターゲットからその構成金属がスパッタ粒子として放出されて前記基板上に金属膜が堆積され、前記酸化ガス導入機構から導入された酸化ガスにより前記金属膜が酸化されて金属酸化膜が形成され、
    前記防着シールドは金属で構成され、当該金属の前記ターゲットに対向する面が凹凸状に形成され、成膜により前記ターゲットに付着した金属酸化膜にチャージアップした電子が前記凹凸状に形成された面の凸部に開放されて生じるマイクロアーク放電を抑制するように、前記凹凸状に形成された面に絶縁膜が形成されており、
    前記絶縁膜は、スパッタリングの際のプラズマ中の電子が前記防着シールドに移動可能なように、前記防着シールドの表面の一部に設けられている、成膜装置。
  2. 前記防着シールドは、
    前記ターゲットクランプの外側において前記ターゲット保持部に取り付けられ、前記ターゲット保持部から遠ざかるように、前記ターゲットの前記本体部の高さよりも高い位置まで延びる外側部と、
    前記外側部の内側端から前記ターゲットの中心側に向けて延び、前記ターゲットの中心に向かうほど前記ターゲットの前記本体部に近づく傾斜が形成された中間部と、
    前記中間部の内側端から下方に延び、前記凹部に入り込む前記突出部を有する内側部と、
    を有する、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記酸化ガス導入機構は、ヘッド部を有し、前記ヘッド部は、前記基板保持部直上の処理空間に存在する酸化処理位置と、前記処理空間から離れた退避位置との間で移動可能に設けられ、前記酸化処理位置にあるときに、前記基板に前記酸化ガスを供給する、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３膜、ＭｇＯ膜、ＳｉＯ２膜、ＡｌＮ膜から選択されたものである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  5. 前記絶縁膜は溶射皮膜である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記防着シールドの前記絶縁膜が形成される金属部分がＡｌであり、前記絶縁膜がＡｌ２Ｏ３溶射皮膜である、請求項５に記載の成膜装置。
  7. 前記防着シールドの前記絶縁膜が形成される金属部分の表面粗さＲａが１８～２８μｍの範囲であり、前記Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜の表面粗さＲａが２．２～４．２μｍ、前記Ａｌ２Ｏ３溶射皮膜の厚さが１５０～２５０μｍである、請求項６に記載の成膜装置。
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