JP7656466B2

JP7656466B2 - 成膜装置及び成膜方法

Info

Publication number: JP7656466B2
Application number: JP2021059617A
Authority: JP
Inventors: 昌平田辺
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2025-04-03
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022156094A

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

プロセスが半導体装置、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、光ディスクなど各種の製品の製造工程において、例えばウエーハやガラス基板等のワーク上に光学膜等の薄膜を作成することがある。薄膜は、ワークに対して金属等の膜を形成する成膜処理や、形成した膜に対してエッチング、酸化又は窒化等の膜処理等を行うことによって作成することができる。

成膜処理あるいは膜処理は様々な方法で行うことができるが、その一つとして、所定の真空度まで減圧したチャンバでプラズマを発生させ、そのプラズマを用いて処理を行う方法がある。成膜処理では、成膜材料から構成されたターゲットを配置したチャンバに不活性ガスを導入し、ターゲットに直流電圧を印加する。プラズマ化した不活性ガスのイオンをターゲットに衝突させ、ターゲットから叩き出された成膜材料をワークに堆積させて成膜を行う。このような成膜処理は、スパッタリングと呼ばれる。膜処理では、電極を配置した真空チャンバにプロセスガスを導入し、電極に高周波電圧を印加する。プラズマ化したプロセスガスのイオン、ラジカル等の活性種をワーク上の膜に衝突させる。

このような成膜と膜処理を連続して行えるように、一つのチャンバの内部に回転体である回転テーブルを取り付け、回転テーブル上方の周方向に、成膜処理部と膜処理部を複数配置した成膜装置がある。成膜処理部と膜処理部は、それぞれチャンバ内の区画に分かれて配置され、回転テーブルに保持されたワークが成膜処理部と膜処理部の直下を通過することで、ワークに光学膜等の薄膜が形成される。

上記のような成膜装置のチャンバ内の種々の箇所には、成膜処理を継続して行うに従って、成膜用のユニットから飛散した成膜材料が堆積していく。このように堆積した成膜材料が剥離すると、成膜対象となるワークが汚染されることになる。しかし、チャンバの内壁や回転テーブルに直接膜が付着した場合には、これを除去することは非常に困難である。このため、チャンバの内壁、回転テーブルの表面等を覆うように、防着板が着脱可能に設けられている。防着板は、成膜処理時に飛散する成膜材料が付着することにより、チャンバの内壁や回転テーブルの表面に成膜材料が付着することを防止する。

このような防着板は、継続して成膜処理を行った後に、付着した膜が剥離してワークを汚染することを防止するため、取り外して洗浄を行う（メンテナンスを行う）必要がある。例えば、チャンバを大気開放して、チャンバから防着板を取り外した後、表面に堆積した膜をサンドブラストによって除去し、さらに純水で洗浄する。洗浄後、乾燥させた後、真空パックした状態で成膜装置まで搬送し、開封して再び成膜装置に取り付けて、成膜を行う。洗浄、乾燥後の防着板を取り付けた時点では、防着板の内部には水分が残留しており、チャンバ内が減圧されるに従って、防着板から大量の水分が発生し続けることによる。

これに限らず、チャンバ内には様々な要因で水分が浸入する。例えば、メンテナンス等でチャンバ内を大気開放すると、大気中に含まれる水分がチャンバ内の壁や各種の部材に吸着する。ワークや当該ワークを保持するトレイ等のような、チャンバ内に搬入された搬入物に水分が付着している場合もある。

水分はチャンバ内を減圧することで徐々に蒸発し、排気されるため、このような状態は成膜を継続して行うに従って、改善されて行く。しかし、チャンバ内に装着される防着板を含めて、水分を含む部材の数量や面積は非常に大きいため、発生する水分量も多くなる。このため、短時間で完全に水分を除去して、処理に必要な真空度を得ることは困難である。例えば、成膜にとって好ましい状態になるまでには、数日から数週間かかることになる。すると、チャンバ内を大気開放してメンテナンスをした後や、防着板を交換した後は、成膜ができない期間が長期間続くことになり、生産性が低下する。

これに対処するため、チャンバ内に赤外線ランプ等の加熱装置を設ける方法（特許文献１）や、加熱したガスを導入してチャンバ内の部材を加熱して、水分の蒸発を促進させる方法（特許文献２）が提案されている。

特開２００５－３５２０１８号公報特開２０１０－２２５８４７号公報

電子デバイスの製造工程には、ドライエッチングのような、プラズマや腐食性の高いフッ素系ガスを用いたプラズマ処理装置を使用する工程が含まれる。電子デバイスを製造するチャンバ内をプラズマによるダメージやフッ素系ガスによる腐食から保護するために、プラズマ処理装置の部材、例えばチャンバ内壁や電極等の部材にイットリアとも呼ばれる酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を成膜する方法が用いられる。

イットリア膜でプラズマ処理装置の部材をコーティングするために、イットリウムを含むターゲットが配置された成膜装置を用いることが検討されている。即ち、スパッタリングによりプラズマ処理装置の部材にイットリウム膜を成膜し、部材上のイットリウム膜に酸素原子を衝突させて酸化させることで、部材表面にイットリア膜を形成することが検討されている。

ここで、スパッタリングによる成膜を行う際は、成膜装置のチャンバ内の雰囲気を高真空域に減圧する。これにより、チャンバ内に存在する不純物を減少させ、かつ平均自由行程が大きくなるように気体分子を減少させることができる。その結果、ターゲットから叩き出された成膜材料がワークに届き、安定して緻密な膜質となる。しかしながら、成膜装置のチャンバ内に水分が残った状態だと、チャンバ内の真空度が上がらない状態となり、緻密な膜質が得られなくなる虞がある。これにより、プラズマ処理装置の部材のコーティング膜として必要な耐腐食性が悪化する虞がある。

特許文献１の加熱装置を設ける方法や、特許文献２の加熱したガスを導入する方法では、成膜装置が備える複数の処理室ごとに加熱装置を設けたり、加熱した不活性ガスを導入したりする必要があり、装置構成の複雑化を招き、コストがかかるため、現実的ではない。

本発明は、上述のような課題を解決するために提案されたものであり、装置の複雑化を招くことなく、チャンバ内の水分除去を促進できる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本実施形態の成膜装置は、内部を真空とすることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、ワークを保持し、円周の軌跡で前記ワークを循環搬送させる回転テーブルと、イットリウムを含む成膜材料により成るターゲットと、前記ターゲットに電圧を印加し、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記回転テーブルに向けて前記ターゲットからイットリウム粒子を叩き出し、前記回転テーブルに保持された前記ワークにイットリウム膜を成膜する成膜処理部と、酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、酸素ガスをプラズマ化するプラズマ発生器を有し、前記ワークに成膜されたイットリウム膜を酸化させる膜処理部と、前記回転テーブル、前記成膜処理部及び前記膜処理部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ワークが保持されていない状態で前記回転テーブルを回転させ、前記ターゲットに電圧を印加させ、前記ワークが保持されていない前記回転テーブルに向けてイットリウム粒子を叩き出させること、を特徴とする。

また、本発明の成膜方法は、内部を真空とすることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、ワークを保持し、円周の軌跡で前記ワークを循環搬送させる回転テーブルと、イットリウムを含む成膜材料により成るターゲットと、前記ターゲットに電圧を印加し、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに向けて前記ターゲットからイットリウム粒子を叩き出し、前記ワークにイットリウム膜を成膜する成膜処理部と、酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、酸素ガスをプラズマ化するプラズマ発生器を有し、成膜されたイットリウム膜を酸化させる膜処理部と、を備える成膜装置を用いた成膜方法であって、前記ワークが保持されていない状態で前記回転テーブルを回転させ、前記ターゲットに電圧を印加させ、前記ワークが保持されていない前記回転テーブルに向けてイットリウム粒子を叩き出させること、を特徴とする。

本発明によれば、装置の複雑化を招くことなく、チャンバ内の水分除去を促進できる成膜装置及び成膜方法を提供できる。

本実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す透視平面図である。図１中のＡ－Ａ断面図であり、図１の実施形態の成膜装置の側面から見た内部構成の詳細図である。ゲッター材作製時のトレイを示す平面図である。ゲッター材作製のための成膜動作のフローチャートである。

本発明に係る成膜装置及び成膜方法の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面においては、理解を容易にするため、厚み、寸法、位置関係、比率又は形状等を強調して示している場合があり、本発明は、それら強調に限定されるものではない。

（構成）
図１の成膜装置１の透視平面図及び図２の断面図に示すように、成膜装置１は、スパッタリングによりワークＷ上にイットリア膜を成膜する装置である。ワークＷは、プラズマやフッ素系ガス等の腐食性ガスに晒されるために、表面をイットリア膜で保護する被処理物を指し、例えば電子デバイスに対するドライエッチングが実行されるチャンバの内壁等が挙げられる。但し、イットリア膜の成膜対象となるものであれば、形状や材質を問わず、ワークＷとすることができる。

この成膜装置１は、チャンバ１０、回転テーブル３０、成膜処理部４０、膜処理部５０、移送チャンバ７０及び制御部８０を有する。また、チャンバ１０には排気部２０が接続され、また、回転テーブル３０にはトレイ６０が着脱自在に設置され、移送チャンバ７０にはロードロック部７１が接続されている。

チャンバ１０は、内部を真空とすることが可能な円柱形状の容器であり、円盤状の天井１０ａ、円盤状の内底面１０ｂ、及び環状の内周面１０ｃにより形成されている。チャンバ１０には排気部２０が接続されている。排気部２０は配管及び図示しないポンプ、バルブ等を有する。排気部２０による排気により、チャンバ１０内は減圧されて真空になる。

回転テーブル３０は、ワークＷをその上面に載せて、円周軌跡Ｌに沿って巡回搬送する搬送手段であり、チャンバ１０の内底面１０ｂに確保された円柱状の空間に配置されている。回転テーブル３０は、チャンバ１０と同心円状に拡がる円盤形状を有し、内周面１０ｃと接触しない程度に、チャンバ１０内に大きく拡がっている。この回転テーブル３０はモータ３１に軸支され、回転テーブル３０の円中心を回転軸として、所定の回転速度で連続的に回転する。

回転テーブル３０は、金属製であり、例えばステンレス鋼の板状部材の表面に酸化アルミニウムを溶射したものとすることができる。回転テーブル３０の上面には、円周等配位置で複数の保持部３２が配設されている。保持部３２は、溝、穴、突起、治具、ホルダ等であり、ワークＷを載せたトレイ６０をメカチャック、粘着チャック等によって保持する。例えば、トレイ６０は、回転テーブル３０上に６０°間隔で６つ配設される。但し、同時に搬送されるワークＷ、トレイ６０の数は、これには限定されない。ワークＷが載置されたトレイ６０は、移送チャンバ７０から搬入されて、この回転テーブル３０に設置される。

移送チャンバ７０は、ワークＷを保持したトレイ６０がチャンバ１０に搬入される前に収容される通路である。移送チャンバ７０は、ゲートバルブＧＶ１を介してチャンバ１０に接続されている。移送チャンバ７０の内部空間には、図示はしないが、ワークＷをチャンバ１０との間で搬入、搬出するための搬送手段が設けられている。移送チャンバ７０は、図示しない真空ポンプの排気によって減圧されており、搬送手段によってチャンバ１０の真空を維持した状態で、未処理のワークＷを搭載したトレイ６０を、チャンバ１０内に搬入し、処理済みのワークＷを搭載したトレイ６０をチャンバ１０から搬出する。

移送チャンバ７０には、ゲートバルブＧＶ２を介して、ロードロック部７１が接続されている。ロードロック部７１は、移送チャンバ７０の真空を維持した状態で、図示しない搬送手段によって、外部から未処理のワークＷを搭載したトレイ６０を、移送チャンバ７０内に搬入し、処理済みのワークＷを搭載したトレイ６０を移送チャンバ７０から搬出する装置である。なお、ロードロック部７１は、図示しない真空ポンプの排気によって減圧される。移送チャンバ７０から回転テーブル３０上に載せられたワークＷは、回転テーブル３０の回転に伴って円周軌跡Ｌに沿って、成膜処理部４０と膜処理部５０を通過する。

成膜処理部４０は、円周軌跡Ｌに沿って三箇所に配置されている。各成膜処理部４０は、プラズマを生成し、ターゲット４１２を該プラズマに曝す。これにより、成膜処理部４０は、プラズマに含まれるイオンをターゲット４１２に衝突させて、ターゲット４１２から叩き出された粒子をワークＷ上に堆積させる成膜を行う。この成膜処理部４０は、ターゲット４１２、バッキングプレート４１３及び電極４１４で構成されるスパッタ源と、電源部４１６とスパッタガス導入部４１９で構成されるプラズマ発生器を備える。

ターゲット４１２は、イットリウムを含む成膜材料で構成された板状部材である。ターゲット４１２は、ワークＷが搬送される円周軌跡Ｌに、離隔して設けられている。ターゲット４１２の表面は、回転テーブル３０に載置されたワークＷに対向するように、チャンバ１０の天井１０ａに保持されている。ターゲット４１２は、平面視で三角形の頂点上に並ぶ位置に３つ設けられている。

バッキングプレート４１３はターゲット４１２を保持する支持部材である。このバッキングプレート４１３は各ターゲット４１２を個別に保持する。電極４１４は、チャンバ１０の外部から各ターゲット４１２に個別に電力を印加するための導電性の部材であり、ターゲット４１２と電気的に接続されている。各ターゲット４１２に印加する電力は、個別に変えることができる。その他、スパッタ源には、必要に応じてマグネット、冷却機構などが適宜具備されている。

電源部４１６は、例えば、高電圧を印加するＤＣ電源であり、電極４１４と電気的に接続されている。電源部４１６は、電極４１４を通じてターゲット４１２に電圧を印加する。回転テーブル３０は、接地されたチャンバ１０と同電位であり、ターゲット４１２側に高電圧を印加することにより、電位差が発生する。なお、電源部４１６は、高周波スパッタを行うためにＲＦ電源とすることもできる。

スパッタガス導入部４１９は、チャンバ１０にスパッタガスＧ１を導入する。スパッタガス導入部４１９は、図示しないボンベ等のスパッタガスＧ１の供給源と、配管４１８と、ガス導入口４１７を有する。配管４１８は、スパッタガスＧ１の供給源に接続されてチャンバ１０を気密に貫通し、チャンバ１０の内部に延び、その端部がガス導入口４１７として開口している。ガス導入口４１７は、回転テーブル３０とターゲット４１２との間に開口し、回転テーブル３０とターゲット４１２との間に形成された処理空間４１に成膜用のスパッタガスＧ１を導入する。スパッタガスＧ１としては希ガスが採用でき、アルゴン（Ａｒ）ガス等が好適である。

このような成膜処理部４０では、スパッタガス導入部４１９からスパッタガスＧ１を導入し、電源部４１６が電極４１４を通じてターゲット４１２に高電圧を印加する。すると、処理空間４１に導入されたスパッタガスＧ１がプラズマ化し、イオン等の活性種が発生する。プラズマ中のイオンは、ターゲット４１２と衝突して成膜材料のイットリウム粒子を叩き出す。ターゲット４１２から叩き出されたイットリウム粒子は、ワークＷが回転テーブル３０の回転に伴って成膜処理部４０の真下を通過するときにワークＷ上に堆積していく。これにより、イットリウム粒子による膜がワークＷ上に形成される。ワークＷは、回転テーブル３０によって循環搬送され、成膜処理部４０を繰り返し通過することで成膜処理が行われていく。

尚、各成膜処理部４０の処理空間４１は、ターゲット４１２の孔が開けられたボックス型シールド部材１１によって囲まれており、ボックス型シールド部材１１は、成膜材料及びスパッタガスＧ１がチャンバ１０内に拡散することを抑制している。ボックス型シールド部材１１は、回転テーブル３０の平面と平行に配置された環状扇形（annular sector）の板状体を天井とした環状扇型の箱であり、回転テーブル３０に向けて、環状扇形の天井の外周孤から延びる外周壁と、環状扇形の天井の内周孤から延びる内周壁と、環状扇形の天井の半径に沿った辺から延びる側面壁とによって画成され、天井とは反対の回転テーブル３０に向く面が開口している。ボックス型シールド部材１１の下端と回転テーブル３０との間には、回転テーブル３０上に載せたワークＷが通過可能な間隔が形成されている。

膜処理部５０は、円周軌跡Ｌ上の一箇所に割り当てられている。この膜処理部５０は、筒状体５１、窓部材５２、アンテナ５３、ＲＦ電源５４、マッチングボックス５５及び酸素ガス導入部５６により構成されるプラズマ発生器を有する。

筒状体５１は、膜処理が行われる空間である処理空間５９の周囲を覆う部材である。筒状体５１は、図１及び図２に示すように水平断面が角丸長方形状の筒であり、開口を有する。筒状体５１は、その開口が回転テーブル３０側に離隔して向かうように、チャンバ１０の天井１０ａに嵌め込まれ、チャンバ１０の内部空間に突出している。筒状体５１は、回転テーブル３０と同様の金属製である。処理空間５９は、回転テーブル３０と筒状体５１の内部との間に形成される。処理空間５９を、回転テーブル３０によって循環搬送されるワークＷが繰り返し通過することで、膜処理が行われる。

窓部材５２は、筒状体５１の水平断面と略相似形の石英等の誘電体の平板である。この窓部材５２は、筒状体５１の開口を塞ぐように設けられ、チャンバ１０内のプロセスガスＧ２が導入される処理空間５９と筒状体５１の内部とを仕切る。なお、窓部材５２は、アルミナ等の誘電体であってもよいし、シリコン等の半導体であってもよい。

アンテナ５３は、コイル状に巻回された導電体であり、窓部材５２によってチャンバ１０内の処理空間５９とは隔離された筒状体５１の内部空間に配置され、交流電流が流されることで電界を発生させる。アンテナ５３から発生させた電界が窓部材５２を介して処理空間５９に効率的に導入されるように、アンテナ５３は窓部材５２の近傍に配置されることが望ましい。アンテナ５３には、高周波電圧を印加するＲＦ電源５４が接続されている。ＲＦ電源５４の出力側には整合回路であるマッチングボックス５５が接続されている。マッチングボックス５５は、入力側及び出力側のインピーダンスを整合させることで、プラズマの放電を安定化させる。

酸素ガス導入部５６は、処理空間５９にプロセスガスＧ２を導入する。酸素ガス導入部５６は、図示しないボンベ等のプロセスガスＧ２の供給源と、配管５７とを有する。配管５７は、プロセスガスＧ２の供給源に接続されて、チャンバ１０を気密に封止しつつ貫通してチャンバ１０の内部に延び、その端部がガス導入口５８として開口している。ガス導入口５８は、窓部材５２と回転テーブル３０との間の処理空間５９に開口し、プロセスガスＧ２を導入する。プロセスガスＧ２は、酸素（Ｏ_２）ガスとアルゴンガス等の希ガスを含む混合ガスである。

このような膜処理部５０では、ＲＦ電源５４からアンテナ５３に高周波電圧が印加される。これにより、アンテナ５３に高周波電流が流れ、電磁誘導による電界が発生する。電界は、窓部材５２を介して処理空間５９に発生し、プロセスガスＧ２をプラズマ化し、誘導結合プラズマを発生させる。このプラズマによって、酸素イオンを含む酸素の化学種が発生し、ワークＷ上のイットリウム膜に衝突することにより、イットリウム原子と結合する。その結果、ワークＷ上のイットリウム膜は酸化されてイットリア（酸化イットリウム）膜となる。ワークＷは、回転テーブル３０によって循環搬送されてチャンバ１０内を何度も周回することで、成膜処理部４０と膜処理部５０を交互に巡回して通過することになり、ワークＷ上で成膜と膜処理が交互に繰り返されて所望の厚みの膜が成長していく。

このような成膜装置１では、チャンバ１０内に防着板１２が着脱可能に設けられている。防着板１２は、成膜処理部４０から飛散する成膜材料のチャンバ１０内への付着を防止している。防着板１２は、例えば、金属製の板である。防着板１２の表面には、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金のプラズマ溶射膜が形成され、表面がサンドブラスト等により粗面化されている。これにより、付着して堆積した膜との密着性を高めて、膜材料の剥離を抑制している。

防着板１２は、複数を組み合わせることによって、例えば、チャンバ１０の内周面１０ｃを覆うように配置されている。また、図示はしないが、回転テーブル３０上にも、トレイ６０以外の箇所に、防着板１２が配置されている。ボックス型シールド部材１１の周面にも防着板１２が配置されている。更に、成膜処理部４０の処理空間４１のターゲット４１２の周辺にも、防着板１２が設けられている。このように、防着板１２は、成膜材料が付着する可能性のある場所に適宜配置されている。

この防着板１２は、チャンバ１０を開放することで取り外され、メンテナンスされる。チャンバ１０の天井１０ａは、側壁１０ｃに着脱可能に設けられている。天井１０ａは、図示しないＯリング等の封止部材を介して装着されることにより、チャンバ１０内が密閉される。天井１０ａを取り外すことにより、チャンバ１０の内部の清掃等を含むメンテナンスが可能となる。即ち、この防着板１２を取り外し、表面に堆積した膜をサンドブラストによって除去し、さらに純水で洗浄する。洗浄後、乾燥させた後、防着板１２は真空パックされた状態で成膜装置１まで搬送され、開封されて再び成膜装置１に取り付けられる。

このような成膜装置１の各種要素は、制御部８０によって制御される。この制御部８０は、ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）や、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を含む処理装置であり、制御内容を記述したプログラム、設定値、しきい値等が記憶されている。

制御部８０の制御態様としては、少なくとも本稼働モード及びゲッター材作製モードがあり、制御部８０はモードに応じて、排気部２０、スパッタガス導入部４１９、酸素ガス導入部４２８、電源部４１６、ＲＦ電源４２４、回転テーブル３０、移送チャンバ７０など、成膜装置１を構成する各種要素を制御する。本稼働モードとゲッター材作製モード以外の動作モードがあってもよい。

本稼働モードは、ワークＷに対してイットリア膜を成膜する。ゲッター材作製モードは、ワークＷがチャンバ１０内に未搬入の状態で実行され、チャンバ１０内にゲッター材を作製する。ゲッター材は、水分を吸着するゲッター効果が生じる部材であり、成膜装置１が制御部８０の制御下で回転テーブル３０上に作製する。このゲッター材は、例えば、ワークＷにイットリア膜を成膜する際に回転テーブル３０に設置されるトレイ６０である。ワークＷを未保持のトレイ６０に対して、ワークＷに対する成膜材料と同じイットリウム膜を成膜することにより、トレイ６０はゲッター材となる。

但し、トレイ６０の模式的な斜視図である図３に示すように、トレイ６０の表面にはワークＷの形状に合致した凹部６１が形成されている。ワークＷは、この凹部６１に嵌め込まれることで、トレイ６０に保持される。トレイ６０に対してイットリウム膜を成膜する際には、トレイ６０の凹部６１に平板６２が嵌め込まれる。平板６２は凹部６１と同形同大であり、凹部６１との間にイットリウム粒子が入り込む余地を与えない。この平板６２が凹部６１に嵌め込まれることにより、ワークＷと接触する凹部６１にはイットリウム膜が成膜されない。そのため、イットリウム膜が成膜されたトレイ６０の凹部６１にワークＷを嵌め込んだときに、イットリア膜を成膜することを目的とするワークＷがイットリウムで金属汚染されずに済む。

図４は、ゲッター材作製モードで各種要素を制御する制御部８０の制御を含む成膜動作を示すフローチャートである。まず、ゲッター材作製モードに移る前に、チャンバ１０内のメンテナンスが実行される（ステップＳ０１）。メンテナンスでは、チャンバ１０が大気開放され、チャンバ１０から防着板１２が取り外され、チャンバ１０内に新たな防着板１２又は洗浄後の防着板１２が設置される。

次に、平板６２を凹部６１に嵌め込む（ステップＳ０２）。そして、ワークＷを設置せずに平板６２を嵌め込んだトレイ６０を、移送チャンバ７０を介してチャンバ１０内に搬入する（ステップＳ０３）。そして、これらトレイ６０を回転テーブル３０上に円周等配位置で並べていく（ステップＳ０４）。即ち、回転テーブル３０は、空の保持部３２を、順次、移送チャンバ７０からの搬入箇所に移動させる。保持部３２は、搬送手段により搬入されたトレイ６０を、それぞれ個別に保持する。このようにして、ワークＷの代わりに平板６２が嵌め込まれたトレイ６０が、回転テーブル３０上に全て載置される。

ここから制御部８０のゲッター材作製モードに移り、制御部８０は、排気部２０を稼働させてチャンバ１０を所定の圧力まで減圧させる（ステップＳ０５）。そして、制御部８０は、回転テーブル３０を制御し、トレイ６０を載せた回転テーブル３０を所定の回転速度で回転させる（ステップＳ０６）。

回転テーブル３０の回転が所定の回転速度に達すると、制御部８０は、成膜処理部４０のスパッタガス導入部４１９を制御し、成膜処理部４０の処理空間４１が所定の処理圧力に到達するまで、ガス導入口４１７を通じてアルゴンガス等のスパッタガスＧ１を、ターゲット４１２と回転テーブル３０の間に供給させる（ステップＳ０７）。

成膜処理部４０の処理空間４１内がスパッタガスＧ１によって所定の処理圧力に達すると、制御部８０は、電源部４１６を制御し、電極４１４を通じて、イットリウムを成膜材料として含むターゲット４１２に電圧を印加する（ステップＳ０８）。これにより、スパッタガスＧ１をプラズマ化させる。プラズマにより発生したイオンは、ターゲット４１２に衝突してイットリウム粒子を叩き出す。成膜処理部４０を通過するトレイ６０の表面には、その通過毎にイットリウム粒子が堆積して、イットリウム膜が成膜される。尚、このゲッター材作製モードにおいては、膜処理部５０は稼働させない。すなわち、トレイ６０は、膜処理部５０によって膜処理されることなく、膜処理部５０が配置された区画を通過する。

制御部８０は、トレイ６０に成膜されるイットリウム膜が所定の膜厚に到達したか判断する（ステップＳ０９）。所定の膜厚は、これに限られないが２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満が好ましい。

所定の膜厚について、トレイ６０上に成膜したイットリウム膜の膜厚と、チャンバ１０内の真空度との関係は、下表１の通りである。表１中、チャンバ１０内の各真空度は、メンテナンス後再度真空引きし、０ｎｍ～３００ｎｍの各膜厚のイットリウム膜が成膜された各トレイ６０をチャンバ１０内に放置し、放置開始から１２時間程度経過したタイミングで測定された。表１中、０ｎｍとは、イットリウム膜が未成膜のトレイ６０をチャンバ１０内に放置したことを示す。

表１に示すように、２００ｎｍ以上の膜厚の方が、２００ｎｍ未満の膜厚よりもチャンバ１０内の圧力が下がった、換言すると真空度が高くなった。即ち、チャンバ１０内の水分分圧が下がった。また、３００ｎｍ以上の膜厚でイットリウム膜が成膜されたトレイ６０をチャンバ１０内に配置しても、これ以上真空度は高くならなかった。したがって、イットリウム膜の膜厚は、２００ｎｍ以上が好ましく、ターゲット４１２の消耗を防ぐために３００ｎｍ未満が好ましい。

イットリウム膜の膜厚は、例えば、目標膜厚に到達するまでの成膜時間を予めシミュレーション、演算又は段差計による実測等により求めておいて、成膜累積時間に基づいて推定してもよい。

トレイ６０に成膜されるイットリウム膜が所定の膜厚に到達すると（ステップＳ０９，Ｙｅｓ）、制御部８０は、電源部４１６を制御し、電極４１４を通じたターゲット４１２への電圧印加を停止させる（ステップＳ１０）。そして、成膜処理部４０のスパッタガス導入部４１９を制御し、ガス導入口４１７を通じたスパッタガスＧ１の供給を停止させる（ステップＳ１１）。更に、制御部８０は、回転テーブル３０を制御し、トレイ６０を載せた回転テーブル３０の回転を停止させる（ステップＳ１２）。尚、トレイ６０に成膜されるイットリウム膜が所定の膜厚に満たない間は（ステップＳ０９，Ｎｏ）、ターゲット４１４への電圧印加の停止、スパッタガスＧ１の供給の停止及び回転テーブル３０の回転停止の制御は行わない。即ち、ターゲット４１４への電圧印加、スパッタガスＧ１の供給及び回転テーブル３０の回転を維持させておく。

これにより、トレイ６０と当該トレイ６０に成膜されたイットリウム膜により成るゲッター材が作製される。このゲッター材はＯ_２、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ等の水分関連成分をゲッター効果により吸着し、チャンバ１０内の水分分圧を下げる機能を有する。ゲッター効果とは、真空中の化学反応により気体分子を吸着する効果である。チャンバ１０内の回転テーブル３０上に、このようなゲッター材が保持されていることにより、成膜処理部４０だけでなく、膜処理部５０や他の箇所に亘って、チャンバ１０内の水分分圧を下げることができる。

また、このトレイ６０は、平板６２が外され、本稼働モードでワークＷにイットリア膜を成膜する際に使用される。即ち、ワークＷは、凹部６１を除いてイットリウム膜が成膜されたトレイ６０に保持されてチャンバ１０内に搬入され、成膜処理部４０及び膜処理部５０を通過し、イットリア膜が成膜される。

尚、このゲッター材作製のための成膜動作において、大気開放してメンテナンスを行った後、ゲッター材の作製に移る前にチャンバ１０内の予備加熱を行ってもよい。まず、ゲートバルブＧＶ２を閉じた状態で、チャンバ１０と移送チャンバ７０との間のゲートバルブＧＶ１が開き、排気部２０による排気を開始させる。これにより、チャンバ１０内と移送チャンバ７０内が減圧される。移送チャンバ７０は冷却機構を備え、冷却機構は氷点下の極低温まで冷却されている。そして、膜処理部５０の酸素ガス導入部５６が、アルゴンガスと酸素ガスの導入を開始し、プラズマ発生器のＲＦ電源５４がＯＮになり、処理空間５９に導入されたプロセスガスＧ２がプラズマ化する。プラズマの熱により、処理空間５９を通過する回転テーブル３０が輻射熱によって加熱され、更に回転テーブル３０を通じてチャンバ１０内が加熱される。この予備加熱により、チャンバ１０内の部材に吸着した水分が脱離し、移送チャンバ７０の冷却機構に吸着することで、チャンバ１０内から水分を排出し、チャンバ１０内の水分分圧を減少させることができる。

（作用効果）
以上のように、本実施形態の成膜装置１は、チャンバ１０と回転テーブル３０と成膜処理部４０と膜処理部５０と制御部８０を備えるようにした。チャンバ１０は、内部を真空とすることが可能となっている。回転テーブル３０は、チャンバ１０内に設けられ、ワークＷを保持し、円周軌跡ＬでワークＷを循環搬送させる。成膜処理部４０は、イットリウムを含む成膜材料により成るターゲット４１２と、ターゲット４１２と回転テーブル３０との間に導入されるスパッタガスＧ１をプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、ターゲット４１２に電圧を印加し、回転テーブル３０に向けてターゲット４１２からイットリウム粒子を叩き出し、回転テーブル３０に保持されたワークＷにイットリウム膜を成膜する。膜処理部５０は、酸素ガスを導入する酸素ガス導入部５６と、酸素ガスをプラズマ化するプラズマ発生器を有し、ワークＷに成膜されたイットリウム膜を酸化させる。

そして、制御部８０は、回転テーブル３０、成膜処理部４０及び膜処理部５０の動作を制御する。この制御部８０は、ワークＷが保持されていない状態で回転テーブル３０を回転させ、成膜処理部４０のプラズマ発生器にスパッタガスをプラズマ化させ、ターゲット４１２に電圧を印加させ、ワークＷが保持されていない回転テーブル３０に向けてイットリウム粒子を叩き出させるようにした。

これにより、ワークＷを保持していない状態で、回転テーブル３０に設置されているトレイ６０にイットリウム膜が成膜される。このトレイ６０は、水分を吸着するゲッター材となり、ワークＷにイットリア膜を成膜する前にチャンバ１０内を循環搬送される。そのため、チャンバ１０内の各所に加熱部を配置することで装置構成の複雑化を招くこと無く、チャンバ１０内の各所で水分を除去でき、チャンバ１０内の真空度を高くすることができる。尚、回転テーブル３０に設置可能な部材であれば、トレイ６０に限らず、イットリウム膜を成膜してゲッター材にしてもよい。例えば、回転テーブル３０の表面にイットリウム膜を成膜し、回転テーブル３０をゲッター材にしてもよい。また、例えば、ゲッター材は、トレイのようなワークＷを保持する部材ではなく、単に板状の部材としてもよい。

また、トレイ６０には、ワークＷが嵌め込まれる凹部６１が形成されている。トレイ６０をゲッター材として用いる場合、凹部６１には平板６２を嵌め込んでおき、制御部８０は、ワークＷの代わりに平板６２が凹部６１に嵌め込まれたトレイ６０が載置された回転テーブル３０を回転させるようにした。これにより、ワークＷが嵌め込まれる凹部６１にはイットリウム膜は成膜されない。そのため、ワークＷをトレイ６０に嵌め込んだとき、イットリウム膜とワークＷが接触して、ワークＷが金属汚染される虞を低減できる。

（他の実施形態）
本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。

１成膜装置
１０チャンバ
１０ａ天井
１０ｂ内底面
１０ｃ内周面
１１ボックス型シールド部材
１２防着板
２０排気部
３０回転テーブル
３１モータ
３２保持部
４０成膜処理部
４１処理空間
４１２ターゲット
４１３バッキングプレート
４１４電極
４１６電源部
４１７ガス導入口
４１８配管
４１９スパッタガス導入部
５０膜処理部
５１筒状体
５２窓部材
５３アンテナ
５４ＲＦ電源
５５マッチングボックス
５６酸素ガス導入部
５７配管
５８ガス導入口
５９処理空間
６０トレイ
６１凹部
６２平板
７０移送チャンバ
７１ロードロック部
８０制御部

Claims

内部を真空とすることが可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、ワークを保持し、円周の軌跡で前記ワークを循環搬送させる回転テーブルと、
イットリウムを含む成膜材料により成るターゲットと、前記ターゲットに電圧を印加し、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記回転テーブルに向けて前記ターゲットからイットリウム粒子を叩き出し、前記回転テーブルに保持された前記ワークにイットリウム膜を成膜する成膜処理部と、
酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、酸素ガスをプラズマ化するプラズマ発生器を有し、前記ワークに成膜されたイットリウム膜を酸化させる膜処理部と、
前記回転テーブル、前記成膜処理部及び前記膜処理部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ワークが保持されていない状態で前記回転テーブルを回転させ、前記ターゲットに電圧を印加させ、前記ワークが保持されていない前記回転テーブルに向けてイットリウム粒子を叩き出させること、
を特徴とする成膜装置。
前記制御部は、前記ワークが保持されている状態で前記成膜処理部及び前記膜処理部の動作を制御する本稼働モードと、前記ワークが保持されていない状態で前記成膜処理部及び前記膜処理部の動作を制御するゲッター材作製モードとを有すること、
を特徴とする請求項１記載の成膜装置。
前記回転テーブル上に載置され、前記ワークを保持するトレイを備え、
前記制御部は、前記ワークを保持していない状態の前記トレイが載置された前記回転テーブルを回転させ、前記ターゲットに電圧を印加させ、前記トレイにイットリウム膜を成膜させること、
を特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
前記トレイは、前記ワークが嵌め込まれる凹部を有し、
前記制御部は、前記トレイにイットリウム膜を成膜させる際、前記ワークの代わりに平板が前記凹部に嵌め込まれた前記トレイが載置された前記回転テーブルを回転させること、
を特徴とする請求項３記載の成膜装置。
表面にイットリウム膜が成膜され、且つ前記ワークを保持した状態の前記トレイを前記回転テーブルに載せ、前記成膜処理部で前記ワークにイットリウム膜を成膜し、前記膜処理部で前記ワークに成膜されたイットリウム膜を酸化させること、
を特徴とする請求項３又は４記載の成膜装置。
内部を真空とすることが可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、ワークを保持し、円周の軌跡で前記ワークを循環搬送させる回転テーブルと、
イットリウムを含む成膜材料により成るターゲットと、前記ターゲットに電圧を印加し、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに向けて前記ターゲットからイットリウム粒子を叩き出し、前記ワークにイットリウム膜を成膜する成膜処理部と、
酸素ガスを導入する酸素ガス導入部と、酸素ガスをプラズマ化するプラズマ発生器を有し、成膜されたイットリウム膜を酸化させる膜処理部と、
を備える成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記ワークが保持されていない状態で前記回転テーブルを回転させ、前記ターゲットに電圧を印加させ、前記ワークが保持されていない前記回転テーブルに向けてイットリウム粒子を叩き出させること、
を特徴とする成膜方法。
表面にイットリウム膜が成膜され、且つ前記ワークを保持した状態のトレイを前記回転テーブルに載せ、前記成膜処理部で前記ワークにイットリウム膜を成膜し、前記膜処理部で前記ワークに成膜されたイットリウム膜を酸化させること、
を特徴とする請求項６記載の成膜方法。