JP2004084007A

JP2004084007A - スパッタ装置

Info

Publication number: JP2004084007A
Application number: JP2002247216A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Taketomi; 武富　雄大
Original assignee: NEC Kyushu Ltd
Current assignee: NEC Kyushu Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】スパッタ装置において、真空室内での異常放電の発生を抑制してパーティクルの発生を無くし、半導体ウエハ上に形成される製品の製造歩留りの向上を図り、かつターゲットの消費効率を向上させて装置の稼働率向上を図る。
【解決手段】真空室内に高電圧を印加してアルゴンガスをイオン化しターゲット背面側に設置した磁石の磁界によってプラズマを発生させ、イオンをターゲットに衝突させてターゲット表面から飛散するスパッタ材を半導体ウエハ上に被着させて薄膜を形成するスパッタ装置において、半導体ウエハに対向するターゲット１５表面におけるプラズマ密度の低い外周部近傍７に凹部１６を形成し、異常放電の原因となる異物９をこの凹部１６内に取り込んでターゲット１５表面から突出させないようにした。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハに薄膜を形成する際に使用するスパッタ装置に関し、特に、マグネトロンスパッタ装置におけるターゲットの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスパッタ装置の一例について、図３の構成図を用いて説明する。すなわち、アルゴンなどの不活性ガスの供給口１１と真空排気系に接続された排気口１２を有する真空室１を備え、この真空室１内にはスパッタ処理を行なう半導体ウエハ５を載置するステージ１０と、半導体ウエハ５に対向して配置されたターゲット４と、冷却機構（図示せず）を具備しターゲット４を取り付けるバッキングプレート１３と、バッキングプレート１３に取り付けられターゲット４を囲むターゲットシールド８と、バッキングプレート１３の背面側に設置された磁石２と、ターゲット４及び半導体ウエハ５の間に高電圧を印加する直流電源１４から構成されている。
【０００３】
このようなスパッタ装置を使用して半導体ウエハ５上に薄膜を形成する場合には、まず、真空排気系を動作させて真空室１内を排気した後、供給口１１よりアルゴンガスを供給し、直流電源１４により半導体ウエハ５を陽極にし、ターゲット４を陰極となるようにして高電圧を印加する。その結果、両極間に放電が発生してアルゴンガスは陽イオンと電子に電離し、この陽イオンがターゲット４に衝突し、そこからスパッタされるターゲット材料の放出粒子６が対向して配置された半導体ウエハ５上に堆積する。この現象を利用して半導体ウエハ上に薄膜を形成している。
【０００４】
しかしながら、マグネトロンスパッタ装置においては、磁石２による磁界３がターゲット４の上方に形成されてここでプラズマが発生する。このプラズマによってアルゴンガスの陽イオン化が促進され、イオン化率の高い陽イオンがターゲット４に衝突する。これにより、ターゲット４からスパッタされる放出粒子６が陽極である半導体ウエハ５上に堆積される。
【０００５】
この際、ターゲット４からスパッタされた放出粒子６の全てが半導体ウエハ５上に堆積するわけではなく、一部はターゲット４に堆積されるものもある。すなわち、ターゲット４の表面は、イオンの衝突により削られて凹部が形成される状態にある部分▲１▼と、この凹部からスパッタされる放出粒子６が析出物となって再付着し堆積する状態にある部分▲２▼との二つの状態下にある。
【０００６】
一方、ターゲット４の外周部近傍７は、プラズマ密度が低いため上記した▲１▼よりも▲２▼の方が進行し易い状態にあることと、ターゲットシールド８に堆積した成膜が剥がれて付着し易いことから、ターゲット４の外周部表面上には、再付着した放出粒子６による析出物や剥離した成膜物質が異物９として付着し、突起が発生する。
【０００７】
この突起が発生したことによって、突起とターゲットシールド８との間に異常放電が発生し、異常放電によって突起が飛散し、パーティクルとなって半導体ウエハ５上に付着する。これにより、半導体ウエハ上に形成される薄膜に悪影響を及ぼし、製品の製造歩留りが低下する原因となっている。
【０００８】
また、ターゲット４の形状は、通常は厚さが均一の平板状であるが、ターゲット４の中央部付近はプラズマ密度が高いため、この部分は放出粒子６のスパッタが激しくなって消耗量が多くなる。一方、ターゲット４の外周部近傍７はプラズマ密度が低いため消耗量が少ない。その結果、ターゲット４の厚さが不均一となってターゲット４の消費効率が悪くなり、ターゲット４の寿命が短くなるという問題もある。特に、ターゲット４の裏面側（バッキングプレート１３側）に凹部を設けた構造（例えば、特開平６−１０８２４１号公報など）の場合には、さらに消費効率を悪くしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、マグネトロンスパッタ装置においては、電界と磁界の位置関係でプラズマ密度の濃淡が決まるため、特にターゲット外周部近傍ではプラズマ密度が低くなる。そのため、ターゲットの外周部表面領域は定常的に異物が付着しやすい状態となっている。この異物付着によって形成された突起とターゲットシールドとの間に異常放電が発生し、この異常放電が真空室内でのパーティクル発生の原因となっている。また、同時に、ターゲットには消耗量の差による厚さの不均一性が生じ、寿命を短くしている。
【００１０】
本発明は、真空室内での異常放電の発生を抑制することによってパーティクルの発生を無くし、半導体ウエハ上に形成される製品の製造歩留りの向上を図るとともに、ターゲットの消費効率を向上させて装置の稼働率向上を図ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空室内に高電圧を印加してアルゴンガスをイオン化しターゲットの背面側に設置した磁石の磁界によってプラズマを発生させ、イオンをターゲットに衝突させてターゲット表面から飛散するスパッタ材を半導体ウエハ上に被着させて薄膜を形成するスパッタ装置において、半導体ウエハに対向するターゲット表面の外周部近傍に凹部を形成した構成としている。
【００１２】
また、本発明において、ターゲット表面の凹部を形成する部分はプラズマ密度の低い部分であり、このプラズマ密度の低い部分に堆積し易い異物を、ターゲットに形成した凹部内に付着させるようにしている。
【００１３】
また、本発明において、凹部内への異物の付着によって生じた突起はターゲット表面から突出しないようにし、このターゲット表面からの異物の突出を無くすることによって、ターゲットとこのターゲットを囲んで設けられたターゲットシールドとの間の異常放電を抑制するようにしている。
【００１４】
また、本発明において、前記凹部は、ターゲット外周部近傍に沿って形成されたリング状溝を構成している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は一実施の形態を示すスパッタ装置の構成図、図２はターゲットの拡大断面図である。なお、図３の従来技術と同じ部分は同じ符号で説明する。
【００１６】
本発明のスパッタ装置は、図１に示すように、アルゴンなどの不活性ガスの供給口１１と真空排気系に接続された排気口１２を有する真空室１を備え、この真空室１内にはスパッタ処理を行なう半導体ウエハ５を載置するステージ１０と、半導体ウエハ５に対向して配置されたターゲット１５と、冷却機構（図示せず）を具備しターゲット１５を取り付けるバッキングプレート１３と、バッキングプレート１３に取り付けられターゲット１５を囲むターゲットシールド８と、バッキングプレート１３の背面側に設置された磁石２と、ターゲット１５及び半導体ウエハ５の間に高電圧を印加する直流電源１４から構成されている。
【００１７】
ここで、本発明の特徴は、ターゲット１５の構造を図２に示すような構造としたことにある。すなわち、平板状のターゲット１５の表面外周部近傍７に凹部１６を設けている。この凹部１６は、幅ａ、深さｂのリング状溝であり、１例として、ａ＝２ｍｍ、ｂ＝１ｍｍ程度とする。この外周部近傍７は、プラズマ密度が低い領域であり、定常的に異物が付着する領域に一致している。
【００１８】
次に、本発明のスパッタ装置の動作について説明する。まず、半導体ウエハ５を真空室１内のウエハステージ１０上にセットする。次いで、真空排気系を動作させて真空室１内を排気した後、供給口１１よりアルゴンガスを所定の減圧状態まで供給し、直流電源１４により半導体ウエハ５を陽極とし、ターゲット１５を陰極として高電圧を印加する。その結果、両極間に放電が発生してアルゴンガスは陽イオンと電子に電離し、この陽イオンがターゲット１５に衝突し、そこからスパッタされるターゲット材料の放出粒子６が対向して配置された半導体ウエハ５上に堆積し、薄膜が形成される。
【００１９】
この際、ターゲット１５からスパッタされた放出粒子６の全てが半導体ウエハ５上に堆積するわけではなく、一部はターゲット１５の表面に堆積されて行く。すなわち、ターゲット１５の表面は、中央部付近ではプラズマ密度が高いためイオンの衝突により削られて凹部が形成されつつあり、一方、ターゲット１５の外周部近傍７はプラズマ密度が低いため、中央部付近から飛散した放出粒子６が析出物となって再付着し始める。さらに、ターゲットシールド８に堆積した成膜が剥がれて付着し易いことから、ターゲット１５の外周部表面上には、再付着した放出粒子６の析出物や剥離した成膜物質が異物９として付着し突起が発生する。
【００２０】
しかし、本発明のターゲット１５によれば、外周部周辺７に凹部１６が形成されているため、本来はターゲット１５の表面に付着するはずの異物９が凹部１６内に取り込まれ、突起が発生してもターゲット１５の表面から突出することが無くなる。すなわち、異物９は凹部１６内に付着するためターゲット１５の表面高さには変化が無く、異物９による突起とターゲットシールド８との間の異常放電の発生を抑えることができる。
【００２１】
この異常放電が発生しなくなったことによって真空室１内での異物９の飛散が抑制され、パーティクルとなって半導体ウエハ５上に付着することがなくなる。これにより、半導体ウエハ５上に形成される薄膜の品質が向上し、製品の製造歩留り向上が得られる。
【００２２】
また、本発明は、ターゲット１５の外周部近傍７にあらかじめ凹部１６を設けたことによって、プラズマ密度の高いターゲット１５の表面中央部と、プラズマ密度の低い外周部近傍７との消耗量のバランスが取れ、ターゲットの消費効率が向上し交換頻度を減らすことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ターゲットの外周部近傍に凹部を設けたことによって、従来はターゲットの表面に付着していた異物を凹部内に取り込むことができ、異物が付着してもターゲット全体から見た表面高さには変化が無いので、真空室内での異常放電の発生を抑制することができる。これによってパーティクルの発生を無くし、半導体ウエハ上に形成される製品の製造歩留りの向上を図るとともに、ターゲットの消費効率を向上させ装置の稼働率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すスパッタ装置の構成図である。
【図２】本発明に用いるターゲットの拡大断面図である。
【図３】従来のスパッタ装置の構成図である。
【符号の説明】
１　　真空室
２　　磁石
３　　磁界
４　　ターゲット
５　　半導体ウエハ
６　　放出粒子
７　　外周部近傍
８　　ターゲットシールド
９　　異物
１０　　ステージ
１１　　供給口
１２　　排気口
１３　　バッキングプレート
１４　　直流電源
１５　　ターゲット
１６　　凹部

Claims

真空室内に高電圧を印加してアルゴンガスをイオン化しターゲットの背面側に設置した磁石の磁界によってプラズマを発生させ、イオンをターゲットに衝突させてターゲット表面から飛散するスパッタ材を半導体ウエハ上に被着させて薄膜を形成するスパッタ装置において、半導体ウエハに対向するターゲット表面の外周部近傍に凹部を形成したことを特徴とするスパッタ装置。
前記ターゲット表面の凹部を形成する部分はプラズマ密度の低い部分であることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
前記ターゲット表面のプラズマ密度の低い部分に堆積し易い異物を、前記ターゲットに形成した凹部内に付着させることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
前記凹部内への異物の付着によって生じた突起がターゲット表面から突出していないことを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
前記ターゲット表面からの異物の突出を無くすることによって、ターゲットとこのターゲットを囲んで設けられたターゲットシールドとの間の異常放電を抑制することを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
前記ターゲットに形成された凹部は、ターゲット外周部近傍に沿って形成されたリング状溝であることを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。