JP2001085332A - 遮蔽板、遮蔽器、半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
遮蔽板、遮蔽器、半導体製造装置および半導体装置の製造方法Info
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Abstract
りにくく、たとえこの膜が剥がれても基板の上に落ちな
い半導体製造装置を提供する。 【解決手段】 遮蔽板1、2、3に開けられた開口の径
を、カソード51、52、53に近いほど大きくする。
このことによって、スパッタ粒子の指向性を落とすこと
なく遮蔽板1、2、3に付着するスパッタ膜101、1
02、103の膜厚が均等に薄くなる。さらに、遮蔽板
1、2、3の開口の周辺部をカソード側に曲げる。この
ことによって、遮蔽板1、2、3上の膜101、10
2、103の付着する面積が増え堆積する膜厚が薄くな
る。また、剥がれた膜は曲げた周辺部を越えられない。
Description
や真空蒸着装置等のPVD法による半導体製造装置に係
わり、特に遮蔽板の洗浄頻度を低くすることができるマ
ルチカソードスパッタリング装置とその遮蔽板、遮蔽器
と半導体装置の製造方法に関する。
の縮小化と配線の多層化によって、層間接続孔のアスペ
クト比(接続孔深さ/孔径)がますます大きくなり、通
常のスパッタリング法による埋め込みが困難になってき
ている。従来は通常のスパッタリング法に比べターゲッ
トと基板との距離を伸ばしたロングスロースパッタリン
グ法を用いていた。スパッタリングされた粒子の基板に
直進した成分のみで成膜するので、層間接続孔内でも成
膜が可能になり、膜のカバレッジも信頼性が確保できる
所定の水準に達していた。しかし、ロングスロースパッ
タリング法は原理的に基板の周辺部に位置する層間接続
孔内の膜のカバレッジに非対称性が生じるという問題が
あった。また基板全面の膜厚の均一性を高く維持するの
は難しいという問題があった。今後、基板であるシリコ
ンウェーハの大口径化によって、成膜時の均一性および
カバレッジの非対称性はますます問題となると考えられ
る。
て、チャンバ内に各々ターゲットを持つ複数のカソード
を備えたマルチカソードスパッタリング装置が特開平1
0−121235号と特開平11−29859号公報に
提案されている。マルチカソードスパッタリング装置で
は、各カソードからスパッタリングされた粒子によって
カソード直下の領域にしか成膜されないように遮蔽板が
設けられており、膜のカバレッジの非対称性が生じなく
なっている。
ング装置の成膜時の状態図である。チャンバー5には3
個のカソードに取り付けられた3個のターゲット41、
42、43が設けてある。ターゲット41、42、43
に対向して基板8が載置される。ターゲット41、4
2、43と基板8の間にはそれぞれターゲット41、4
2、43に対応した開口を有する遮蔽板71、72、7
3が設けてある。開口の径はターゲット41、42、4
3の径より大きい。真空排気口6には図示されない真空
ポンプがつなげられている。
まで真空引きし、ガス導入口7よりArガスがスパッタ
圧力まで導入される。その後、電源61、62、63で
各カソードに所定の電力を投入する事により、ターゲッ
ト41、42、43上でプラズマが生成させ、ターゲッ
ト41、42、43から粒子をスパッタリングさせる。
スパッタリングされた粒子は、遮蔽板71、72、73
に開けられた開口を通過し、対向した基板8に膜が堆積
する。
3でスパッタリングされた粒子はコサイン則でターゲッ
トの法線方向からある角度を持って直進する。大きな角
度を持った粒子は遮蔽板71、72、73に衝突して付
着してしまい、基板8まで到達できない。基板8へは幾
何学的に到達可能な法線方向からの粒子のみが到達する
こととなり、段差部や接続孔の上部でのオーバーハング
が抑制され、カバレッジの良い異方性成膜ができ、かつ
カバレッジの非対称性を解消できる。また個々のカソー
ド間の電力を変えることによって、カバレッジおよび膜
厚のウェーハ面内の均一性を向上させることができる。
近い遮蔽板71の開口の周辺部のみに粒子が付着するの
でこの部分の膜が厚くなりやすく、膜厚がある膜厚より
厚くなるとこの膜が剥がれて基板8の上に落ちてパーテ
ィクルの発生原因になるという問題があった。このため
遮蔽板71上の膜を除去するための遮蔽板71の洗浄頻
度が著しく高くなり装置としての利用効率を落とすとい
う問題も生じた。この膜剥がれは窒化チタン(TiN)
や窒化タンタル(TaN)といった応力の大きな膜でよ
り顕著であり、マルチカソードスパッタリング装置の生
産性を著しく落としていた。
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
付着するスパッタリング膜が厚くなりにくい遮蔽板を提
供することにある。
リング膜が剥がれても基板の上に落ちない遮蔽板を提供
することにある。
膜が厚くなりにくい遮蔽器を提供することにある。
膜が剥がれても基板の上に落ちない遮蔽器を提供するこ
とにある。
タリング膜が厚くなりにくい半導体製造装置を提供する
ことにある。
タリング膜が剥がれても基板の上に落ちない半導体製造
装置を提供することにある。
るスパッタリング膜が厚くなりにくい半導体装置の製造
方法を提供することにある。
解決するための本発明の第1の特徴は、複数の円形の開
口が設けられた平板と、この平板の上に設けられ開口と
同形の下部開口面が開口に重なり、上部開口面が円形で
下部開口面より小さく、上部開口面の円の中心を通る法
線と下部開口面の円の中心を通る法線とが一致し平板の
法線に平行であり、開口と同数である円筒とを有する遮
蔽板であることである。このことにより、遮蔽板の円筒
の側面にスパッタ膜が付着するので、付着する表面積が
増え、堆積する膜が分散付着し堆積する膜厚が薄くな
る。膜剥がれが発生までの期間が長くなり、パーティク
ルの発生が抑制され、遮蔽板のライフがさらに延長され
る。さらに、遮蔽板表面で膜剥がれが発生した場合で
も、剥がれた膜は筒の側面を越えられず遮蔽板で受け止
められる構造であるため、基板にパーティクルが落下す
ることがない。遮蔽板に開けられた開口の直上のターゲ
ットに隣接するターゲットからのスパッタ粒子を遮断す
る効果が大きくなり、指向性、面内均一性が向上する。
また隣接されたターゲットより、放出される粒子は遮蔽
板に対しして直角近傍の方向から付着するため、付着強
度が強く、膜剥がれが生じにくくなる。
部開口面と側壁の一部が重なっており、他方の円筒の内
側に位置する側壁が除去されていることにより効果的で
ある。
の間隔を円筒の形状によらず任意に設定することができ
る。
とにより効果的である。このことにより、スパッタリン
グ装置内で容易に遮蔽板を回転させることができ、基板
面内のスパッタ膜の膜厚の均一性を向上させることがで
きる。
を有する平板である第1の遮蔽板と、第1の遮蔽板の平
板と平行な平板であり、第1の遮蔽板の開口と同数で第
1の遮蔽板の開口より小さい円形の開口を有し、この開
口の円の中心を通る法線と第1の遮蔽板が有する開口の
円の中心を通る法線とが一致する第2の遮蔽板とを有す
る遮蔽器であることである。このことにより、遮蔽板に
開口されている穴がカソードに近い穴から順に小さくな
るように遮蔽器をスパッタリング装置に配置すれば、遮
蔽板に捕獲された粒子の量は遮蔽板の間で平均化され、
遮蔽板から膜剥がれが発生するまで処理できる基板の枚
数が、従来の同じ開口径を持つ3枚の遮蔽板に比べ改善
できる。遮蔽板の洗浄サイクルを延ばすことができる。
板が円板であり、第2の遮蔽板の平板が、第1の遮蔽板
の円板の直径と直径が等しい円板であり、この円板の中
心を通る法線と第1の遮蔽板の円板の中心を通る法線と
が一致することにより効果的である。このことにより、
スパッタリング装置内で容易に遮蔽器を回転させること
ができ、基板面内のスパッタ膜の膜厚の均一性を向上さ
せることができる。
板と平行で第2の遮蔽板を挟んで第1の遮蔽板の反対側
に位置する平板であり、第2の遮蔽板の開口と同数で第
2の遮蔽板の開口より小さい円形の開口を有し、この開
口の円の中心を通る法線と第2の遮蔽板の開口の円の中
心を通る法線とが一致する第3の遮蔽板を有することに
より一層効果的である。このことにより、遮蔽板に捕獲
された粒子の量は遮蔽板の間で一層分散され、遮蔽板か
ら膜剥がれが発生するまで処理できる基板の枚数を増や
すことができる。
が設けられた平板とこの平板の上に設けられ開口と同形
の下部開口面が開口に重なり上部開口面が円形で下部開
口面より小さく上部開口面の円の中心を通る法線と下部
開口面の円の中心を通る法線とが一致し平板の法線に平
行であり開口と同数である円筒とを有する第1の遮蔽板
と、第1の遮蔽板の平板と平行で第1の遮蔽板前記の平
板の下方に位置し複数の円形の開口が設けられた平板と
この平板の上に設けられこの開口と同形の下部開口面が
この開口に重なり上部開口面が円形で下部開口面と第1
の遮蔽板の上部開口面より小さく上部開口面の円の中心
を通る法線と下部開口面の円の中心を通る法線と第1の
遮蔽板の上部開口面の円の中心を通る法線が一致し平板
の法線に平行であり開口と同数である円筒とを有する第
2の遮蔽板とを備えることであってもよい。このことに
より、第1と第2の遮蔽板の円筒の側面にスパッタ膜が
付着するので表面積が増え、堆積する膜が分散付着し堆
積する膜厚が薄くなる。膜剥がれが発生するまでの期間
が長くなる。それにより、パーティクルの発生が抑制さ
れ、遮蔽板のライフがさらに延長される。さらに、遮蔽
板表面で膜剥がれが発生した場合でも、剥がれた膜は筒
の側面を越えられず遮蔽板で受け止められる構造である
ため、基板にパーティクルが落下することがない。遮蔽
板に開けられた開口の直上のターゲットに隣接するター
ゲットからのスパッタ粒子を遮断する効果が大きくな
り、指向性、面内均一性が向上する。また隣接されたタ
ーゲットより、放出される粒子は遮蔽板に対しして直角
近傍の方向から付着するため、付着強度が強く、膜剥が
れが生じにくくなる。遮蔽板に開口されている穴はカソ
ードに近い穴から順に小さくなっているため、遮蔽板に
捕獲された粒子の量は遮蔽板間で分散され、遮蔽板から
膜剥がれが発生するまで処理できる基板の枚数を増やす
ことができる。発明の第2の特徴は、第1の遮蔽板の円
筒が互いの下部開口面と側壁の一部が重なっており、他
方の円筒の内側に位置する側壁が除去されていることに
より効果的である。
と、この真空チャンバー内に設けられた複数のカソード
と、このカソードのそれぞれの下面に設けられそれぞれ
の底面が同一平面上にくるように配置される円板状のタ
ーゲットと、このターゲットの直下にこのターゲットと
同数の開口を有し、このそれぞれの開口がカソードの底
面による同一平面と平行な同一平面上に有り、ターゲッ
トから遠い遮蔽板ほど開口の開口径が小さい2枚以上の
遮蔽板とを有する半導体製造装置であることである。こ
のことにより、遮蔽板に開口されている穴はカソードに
近い穴から順に小さくなっているため、遮蔽板に捕獲さ
れた粒子の量は遮蔽板間で分散され、遮蔽板から膜剥が
れが発生するまで処理できる基板の枚数を従来の同じ開
口径を持つ遮蔽板に比べ増やすことができる。そして、
遮蔽板の洗浄サイクルを延ばすことができる。
と、この真空チャンバー内に設けられた複数のカソード
と、このカソードのそれぞれの下面に設けられそれぞれ
の底面が同一平面上にくるように配置される円板状のタ
ーゲットと、第1の遮蔽板の開口の円の中心を通る法線
とターゲットの底面の円の中心を通る法線とが一致する
ように配置される本発明の第2の特徴である遮蔽器とを
有することであってもよい。本発明の第3の特徴は、遮
蔽板の円筒の側壁の内側の面を延長した面が、それぞれ
の遮蔽板とターゲットの間の1点を通って広がり、さら
に延長した面が直上のターゲットに交わらないことによ
り効果的である。ここで、「1点を通って広がる」と
は、円錐の頂点の上にもう1つの円錐を頂点を下にして
配置した形状のことである。このことにより、スパッタ
膜は遮蔽板のターゲット側にしか付着しない角度になっ
ているため、遮蔽板の裏面にスパッタ粒子が実質的に付
着せず、遮蔽板の裏面からの膜剥がれが発生しない。
ゲットの直径よりも大きいことにより効果的である。こ
のことにより、遮蔽板に捕獲される粒子の量を減らせる
ので、遮蔽板から膜剥がれが発生するまで処理できる基
板の枚数を増やすことができる。
固定された回転可能なヘッドを有することにより効果的
である。さらに、ヘッドに遮蔽板が固定されたことによ
り一層効果的である。このことにより、スパッタ膜の成
膜中にターゲットと遮蔽板を回転させることができ、基
板面内のスパッタ膜の膜厚の均一性を向上させることが
できる。
圧にする工程と、このチャンバー内にアルゴンガスを導
入する工程と、カソードに電力を投入しターゲットの下
方にアルゴン又はメタルイオンプラズマを生成させる工
程と、このアルゴン又はメタルイオンプラズマによって
スパッタリングされターゲットから生じる粒子の源流を
形成する工程と、この源流の中に第1の遮蔽板を設置し
源流から支流を分岐させ第1の遮蔽板の上に第1のスパ
ッタ膜を堆積させる工程と、この分岐後の源流の中に第
2の遮蔽板を設置しさらに支流を分岐させ第2の遮蔽板
の上に膜厚が第1のスパッタ膜の膜厚とほぼ等しい第2
のスパッタ膜を堆積させる工程と、この第2の遮蔽板の
開口を通過した源流の残りを半導体基板上で止め、この
半導体基板の上に第3のスパッタ膜を堆積させる工程と
を具備する半導体装置の製造方法であることである。こ
のことにより、遮蔽板に捕獲された粒子の量が遮蔽板間
で分散され、遮蔽板から膜剥がれが発生するまで処理で
きる基板の枚数を従来の同じ開口径を持つ遮蔽板に比べ
増やすことができる。そして、遮蔽板の洗浄サイクルを
延ばすことができる。
を堆積させる工程において、ターゲットと第1の遮蔽板
と第2の遮蔽板とを固定するヘッドが回転することによ
り効果的である。このことにより、基板面内のスパッタ
膜の膜厚の均一性を向上させることができる。
実施の形態として遮蔽板、遮蔽器、半導体製造装置およ
び半導体装置の製造方法を説明する。以下の図面の記載
において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号
を付している。また、図面は模式的なものであり、厚み
と平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のもの
とは異なることに留意すべきである。
の実施の形態に係る遮蔽器の構造図である。図1(a)
は上面図であり、(b)は(a)のI−I方向の断面図
である。第1の実施の形態に係る遮蔽器は、第1の遮蔽
板1と、第2の遮蔽板2と第3の遮蔽板3とで構成さ
れ、遮蔽板1、2、3はスペーサ4で保持されている。
開口11、12、13、14、15、16、17を有す
る。開口11、12、13、14、15、16、17
は、それらの円の中心C11、C12、C13、C1
4、C15、C16、C17と第1の遮蔽板1の円板の
中心との距離が適当に分散されるように配置される。開
口11、12、13、14、15、16、17の直径は
等しく80mmである。
の円板と等しい円板で、7つの円形の開口21、22、
23、24、25、26、27を有する。第2の遮蔽板
2は、第2の遮蔽板2の円板の中心を通る法線と第1の
遮蔽板1の円板の中心を通る法線とが一致するように配
置される。開口21は、開口21の円の中心C21を通
る法線と開口11の円の中心C11を通る法線とが一致
するように配置される。開口22は、開口22の円の中
心C22を通る法線と開口12の円の中心C12を通る
法線とが一致するように配置される。開口23は、開口
23の円の中心C23を通る法線と開口13の円の中心
C13を通る法線とが一致するように配置される。開口
24は、開口24の円の中心C24を通る法線と開口1
4の円の中心C14を通る法線とが一致するように配置
される。開口25は、開口25の円の中心C25を通る
法線と開口15の円の中心C15を通る法線とが一致す
るように配置される。開口26は、開口26の円の中心
C26を通る法線と開口16の円の中心C16を通る法
線とが一致するように配置される。開口27は、開口2
7の円の中心C27を通る法線と開口17の円の中心C
17を通る法線とが一致するように配置される。開口2
1、22、23、24、25、26、27の円の直径は
等しく75mmであり、開口11、12、13、14、
15、16、17の直径より小さい。
の円板と等しい円板で、7つの円形の開口31、32、
33、34、35、36、37を有する。第3の遮蔽板
3は、第3の遮蔽板3の円板の中心を通る法線と第1の
遮蔽板1の円板の中心を通る法線とが一致するように配
置される。開口31は、開口31の円の中心C31を通
る法線と開口11の円の中心C11を通る法線とが一致
するように配置される。開口32は、開口32の円の中
心C32を通る法線と開口12の円の中心C12を通る
法線とが一致するように配置される。開口33は、開口
33の円の中心C33を通る法線と開口13の円の中心
C13を通る法線とが一致するように配置される。開口
34は、開口34の円の中心C34を通る法線と開口1
4の円の中心C14を通る法線とが一致するように配置
される。開口35は、開口35の円の中心C35を通る
法線と開口15の円の中心C15を通る法線とが一致す
るように配置される。開口36は、開口36の円の中心
C36を通る法線と開口16の円の中心C16を通る法
線とが一致するように配置される。開口37は、開口3
7の円の中心C37を通る法線と開口17の円の中心C
17を通る法線とが一致するように配置される。開口3
1、32、33、34、35、36、37の円の直径は
等しく70mmであり、開口21、22、23、24、
25、26、27の直径より小さい。
ルチカソードスパッタリング装置の構造図である。この
マルチカソードスパッタリング装置は半導体装置の多層
配線の形成に使用される半導体製造装置である。第1の
実施の形態に係るマルチカソードスパッタリング装置
は、チャンバ5に3つの円板状のカソード51、52、
53と紙面の前後に2つずつの計7つのカソードが設け
てある。カソードには直径60mmの円板状のターゲッ
ト41、42、43(他の4つの図示省略)がそれぞれ
取り付けられている。ターゲット41、42、43はそ
れらの底面が同一平面上にくるように配置される。ター
ゲット41、42、43の底面に平行に対向して基板8
が載置される。ターゲット41、42、43と基板8の
間には、ターゲット41、42、43の側から第1の遮
蔽板1、第2の遮蔽板2、第3の遮蔽板3が設けてあ
る。この遮蔽板1、2、3で、図1で説明した第1の実
施の形態に係る遮蔽器を構成している。第1の遮蔽板1
の開口11は、開口11の円の中心C11を通る法線と
ターゲット41の底面の円の中心を通る法線とが一致す
るように配置される。開口12は、開口12の円の中心
C12を通る法線とターゲット42の底面の円の中心を
通る法線とが一致するように配置される。開口13は、
開口13の円の中心C13を通る法線とターゲット43
の底面の円の中心を通る法線とが一致するように配置さ
れる。図1の開口14、15、16、17に対しても図
示を省略した他の4つのターゲットと同様の位置関係に
なるように配置される。
真空排気口6には図示されない真空ポンプがつながれ
る。チャンバ5にはガス導入口7が設けられ、ガス導入
口7にはアルゴン(Ar)ガスの供給システムが接続さ
れる。カソード51、52、53には電源61、62、
63が接続されている。カソード51、52、53はヘ
ッド10に固定され、遮蔽板1、2、3もスペーサ4を
介してヘッド10に固定される。ヘッド10には図示さ
れない回転装置がつながれる。
ルチカソードによるスパッタリングを用いての成膜方法
を説明する図である。この成膜方法は半導体装置の多層
配線等に使用される導電膜の成膜工程に用いられる半導
体装置の製造方法である。第1の実施の形態に係るマル
チカソードによるスパッタリングを用いての成膜方法を
以下に説明する。
がれた真空ポンプで、5E−6Paの圧力まで減圧引き
する。
に60rpmで回転する。このことにより、ターゲット
41、42、43と開口31、32、33が、基板8上
方を平行移動する。
ルゴンガスを0.05Paのスパッタ圧力まで導入す
る。
電源61、62、63から150W〜350Wの電力を
投入し、ターゲット41、42、43の下方にアルゴン
プラズマを生成させる。カソード51、52、53に投
入される電力は、基板8上に成膜された膜104が均一
になるよう調整する。
ト41、42、43からスパッタリングされた粒子が飛
び出し、この粒子がターゲット41、42、43から離
れる方向へ流れるスパッタ粒子の流れの源流F0を形成
する。
スパッタ粒子の流れの支流F1を分岐させる。具体的に
は、源流F0の中に第1の遮蔽板1を設置する。そし
て、遮蔽板1の上にスパッタ膜101を堆積させる。
13を通過したスパッタ粒子の流れの源流F0の残りか
らスパッタ粒子の流れの支流F2を分岐させる。具体的
には、源流F0の残りの流れの中に第2の遮蔽板2を設
置する。そして、遮蔽板2の上にスパッタ膜102を堆
積させる。スパッタ膜102の膜厚がスパッタ膜101
の膜厚と等しくなるように、遮蔽板2を設置する。
2、23を通過したスパッタ粒子の流れの源流F0の残
りからスパッタ粒子の流れの支流F3を分岐させる。具
体的には、源流F0の残りの流れの中に第3の遮蔽板3
を設置する。そして、遮蔽板3の上にスパッタ膜103
を堆積させる。スパッタ膜103の膜厚がスパッタ膜1
01の膜厚と等しくなるように、遮蔽板3を設置する。
2、33を通過したスパッタ粒子の流れの源流F0の残
りであるスパッタ粒子の流れの幹流F4を基板8上で止
める。そして、基板8の上にスパッタ膜104を堆積さ
せる。
12、13、21、22、23、31、32、33を通
過できる垂直成分の粒子のみが到達でき、膜104が堆
積する。よって、カバレッジの非対称性は生じない。こ
の時、斜め成分の粒子は遮蔽板1、2、3に捕獲される
ため基板8まで到達できない。遮蔽板1、2、3に開口
されている穴はカソード51、52、53に近い穴から
順に小さくなっているため、遮蔽板1、2、3に捕獲さ
れた粒子の量は3枚の遮蔽板1、2、3で平均化され、
遮蔽板1、2、3から膜剥がれが発生するまで処理でき
る基板8の枚数が、従来の同じ開口径を持つ3枚の遮蔽
板に比べ2.5倍と大幅に改善された。そして、遮蔽板
1、2、3の洗浄サイクルが大きく延びた。成膜された
膜均一性は±3%と良好である。
の実施の形態に係る第3の遮蔽板3の構造図である。図
4(a)は鳥瞰図であり、(b)は上面図であり、
(c)は(b)のI−I方向の断面図である。第3の遮
蔽板3は、円板83と、円板の上に設けられる7つの円
筒131、132、133、134、135、136、
137で構成される。円筒131は円形の上部開口面U
31と下部開口面D31を有する。すなわち、円板83
にも下部開口面D31の位置に同形の開口を有する。上
部開口面U31の円の直径は70mmであり、下部開口
面D31の円の直径より小さくなっている。上部開口面
U31の円の中心を通る法線と下部開口面D31の円の
中心を通る法線とが一致している。他の円筒132、1
33、134、135、136、137も上部開口面U
32、U33、U34、U35、U36、U37と下部
開口面D32、D33、D34、D35、D36、D3
7を有し、円筒131と同様の構造をしている。そし
て、上部開口面U31、U32、U33、U34、U3
5、U36、U37それぞれの円の中心を通る法線は互
いに平行である。
2の遮蔽板2の構造図である。図5(a)は鳥瞰図であ
り、(b)は上面図であり、(c)は(b)のI−I方
向の断面図である。第2の遮蔽板2は、円板82と、円
板の上に設けられる7つの円筒121、122、12
3、124、125、126、127で構成される。円
筒121は円形の上部開口面U21と下部開口面D21
を有する。すなわち、円板82にも下部開口面D21の
位置に同形の開口を有する。円筒121は、円筒12
2、124、126と重なっており、側壁の接触部で接
続されている。上部開口面U21の円の直径は75mm
であり、下部開口面D21の円の直径より小さくなって
おり、また、第3の遮蔽板の上部開口面U31の直径よ
りも大きくなっている。上部開口面U21の円の中心を
通る法線と下部開口面D21の円の中心を通る法線とが
一致している。他の円筒122、123、124、12
5、126、127も上部開口面U22、U23、U2
4、U25、U26、U27と下部開口面D22、D2
3、D24、D25、D26、D27を有し、円筒12
1と同様の構造をしている。そして、上部開口面U2
1、U22、U23、U24、U25、U26、U27
それぞれの円の中心を通る法線は互いに平行である。
1の遮蔽板1の構造図である。図6(a)は鳥瞰図であ
り、(b)は上面図であり、(c)は(b)のI−I方
向の断面図である。第1の遮蔽板1は、円板81と、円
板の上に設けられる7つの円筒111、112、11
3、114、115、116、117で構成される。円
筒111は円形の上部開口面U11と下部開口面D11
を有する。すなわち、円板81にも下部開口面D11の
位置に同形の開口を有する。円筒111は、円筒11
2、114、116と重なっており、側壁の接触部で接
続されている。円筒112、114、116の内側に位
置する円筒111の側壁は除去され、同様に、円筒11
1の内側に位置する円筒112、114、116の側壁
は除去されている。従って、下部開口面D11も、下部
開口面D12、D14、D16と重なり、全体で1つの
下部開口面D1となっている。上部開口面U11の円の
直径は80mmであり、下部開口面D11の円の直径よ
り小さくなっており、また、第2の遮蔽板の上部開口面
U21の直径よりも大きくなっている。上部開口面U1
1の円の中心を通る法線と下部開口面D11の円の中心
を通る法線とが一致している。他の円筒112、11
3、114、115、116、117も上部開口面U1
2、U13、U14、U15、U16、U17と下部開
口面D12、D13、D14、D15、D16、D17
を有し、円筒111と同様の構造をしている。そして、
上部開口面U11、U12、U13、U14、U15、
U16、U17それぞれの円の中心を通る法線は互いに
平行である。
蔽器の構造図である。図7(a)は上面図であり、
(b)は(a)のI−I方向の断面図である。第2の実
施の形態に係る遮蔽器は、図6の第2の実施の形態に係
る第1の遮蔽板1と、図5の第2の実施の形態に係る第
2の遮蔽板2と図4の第2の実施の形態に係る第3の遮
蔽板3とで構成され、遮蔽板1、2、3はスペーサ4で
保持されている。遮蔽板1、2、3はそれぞれの円板8
1、82、83の中心を通る法線が一致するように配置
される。第1の遮蔽板1の円筒111、112、11
3、114、115、116、117(すなわち開口1
1、12、13、14、15、16、17)は、それら
の上部開口面U11、U12、U13、U14、U1
5、U16、U17の円の中心C11、C12、C1
3、C14、C15、C16、C17と第1の遮蔽板1
の円板の中心との距離が適当に分散するように配置され
る。
は、上部開口面U21の円の中心C21を通る法線と第
1の遮蔽板1の上部開口面U11の円の中心C11を通
る法線とが一致するように配置される。他の円筒12
2、123、124、125、126、127(すなわ
ち開口22、23、24、25、26、27)も、第1
の遮蔽板1の上部開口面U12、13、14、15、1
6、17と同様な位置関係になるように配置される。第
3の遮蔽板3の円筒131(開口31)は、上部開口面
U31の円の中心C31を通る法線と第1の遮蔽板1の
上部開口面U11の円の中心C11を通る法線とが一致
するように配置される。他の円筒132、133、13
4、135、136、137(すなわち開口32、3
3、34、35、36、37)も、第1の遮蔽板1の上
部開口面U12、13、14、15、16、17と同様
な位置関係になるように配置される。
ルチカソードスパッタリング装置の構造図である。この
マルチカソードスパッタリング装置は半導体装置の多層
配線の形成に使用される半導体製造装置である。第2の
実施の形態に係るマルチカソードスパッタリング装置
は、第1の実施の形態に係るマルチカソードスパッタリ
ング装置に比べ、第1の遮蔽板1、第2の遮蔽板2、第
3の遮蔽板3の構造のみが異なっている。この遮蔽板
1、2、3で、図7で説明した第2の実施の形態に係る
遮蔽器を構成している。
部開口面U11の円の中心C11を通る法線とターゲッ
ト41の底面の円の中心を通る法線とが一致するように
配置される。上部開口面U12は、上部開口面U12の
円の中心C12を通る法線とターゲット42の底面の円
の中心を通る法線とが一致するように配置される。上部
開口面U13は、上部開口面U13の円の中心C13を
通る法線とターゲット43の底面の円の中心を通る法線
とが一致するように配置される。図7の上部開口面U1
4、U15、U16、U17に対しても図示を省略した
他の4つのターゲットと同様の位置関係になるように配
置される。また、遮蔽板1、2、3の円筒111、11
2、113、121、122、123、131、13
2、133の側壁の内側の面を延長した面が、それぞれ
の遮蔽板1、2、3とターゲット41、42、43の間
の1点を通って広がり、この広がった面が直上のターゲ
ット41、42、43に交わらないように、遮蔽板1、
2、3は配置される。
ルチカソードによるスパッタリングを用いての成膜方法
を説明する図である。この成膜方法は半導体装置の多層
配線等に使用される導電膜の成膜工程に用いられる半導
体装置の製造方法である。第2の実施の形態に係るマル
チカソードによるスパッタリングを用いての成膜方法を
以下に説明する。チャンバ5内の減圧引き、ヘッド10
の回転、アルゴンガスの導入、カソード51、52、5
3への電力の投入、アルゴンプラズマの生成とスパッタ
粒子の流れの源流F0の形成は、第1の実施の形態と同
様である。
スパッタ粒子の流れの支流F1を分岐させる。具体的に
は、源流F0の中に第1の遮蔽板1を設置する。そし
て、遮蔽板1の上にスパッタ膜101を堆積させる。
が付着するので、第1の実施の形態に比べ付着する表面
積が増え、堆積する膜101が分散付着し、堆積する膜
厚が薄くなる。膜剥がれが発生までの期間が長くなる。
それにより、パーティクルの発生が抑制され、遮蔽板1
のライフがさらに延長される。
しか付着しない角度になっているため、遮蔽板1の裏面
にスパッタ粒子が実質的に付着せず、遮蔽板1の裏面か
らの膜剥がれが発生しない。遮蔽板1表面で膜剥がれが
発生した場合でも、剥がれた膜は筒の側面を越えられず
遮蔽板1で受け止められる構造であるため、基板8にパ
ーティクルが落下することがない。
ットに隣接するターゲットからのスパッタ粒子を遮断す
る効果が大きくなり、指向性、面内均一性が向上する。
また隣接されたターゲットより、放出される粒子は遮蔽
板に対しして直角近傍の方向から付着するため、付着強
度が強く、膜剥がれが生じにくくなる。
13を通過したスパッタ粒子の流れの源流F0の残りか
らスパッタ粒子の流れの支流F2を分岐させる。具体的
には、源流F0の残りの流れの中に第2の遮蔽板2を設
置する。そして、遮蔽板2の上にスパッタ膜102を堆
積させる。スパッタ膜102の膜厚がスパッタ膜101
の膜厚とほぼ等しくなるように、遮蔽板2を設置する。
遮蔽板2でも遮蔽板1と同様な効果を得る事ができる。
2、23を通過したスパッタ粒子の流れの源流F0の残
りからスパッタ粒子の流れの支流F3を分岐させる。具
体的には、源流F0の残りの流れの中に第3の遮蔽板3
を設置する。そして、遮蔽板3の上にスパッタ膜103
を堆積させる。スパッタ膜103の膜厚がスパッタ膜1
01の膜厚と等しくなるように、遮蔽板3を設置する。
遮蔽板3でも遮蔽板1と同様な効果を得る事ができる。
2、33を通過したスパッタ粒子の流れの源流F0の残
りであるスパッタ粒子の流れの幹流F4を基板8上で止
める。そして、基板8の上にスパッタ膜104を堆積さ
せる。
12、13、21、22、23、31、32、33を通
過できる垂直成分の粒子のみが到達でき、膜104が堆
積する。よって、カバレッジの非対称性は生じない。遮
蔽板1、2、3の上部開口面の大きさはカソード51、
52、53に近い方から順に小さくなっているため、遮
蔽板1、2、3に捕獲された粒子の量は3枚の遮蔽板
1、2、3で平均化され、遮蔽板1、2、3から膜剥が
れが発生するまで処理できる基板8の枚数が、従来の同
じ開口径を持つ3枚の遮蔽板に比べ2.5倍と大幅に改
善された。そして、遮蔽板1、2、3の洗浄サイクルが
大きく延びた。成膜された膜均一性は±3%と良好であ
る。
発明は2つの実施の形態によって記載したが、この開示
の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するもので
あると理解すべきではない。この開示から当業者には様
々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとな
ろう。
たが、これに限ることはなく、ターゲットの底面の形状
に合わせればよい。また、開口の数や遮蔽板の枚数は、
7つと3枚に限られるものではなく、2つ以上、2枚以
上であればよい。
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
付着するスパッタリング膜が厚くなりにくい遮蔽板を提
供できる。
リング膜が剥がれても基板の上に落ちない遮蔽板を提供
できる。
膜が厚くなりにくい遮蔽器を提供できる。
膜が剥がれても基板の上に落ちない遮蔽器を提供でき
る。
タリング膜が厚くなりにくい半導体製造装置を提供でき
る。
タリング膜が剥がれても基板の上に落ちない半導体製造
装置を提供できる。
タリング膜が厚くなりにくい半導体装置の製造方法を提
供できる。
するための遮蔽板の洗浄頻度を低くすることができ、半
導体製造装置の生産性を高めることができる。
図である。
ドスパッタリング装置の構造図である。
ドによるスパッタリングを用いての成膜方法を説明する
図である。
3の構造図である。
2の構造図である。
1の構造図である。
図である。
ドスパッタリング装置の構造図である。
ドによるスパッタリングを用いての成膜方法を説明する
図である。
成膜時の状態図である。
17 中心 C21、C22、C23、C31、C32、C33 中
心 11、12、13、14、15、16、17 開口 21、22、23、24、25、26、27 開口 31、32、33、34、35、36、37 開口 U11、U12、U13、U14、U15、U16、U
17 上部開口面 U21、U22、U23、U24、U25、U26、U
27 上部開口面 U31、U32、U33、U34、U35、U36、U
37 上部開口面 D11、D12、D13、D14、D15、D16、D
17 下部開口面 D21、D22、D23、D2、D31、D32、D3
3、D3 下部開口面 41、42、43 ターゲット 51、52、53 カソード 61、62、63 電源 81、82、83 円板 101、102、103、104、105、106 ス
パッタ膜 111、112、113、114、115、116、1
17 円筒 121、122、123、124、125、126、1
27 円筒 131、132、133、134、135、136、1
37 円筒 F0 スパッタ粒子の源流 F1、F2、F3 スパッタ粒子の支流 F4 スパッタ粒子の幹流
Claims (17)
- 【請求項1】 複数の円形の開口が設けられた平板と、 前記平板の上に設けられ、前記開口と同形の下部開口面
が前記開口に重なり、上部開口面が円形で前記下部開口
面より小さく、前記上部開口面の円の中心を通る法線と
前記下部開口面の円の中心を通る法線とが一致し前記平
板の法線に平行であり、前記開口と同数である円筒とを
有することを特徴とする遮蔽板。 - 【請求項2】 前記円筒が、互いの前記下部開口面と側
壁の一部が重なっており、他方の前記円筒の内側に位置
する前記側壁が除去されていることを特徴とする請求項
1記載の遮蔽板。 - 【請求項3】 前記平板が円板あることを特徴とする請
求項1又は請求項2に記載の遮蔽板。 - 【請求項4】 複数の円形の開口を有する平板である第
1の遮蔽板と、 前記平板と平行な平板であり、前記開口と同数で前記開
口より小さい円形の開口を有し、該開口の円の中心を通
る法線と前記第1の遮蔽板が有する前記開口の円の中心
を通る法線とが一致する第2の遮蔽板とを有することを
特徴とする遮蔽器。 - 【請求項5】 前記第1の遮蔽板の前記平板が円板であ
り、 前記第2の遮蔽板の前記平板が、前記円板の直径と直径
が等しい円板であり、該円板の中心を通る法線と前記第
1の遮蔽板の前記円板の中心を通る法線とが一致するこ
とを特徴とする請求項4記載の遮蔽器。 - 【請求項6】 前記第2の遮蔽板の前記平板と平行で前
記第2の遮蔽板を挟んで前記第1の遮蔽板の反対側に位
置する平板であり、前記第2の遮蔽板の前記開口と同数
で前記第2の遮蔽板の前記開口より小さい円形の開口を
有し、該開口の円の中心を通る法線と前記第2の遮蔽板
の前記開口の円の中心を通る法線とが一致する第3の遮
蔽板を有することを特徴とする請求項4記載の遮蔽器。 - 【請求項7】 複数の円形の開口が設けられた平板と、
前記平板の上に設けられ、前記開口と同形の下部開口面
が前記開口に重なり、上部開口面が円形で前記下部開口
面より小さく、前記上部開口面の円の中心を通る法線と
前記下部開口面の円の中心を通る法線とが一致し前記平
板の法線に平行であり、前記開口と同数である円筒とを
有する第1の遮蔽板と、 前記平板と平行で前記平板の下方に位置し複数の円形の
開口が設けられた平板と、該平板の上に設けられ、前記
開口と同形の下部開口面が前記開口に重なり、上部開口
面が円形で前記下部開口面と前記第1の遮蔽板の前記上
部開口面より小さく、前記上部開口面の円の中心を通る
法線と前記下部開口面の円の中心を通る法線と前記第1
の遮蔽板の前記上部開口面の円の中心を通る法線が一致
し前記平板の法線に平行であり、前記開口と同数である
円筒とを有する第2の遮蔽板とを備えることを特徴とす
る遮蔽器。 - 【請求項8】 前記第1の遮蔽板の前記円筒が互いの前
記下部開口面と側壁の一部が重なっており、他方の前記
円筒の内側に位置する前記側壁が除去されていることを
特徴とする請求項7記載の遮蔽器。 - 【請求項9】 真空チャンバーと、 前記真空チャンバー内に設けられた複数のカソードと、 前記カソードのそれぞれの下面に設けられ、それぞれの
底面が同一平面上にくるように配置される円板状のター
ゲットと、 前記ターゲットの直下に前記ターゲットと同数の開口を
有し、それぞれの前記開口が前記同一平面と平行な同一
平面上に有り、前記ターゲットから遠い遮蔽板ほど前記
開口の開口径が小さい2枚以上の遮蔽板とを有すること
を特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項10】 真空チャンバーと、 前記真空チャンバー内に設けられた複数のカソードと、 前記カソードのそれぞれの下面に設けられ、それぞれの
底面が同一平面上にくるように配置される円板状のター
ゲットと、 前記第1の遮蔽板の前記開口の円の中心を通る法線と前
記ターゲットの底面の円の中心を通る法線とが一致する
ように配置される前記請求項4記載の遮蔽器とを有する
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項11】 真空チャンバーと、 前記真空チャンバー内に設けられた複数のカソードと、 前記カソードのそれぞれの下面に設けられ、それぞれの
底面が同一平面上にくるように配置される円板状のター
ゲットと、 前記第1の遮蔽板の前記開口の円の中心を通る法線と前
記ターゲットの底面の円の中心を通る法線とが一致する
ように配置される前記請求項7記載の遮蔽器とを有する
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項12】 前記遮蔽板の前記円筒の側壁の内側の
面を延長した面が、それぞれの前記遮蔽板と前記ターゲ
ットの間の1点を通って広がり、前記面が直上の前記タ
ーゲットに交わらないこと特徴とする請求項11記載の
半導体製造装置。 - 【請求項13】 前記開口の直径が前記ターゲットの直
径よりも大きいことを特徴とする請求項9乃至12のい
ずれか1に記載の半導体製造装置。 - 【請求項14】 前記カソードが裏面に固定された回転
可能なヘッドを有することを特徴とする請求項9乃至1
3のいずれか1に記載の半導体製造装置。 - 【請求項15】 前記ヘッドに前記遮蔽板が固定された
ことを特徴とする請求項14に記載の半導体製造装置。 - 【請求項16】 チャンバー内を減圧にする工程と、 前記チャンバー内にアルゴンガスを導入する工程と、 カソードに電力を投入し、ターゲットの下方にアルゴン
又はメタルイオンプラズマを生成させる工程と、 前記アルゴン又はメタルイオンプラズマによってスパッ
タリングされターゲットから生じる粒子の源流を形成す
る工程と、 前記源流の中に第1の遮蔽板を設置し、前記源流から支
流を分岐させ、前記第1の遮蔽板の上に第1のスパッタ
膜を堆積させる工程と、 前記分岐後の前記源流の中に第2の遮蔽板を設置し、さ
らに支流を分岐させ、前記第2の遮蔽板の上に膜厚が前
記第1のスパッタ膜の膜厚とほぼ等しい第2のスパッタ
膜を堆積させる工程と、 前記第2の遮蔽板の開口を通過した前記源流の残りを半
導体基板上で止め、前記半導体基板の上に第3のスパッ
タ膜を堆積させる工程とを具備することを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項17】 前記第3のスパッタ膜を堆積させる工
程において、前記ターゲットと前記第1の遮蔽板と前記
第2の遮蔽板とを固定するヘッドが回転することを特徴
とする請求項16記載の半導体製造装置の製造方法。
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