JP2016089224A - 処理装置及びコリメータ - Google Patents

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Abstract

【課題】スパッタリングの効率を向上させ得る処理装置を提供する。【解決手段】一つの実施の形態に係る処理装置は、ターゲットと、第１のステージと、第１のコリメータとを備える。前記ターゲットは、粒子を飛ばすことが可能である。前記第１のステージは、前記ターゲットから離間して配置される。前記第１のコリメータは、前記ターゲットと前記第１のステージとの間に配置され、複数の第１の壁と、少なくとも一つの第１の開口部が設けられた複数の第２の壁と、を有し、前記複数の第１の壁及び前記複数の第２の壁によって、前記ターゲットから前記第１のステージへ向かう方向である第１の方向に延びる複数の第１の貫通孔を形成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、処理装置及びコリメータに関する。
例えば半導体ウェハに金属を成膜するスパッタ装置は、成膜される金属粒子の方向を揃えるためのコリメータを有する。コリメータは、多数の貫通孔を形成する壁を有し、半導体ウェハに対して略垂直方向に飛ぶ粒子を通過させるとともに、斜めに飛ぶ粒子を遮断する。
特開２００７−５０４４７３号公報
成膜される粒子の方向は、所望の方向に対して所定の範囲内であれば傾斜しても良い。コリメータは、不要な粒子のみならず、このような利用可能な斜め方向の粒子をも遮断してしまう場合がある。
本発明が解決する課題の一例は、スパッタリングの効率を向上させ得る処理装置及びコリメータを提供することである。
一つの実施の形態に係る処理装置は、ターゲットと、第１のステージと、第１のコリメータとを備える。前記ターゲットは、粒子を飛ばすことが可能である。前記第１のステージは、前記ターゲットから離間して配置される。前記第１のコリメータは、前記ターゲットと前記第１のステージとの間に配置され、複数の第１の壁と、少なくとも一つの第１の開口部が設けられた複数の第２の壁と、を有し、前記複数の第１の壁及び前記複数の第２の壁によって、前記ターゲットから前記第１のステージへ向かう方向である第１の方向に延びる複数の第１の貫通孔を形成する。
図１は、第１の実施の形態に係るスパッタ装置を概略的に示す断面図である。 図２は、第１の実施形態のコリメータを示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態のコリメータを示す断面図である。 図４は、第１の実施形態のターゲット及びコリメータを概略的に示す断面図である。 図５は、第２の実施の形態に係るコリメータの一部を概略的に示す断面図である。 図６は、第３の実施の形態に係るコリメータの一部を概略的に示す断面図である。 図７は、第３の実施形態のコリメータの変形例の一部を、概略的に示す断面図である。 図８は、第４の実施の形態に係るコリメータを示す平面図である。 図９は、第５の実施の形態に係るスパッタ装置を概略的に示す断面図である。
以下に、第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。
図１は、第１の実施の形態に係るスパッタ装置１を概略的に示す断面図である。スパッタ装置１は、処理装置の一例である。スパッタ装置１は、例えば、半導体ウェハ２の表面に、金属粒子によって成膜を行う。なお、スパッタ装置１はこれに限らず、例えば、他の対象物に成膜を行っても良い。
スパッタ装置１は、処理室１１と、ターゲット１２と、ステージ１３と、コリメータ１４とを備える。ステージ１３は、第１のステージの一例である。コリメータ１４は、第１のコリメータの一例である。
図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、処理室１１の幅に沿う。Ｙ軸は、処理室１１の奥行き（長さ）に沿う。Ｚ軸は、処理室１１の高さに沿う。以下の記載は、Ｚ軸が鉛直方向に沿うものとして説明する。なお、スパッタ装置１のＺ軸が鉛直方向に対して傾斜しても良い。
処理室１１は、密閉可能な箱状に形成される。処理室１１は、上壁２１と、底壁２２と、側壁２３と、排出口２４と、導入口２５とを有する。上壁２１と底壁２２とは、Ｚ軸に沿う方向（鉛直方向）に対向するように配置される。上壁２１は、所定の間隔を介して底壁２２の上方に位置する。側壁２３は、Ｚ軸に沿う方向に延び、上壁２１と底壁２２とを接続する。
排出口２４は、処理室１１の内部に開口し、例えば真空ポンプに接続される。真空ポンプが排出口２４から処理室１１の内部の空気を吸引することで、処理室１１の内部が真空状態にされ得る。
導入口２５は、処理室１１の内部に開口し、例えばアルゴンガスのような不活性ガスを収容するタンクに接続される。アルゴンガスが、導入口２５から真空状態にされた処理室１１の内部に導入され得る。
ターゲット１２は、粒子の発生源として利用される、例えば円環状の金属板である。なお、ターゲット１２の形状はこれに限らず、例えば円盤状に形成されても良い。ターゲット１２は、処理室１１の上壁２１に、例えばバッキングプレートを介して取り付けられる。バッキングプレートは、ターゲット１２の冷却材及び電極として用いられる。なお、ターゲット１２は、上壁２１に直接取り付けられても良い。
ターゲット１２は、下面１２ａを有する。下面１２ａは、下方に向く略平坦な面である。ターゲット１２に電圧が印加されると、処理室１１の内部に導入されたアルゴンガスがイオン化し、プラズマが発生する。アルゴンイオンがターゲット１２に衝突することで、例えばターゲット１２の下面１２ａから、ターゲット１２を構成する成膜材料の粒子Ｃが飛ぶ。
ステージ１３は、処理室１１の底壁２２に取り付けられる。すなわち、ステージ１３は、鉛直方向にターゲット１２から離間して配置される。なお、ステージ１３の代わりに、底壁２２が第１のステージの一例として用いられても良い。ステージ１３は、半導体ウェハ２を支持する。半導体ウェハ２は、例えば円盤状に形成される。なお、半導体ウェハ２は、他の形状に形成されても良い。
コリメータ１４は、Ｚ軸に沿う方向（鉛直方向）においてターゲット１２とステージ１３との間に配置される。Ｚ軸に沿う方向及び鉛直方向は、ターゲットから第１のステージに向かう方向であり、第１の方向の一例である。言い換えると、コリメータ１４は、ターゲット１２と半導体ウェハ２との間に配置される。コリメータ１４は、例えば処理室１１の側壁２３に取り付けられる。
図２は、コリメータ１４を示す斜視図である。図３は、コリメータ１４を示す断面図である。図２及び図３に示すように、コリメータ１４は、枠部３１と、整流部３２とを有する。
枠部３１は、鉛直方向に延びる円筒状に形成される。なお、枠部３１はこれに限らず、矩形のような他の形状に形成されても良い。枠部３１の断面積は、半導体ウェハ２の断面積よりも大きい。整流部３２は、ＸＹ平面において、筒状の枠部３１の内側に設けられる。枠部３１と整流部３２とは一体に作られる。
整流部３２は、複数の遮蔽壁３５と、複数の第１の連通壁３６と、複数の第２の連通壁３７とを有する。遮蔽壁３５は、第１の壁及び壁の一例である。第１及び第２の連通壁３６，３７は、第２の壁及び壁の一例である。
整流部３２は、複数の遮蔽壁３５、複数の第１の連通壁３６、及び複数の第２の連通壁３７によって、複数の貫通孔３９を形成する。複数の貫通孔３９は、鉛直方向に延びる六角形の孔である。言い換えると、複数の遮蔽壁３５、複数の第１の連通壁３６、及び複数の第２の連通壁３７は、内側に貫通孔３９が形成された複数の六角形の筒（ハニカム構造）を形成する。なお、貫通孔３９の形状はこれに限らない。
図３に示すように、整流部３２は、上端部３２ａと下端部３２ｂとを有する。上端部３２ａは、整流部３２の鉛直方向における一方の端部であり、ターゲット１２に向く。下端部３２ｂは、整流部３２の鉛直方向における他方の端部であり、ステージ１３に支持された半導体ウェハ２に向く。
貫通孔３９は、整流部３２の上端部３２ａから下端部３２ｂに亘って設けられる。すなわち、貫通孔３９は、ターゲット１２に向かって開口するとともに、ステージ１３に支持された半導体ウェハ２に向かって開口する孔である。
遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７は、鉛直方向に延びる略矩形（四角形）の板である。すなわち、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７は、同一方向に延びる。
第１の連通壁３６に、複数の第１の連通孔４１がそれぞれ設けられる。第１の連通孔４１は、第１の開口部及び開口部の一例である。第１の連通孔４１は、例えば平行四辺形状の孔であり、鉛直方向及び水平方向に並べられる。本明細書における水平方向は、Ｚ軸に対して直交する、ＸＹ平面上の方向である。なお、第１の連通孔４１の形状及び配置はこれに限らない。
第１の連通孔４１の鉛直方向における長さは、第１の連通孔４１の水平方向における長さよりも長い。水平方向は、第１の方向と直交する方向、の一例である。すなわち、第１の連通孔４１は、鉛直方向に延びる縦穴である。
第１の連通孔４１は、当該第１の連通孔４１が設けられた第１の連通壁３６によって隔てられる、二つの貫通孔３９を接続する。言い換えると、第１の連通孔４１は、一つの貫通孔３９と、隣接する他の貫通孔３９とに開口する。
第２の連通壁３７に、複数の第２の連通孔４２がそれぞれ設けられる。第２の連通孔４２は、第１の開口部の一例である。第２の連通孔４２は、例えば平行四辺形状の孔であり、鉛直方向及び水平方向に並べられる。なお、第２の連通孔４２の形状及び配置はこれに限らない。
第２の連通孔４２の鉛直方向における長さは、第２の連通孔４２の水平方向における長さよりも長い。すなわち、第２の連通孔４２は、鉛直方向に延びる縦穴である。
第２の連通孔４２は、当該第２の連通孔４２が設けられた第２の連通壁３７によって隔てられる、二つの貫通孔３９を接続する。言い換えると、第２の連通孔４２は、一つの貫通孔３９と、隣接する他の貫通孔３９とに開口する。
第２の連通孔４２は、第１の連通孔４１よりも大きい。第２の連通壁３７における複数の第２の連通孔４２の密度は、第１の連通壁３６における複数の第１の連通孔４１の密度よりも大きい。複数の第２の連通孔４２の密度は、第２の連通壁３７の大きさに対する複数の第２の連通孔４２の大きさである。第２の連通壁３７における複数の第２の連通孔４２の密度が、第１の連通壁３６における複数の第１の連通孔４１の密度よりも大きければ、第２の連通孔４２の大きさが第１の連通孔の大きさと同じかより小さくても良い。
遮蔽壁３５は、上端部３５ａと下端部３５ｂとを有する。第１の連通壁３６は、上端部３６ａと下端部３６ｂとを有する。第２の連通壁３７は、上端部３７ａと下端部３７ｂとを有する。
上端部３５ａ，３６ａ，３７ａは、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の鉛直方向における一方の端部であり、ターゲット１２に向く。上端部３５ａ，３６ａ，３７ａは、整流部３２の上端部３２ａを形成する。
整流部３２の上端部３２ａは、ターゲット１２に対して曲面状に凹む。言い換えると、整流部３２の上端部３２ａは、ターゲット１２から離れるように湾曲する。なお、上端部３２ａはこれに限らず、例えば、上端部３２ａの中央部分のみがターゲット１２に対して凹んで形成されても良い。
下端部３５ｂ，３６ｂ，３７ｂは、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の鉛直方向における他方の端部であり、ステージ１３に支持された半導体ウェハ２に向く。下端部３５ｂ，３６ｂ，３７ｂは、整流部３２の下端部３２ｂを形成する。
整流部３２の下端部３２ｂは、ステージ１３に支持された半導体ウェハ２に向かって曲面状に突出する。なお、下端部３２ｂはこれに限らず、例えば、下端部３２ｂの中央部分のみがステージ１３に向かって突出しても良い。
整流部３２の上端部３２ａと下端部３２ｂとは、略同一の曲面形状を有する。このため、鉛直方向における遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の長さは、略同一である。なお、位置によって鉛直方向における遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の長さが異なっても良い。
図４は、ターゲット１２及びコリメータ１４を概略的に示す断面図である。図２及び図４に示すように、整流部３２は、第１の部分５１と、第２の部分５２とを有する。第１の部分は、第１の部分と、ターゲットから外れた領域との一例である。第２の部分５２は、第２の部分と、ターゲットと向き合う領域との一例である。第１及び第２の部分５１，５２は、位置、範囲、及び領域とも称され得る。
図４の一点鎖線で示すように、第１の部分５１は、ターゲット１２から外れた位置に向く部分である。言い換えると、第１の部分５１は、鉛直方向において上壁２１に対向する部分である。このため、本実施形態における第１の部分５１は、例えば円環状のターゲット１２の内側の部分に対応する、円形の部分となる。
図４の一点鎖線で示すように、第２の部分５２は、鉛直方向においてターゲット１２に向く部分である。言い換えると、第２の部分５２は、ターゲット１２の下方に位置する部分である。このため、本実施形態における第２の部分５２は、ターゲット１２の形状に対応した円環状の部分となり、水平方向において第１の部分５１の外側に位置する。
ターゲット１２の下面１２ａから粒子Ｃが飛ぶ方向は、コサイン則（ランベルトの余弦則）に従って分布する。すなわち、下面１２ａのある一点から飛ぶ粒子Ｃは、下面１２ａの法線方向（鉛直方向）に最も多く飛ぶ。法線方向に対して角度θで傾斜する方向に飛ぶ粒子の数は、法線方向に飛ぶ粒子の数の余弦（ｃｏｓθ）に大よそ比例する。
以下の説明において、鉛直方向に飛ぶ粒子Ｃを鉛直成分、鉛直方向に対して傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを斜め成分と称することがある。鉛直成分が第１の部分５１に向かう量に対する斜め成分が第１の部分５１に向かう量の割合は、鉛直成分が第２の部分５２に向かう量に対する斜め成分が第２の部分５２に向かう量の割合よりも大きい。言い換えると、第１の部分５１には、第２の部分５２よりも斜め成分が飛来しやすい。
第１の部分５１は、複数の遮蔽壁３５によって形成されている。言い換えると、第１の部分５１において、遮蔽壁３５が、第１及び第２の連通壁３６，３７よりも多く配置される。すなわち、第１の部分５１における遮蔽壁３５の数は、第１の部分５１における第１の連通壁３６の数と第２の連通壁３７の数との合計よりも多い。なお、第１の部分５１に、遮蔽壁３５に加えて、第１及び第２の連通壁３６，３７が設けられても良い。
第２の部分５２は、複数の第１及び第２の連通壁３６，３７によって形成されている。言い換えると、第２の部分５２において、第１及び第２の連通壁３６，３７が、遮蔽壁３５よりも多く配置される。すなわち、第２の部分５２における第１の連通壁３６の数と第２の連通壁３７の数との合計は、第２の部分５２における遮蔽壁３５の数よりも多い。なお、第２の部分５２に、第１及び第２の連通壁３６，３７に加えて、遮蔽壁３５が設けられても良い。また、第２の部分５２は、第１の連通壁３６及び第２の連通壁３７のいずれか一方のみによって形成されても良い。
第１の部分５１が遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７のいずれか一種類のみによって形成される場合、第２の部分５２は、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の他の一種類を含む。すなわち、第１の部分５１と第２の部分５２とにおける、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の構成比は異なる。
第２の部分５２の、例えば外周側の部分に、他の場所よりも粒子Ｃの鉛直成分が飛来しやすい場所が存在する。当該第２の部分５２の外周側の部分において、第２の連通壁３７は、第１の連通壁３６よりも多く配置される。なお、鉛直成分が飛来しやすい場所はこれに限らず、種々の条件によって変わる。
以上のように、整流部３２において、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７が、ターゲット１２の形状に対して所定の分布で配置される。すなわち、整流部３２における遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の位置は、ターゲット１２の形状に対応して設定される。言い換えると、コリメータ１４の壁（遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７）に設けられた開口部（第１及び第２の連通孔４１，４２）に、疎密の分布が設定される。
なお、第１の部分５１と第２の部分５２とは、上述の位置に限らない。鉛直成分が第１の部分５１に向かう量に対する斜め成分が第１の部分５１に向かう量の割合が、鉛直成分が第２の部分５２に向かう量に対する斜め成分が第２の部分５２に向かう量の割合よりも大きければ、第１及び第２の部分５１，５２は他の位置にあっても良い。すなわち、第１及び第２の部分５１，５２は、コリメータ１４の各位置における鉛直成分と斜め成分との量に基づき設定される。
また、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の分布は、上述のものに限らない。例えば、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の分布は、例えば、ターゲット１２の形状、コリメータ１４の位置、印加される電圧のような種々の要素に基づいても設定され得る。
上記のようなコリメータ１４は、例えば、３Ｄプリンタによって積層造形される。これにより、第１及び第２の連通孔４１，４２が設けられた第１及び第２の連通壁３６，３７が容易に形成され得る。なお、コリメータ１４はこれに限らず、他の方法で作られても良い。コリメータ１４は、例えば、金属によって作られるが、他の材料によって作られても良い。
図４に示すように、ターゲット１２の下面１２ａから、粒子Ｃが飛ぶ。鉛直方向に飛ぶ粒子Ｃは、コリメータ１４の貫通孔３９を通過して、ステージ１３に支持された半導体ウェハ２に向かって飛ぶ。なお、鉛直方向に飛ぶ粒子Ｃは、例えば、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の上端部３５ａ，３６ａ，３７ａに付着することもある。
一方、鉛直方向に対して傾斜した方向（傾斜方向）に飛ぶ粒子Ｃも存在する。傾斜方向と鉛直方向との間の角度が所定の範囲よりも大きい粒子Ｃは、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７に付着する。すなわち、コリメータ１４は、傾斜方向と鉛直方向との間の角度が所定の範囲外である粒子Ｃを遮断する。
傾斜方向と鉛直方向との間の角度が所定の範囲内である粒子Ｃは、コリメータ１４の貫通孔３９を通過して、ステージ１３に支持された半導体ウェハ２に向かって飛ぶ。このような傾斜方向に飛ぶ粒子Ｃは、第１の連通壁３６の第１の連通孔４１、又は第２の連通壁３７の第２の連通孔４２を通過することが可能である。なお、傾斜方向と鉛直方向との間の角度が所定の範囲内である粒子Ｃも、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７に付着することがある。
コリメータ１４の貫通孔３９を通過した粒子Ｃは、半導体ウェハ２に付着及び堆積することで、半導体ウェハ２に成膜される。貫通孔３９を通過した粒子Ｃの向き（方向）は、鉛直方向に対して所定の範囲内で揃う。このように、コリメータ１４の形状によって、半導体ウェハ２に成膜される粒子Ｃの方向が制御される。
第１の実施の形態に係るスパッタ装置１において、コリメータ１４が、遮蔽壁３５と、第１及び第２の連通孔４１，４２がそれぞれ設けられた第１及び第２の連通壁３６，３７とによって、鉛直方向に延びる貫通孔３９を形成する。これにより、鉛直方向に対して傾斜した方向（傾斜方向）にターゲット１２から飛ばされた粒子Ｃが、第１及び第２の連通壁３６，３７の第１及び第２の連通孔４１，４２を通過することができる。これにより、スパッタ装置１は、傾斜方向に飛ぶ粒子Ｃを用いて成膜をすることができ、スパッタリングの効率が向上する。鉛直方向に対する傾斜角度が所定の範囲外の粒子Ｃは遮蔽壁３５と第１及び第２の連通壁３６，３７とによって遮断されるため、成膜される粒子Ｃの方向は鉛直方向に対して所定の範囲内に制御され得る。
鉛直方向において、ターゲット１２に向く位置に第１及び第２の連通壁３６，３７が遮蔽壁３５よりも多く配置される。粒子Ｃはターゲット１２からコサイン則に従って飛ぶため、鉛直方向においてターゲット１２に向く位置では、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃの割合が多い。第１及び第２の連通壁３６，３７が当該位置により多く配置されることで、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが第１及び第２の連通孔４１，４２を通過しやすい。従って、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを用いて成膜することができ、スパッタリングの効率が向上する。
一方、鉛直方向において、ターゲット１２から外れた位置に向く位置に遮蔽壁３５が第１及び第２の連通壁３６，３７よりも多く配置される。鉛直方向においてターゲット１２から外れた位置に向く位置では、鉛直方向に対して所定の範囲よりも外れて傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃの割合が多い。遮蔽壁３５が当該位置により多く配置されることで、鉛直方向に対して所定の範囲よりも大きく傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが遮断されやすくなり、成膜される粒子Ｃの方向がより確実に制御され得る。
傾斜方向に飛ぶ粒子Ｃ（斜め成分）が飛来する割合が大きい第１の部分５１において、遮蔽壁３５が第１及び第２の連通壁３６，３７よりも多く配置される。粒子Ｃはターゲット１２からコサイン則に従って飛ぶため、傾斜方向に飛ぶ粒子Ｃが飛来する割合が多い第１の部分５１では、鉛直方向に対して所定の範囲よりも大きく傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが飛来する割合も多い。遮蔽壁３５が第１の部分５１により多く配置されることで、鉛直方向に対して所定の範囲よりも大きく傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが遮断されやすくなり、成膜される粒子Ｃの方向がより確実に制御され得る。また、全体的に均一なスパッタリングが出来る。
鉛直方向に飛ぶ粒子Ｃが飛来する割合が大きい第２の部分５２において、第１及び第２の連通壁３６，３７が遮蔽壁３５よりも多く配置される。粒子Ｃはターゲット１２からコサイン則に従って飛ぶため、鉛直方向に飛ぶ粒子Ｃが飛来する割合が多い第２の部分５２では、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが飛来する割合も多い。第１及び第２の連通壁３６，３７が第２の部分５２により多く配置されることで、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが第１及び第２の連通孔４１，４２を通過しやすい。従って、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを用いて成膜することができ、スパッタリングの効率が向上する。
遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７は、ターゲット１２の形状に対して所定の分布で配置される。これにより、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを用いて成膜することができ、スパッタリングの効率が向上する。さらに、鉛直方向に対して所定の範囲よりも大きく傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが遮断されやすくなり、成膜される粒子Ｃの方向がより確実に制御され得る。
第２の連通壁３７は、第１の連通壁３６よりも第２の連通孔４２の密度が大きい。すなわち、第２の連通壁３７は、第１の連通壁３６よりも傾斜方向に飛ぶ粒子Ｃを通過させやすい。これにより、粒子Ｃが飛ぶ方向の分布により対応した第１及び第２の連通壁３６，３７の配置が可能となり、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを、より効率的に用いて成膜することが可能である。
遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７のターゲット１２に向く上端部３５ａ，３６ａ，３７ａは、ターゲット１２に対して凹む整流部３２の上端部３２ａを形成する。これにより、ターゲット１２の中央部分から、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７に遮断され難くなる。従って、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを、より効率的に用いて成膜することが可能である。
遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の下端部３５ｂ，３６ｂ，３７ｂは、ステージ１３に向かって突出する整流部３２の下端部３２ｂを形成する。これにより、ターゲット１２の端部分から、鉛直方向に対して所定の範囲より大きい角度で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７により確実に遮断される。従って、成膜される粒子Ｃの方向がより確実に制御され得る。
第１及び第２の連通孔４１，４２の鉛直方向における長さは、第１及び第２の連通孔４１，４２の水平方向における長さよりも長い。これにより、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃが、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７に遮断され難くなる。従って、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃを、より効率的に用いて成膜することが可能である。
以下に、第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
図５は、第２の実施の形態に係るコリメータ１４の一部を概略的に示す断面図である。図５に示すように、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７は、上端部３５ａ，３６ａ，３７ａから下端部３５ｂ，３６ｂ，３７ｂに向かうに従って厚くなる。言い換えると、貫通孔３９の断面積は、整流部３２の上端部３２ａから下端部３２ｂに向かうに従って縮小する。
ターゲット１２から飛ぶ粒子Ｃは、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７に付着及び堆積することがある。粒子Ｃは、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の表面に膜６１を形成する。
膜６１が形成されると、コリメータ１４は、膜６１を除去するために洗浄されることがある。例えば、コリメータ１４は、膜６１を溶かす洗浄液に浸される。これにより、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の表面から膜６１が除去される。
コリメータ１４が洗浄液に浸される時間は、例えば、膜６１の最も厚い部分の厚さに応じて設定される。一方、洗浄液は、コリメータ１４を溶かすことがある。このため、膜６１の厚さが均一であるほど、コリメータ１４が溶けることが抑制され、コリメータ１４の耐用回数は増加する。
第２の実施形態のスパッタ装置１において、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７は、上端部３５ａ，３６ａ，３７ａから下端部３５ｂ，３６ｂ，３７ｂに向かうに従って厚くなる。これにより、ターゲット１２から飛ぶ粒子Ｃが遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の表面により均等に付着しやすくなる。すなわち、膜６１の厚さがより均等になる。言い換えると、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７の上端部３５ａ，３６ａ，３７ａにのみ膜６１が形成されることが抑制される。従って、コリメータ１４に付着した粒子Ｃの膜６１を洗浄する際にコリメータ１４が溶けることが抑制され、コリメータ１４の耐用回数がより多くなる。
以下に、第３の実施の形態について、図６を参照して説明する。図６は、第３の実施の形態に係るコリメータ１４の一部を概略的に示す断面図である。図６に示すように、第１及び第２の連通孔４１，４２は、鉛直方向に対して傾斜する方向に延びる。第１及び第２の連通孔４１，４２が延びる方向は、鉛直方向に対して所定の範囲内の角度で傾斜する。なお、第１の連通孔４１が延びる方向と、第２の連通孔４２が延びる方向とが異なっても良い。
上述のように、ターゲット１２から飛ぶ粒子Ｃは、鉛直方向に対して傾斜する方向に飛ぶことがある。粒子Ｃが飛ぶ方向と、第１及び第２の連通孔４１，４２が延びる方向とが近いほど、第１及び第２の連通孔４１，４２は粒子Ｃを通過させやすい。
第３の実施形態のスパッタ装置１において、第１及び第２の連通孔４１，４２は、鉛直方向に対して傾斜する方向に延びる。第１及び第２の連通孔４１，４２が延びる方向により近い方向に飛ぶ粒子Ｃは、第１及び第２の連通孔４１，４２を通過しやすい。これにより、成膜される粒子Ｃの方向がより確実に制御され得る。
図７は、第３の実施形態のコリメータ１４の変形例の一部を、概略的に示す断面図である。上記第３の実施形態において、第１及び第２の連通孔４１，４２は、鉛直方向に対して一つの角度で傾斜する方向に延びる。しかし、図７に示すように、第１及び第２の連通孔４１，４２は、例えば、鉛直方向に対して一つの角度で傾斜する方向に延びる孔と、鉛直方向に対して他の角度で傾斜する方向に延びる孔と、が合成された孔であっても良い。
図７の例において、第１及び第２の連通孔４１，４２は、当該鉛直方向に対して−４５°傾斜する方向に延びる孔と、鉛直方向に対して４５°傾斜する方向に延びる孔と、が合成された孔である。この場合、第１の連通壁３６の、隣り合う二つの第１の連通孔４１の間に位置する部分３６ｃの断面形状は、略菱形となる。このような第１及び第２の連通孔４１，４２を有する第１及び第２の連通壁３６，３７は、隣り合う二つの貫通孔３９のどちらから斜め成分の粒子Ｃが飛来したとしても、当該粒子Ｃを通過させやすい。なお、第１及び第２の連通孔４１，４２の形状はこれに限らない。
以下に、第４の実施の形態について、図８を参照して説明する。図８は、第４の実施の形態に係るコリメータ１４を示す平面図である。図８に示すように、第４の実施形態のコリメータ１４は、複数の円壁７１と、複数の接続壁７２とを有する。
複数の円壁７１は、枠部３１と同心円状に配置される、円弧状の部分である。接続壁７２は、枠部３１の中心に対して放射状に延びる直線状の部分である。接続壁７２は、複数の円壁７１と枠部３１とを接続する。
遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７が、複数の円壁７１と複数の接続壁７２とを形成する。すなわち、それぞれの円壁７１及び接続壁７２は、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７のいずれか一つによって形成される。言い換えると、コリメータ１４は、遮蔽壁３５によって形成された円壁７１及び接続壁７２と、第１の連通壁３６によって形成された円壁７１及び接続壁７２と、第２の連通壁３７によって形成された円壁７１及び接続壁７２とを有する。なお、円壁７１及び接続壁７２は、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７のいずれか一つ又は二つによってのみ形成されても良い。
第４の実施形態のスパッタ装置１において、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７は、同心円状に配置された複数の円壁７１と、複数の円壁７１を接続する複数の接続壁７２と、を形成する。これにより、コリメータ１４の貫通孔３９を通過した粒子Ｃは、円形の半導体ウェハ２の形状に対応した同心円状に成膜される。
以下に、第５の実施の形態について、図９を参照して説明する。図９は、第５の実施の形態に係るスパッタ装置１を概略的に示す断面図である。図９に示すように、第５の実施形態のスパッタ装置１は、三つのステージ１３と、三つのコリメータ１４とを備える。
以下の説明において、三つのステージ１３を、ステージ１３Ａ，１３Ｂと個別に称することがある。一つのステージ１３Ａは、第１のステージの一例である。二つのステージ１３Ｂは、第２のステージの一例である。
さらに、以下の説明において、三つのコリメータ１４を、コリメータ１４Ａ，１４Ｂと個別に称することがある。一つのコリメータ１４Ａは、第１のコリメータの一例である。二つのコリメータ１４Ｂは、第２のコリメータの一例である。
ステージ１３Ａの形状及び配置は、第１乃至第４の実施形態のいずれか一つのステージ１３の形状及び配置と同一である。コリメータ１４Ａの形状及び配置は、第１乃至第４の実施形態のいずれか一つのコリメータ１４の形状及び配置と同一である。
処理室１１は、複数の傾斜壁８１をさらに有する。傾斜壁８１は、底壁２２と側壁２３との間に介在する。傾斜壁８１は、底壁２２に対して斜めに傾斜する。傾斜壁８１に、ステージ１３Ｂが取り付けられる。
ステージ１３Ｂは、鉛直方向に対して傾斜した方向（以下、傾斜基準方向と称する）に、ターゲット１２から離間して配置される。傾斜基準方向は、第１の方向に対して傾斜した方向、及びターゲットから第２のステージに向かう方向、の一例である。ターゲット１２とステージ１３Ｂとの間の距離は、ターゲット１２とステージ１３Ａとの間の距離と略同一である。
コリメータ１４Ｂは、傾斜基準方向において、ターゲット１２とステージ１３Ｂとの間に配置される。コリメータ１４Ｂの形状は、コリメータ１４Ａの形状と同一である。すなわち、コリメータ１４Ｂは、コリメータ１４Ａと同じく、枠部３１と整流部３２とを有する。コリメータ１４Ｂの整流部３２は、コリメータ１４Ａと同じく、複数の遮蔽壁３５と、複数の第１の連通壁３６と、複数の第２の連通壁３７とを有する。
コリメータ１４Ｂの遮蔽壁３５は、第３の壁の一例である。コリメータ１４Ｂの第１及び第２の連通壁３６，３７は、第４の壁の一例である。コリメータ１４Ｂの第１及び第２の連通孔４１，４２は、第２の開口部の一例である。
コリメータ１４Ｂは、コリメータ１４Ａと同じく、遮蔽壁３５、第１の連通壁３６、及び第２の連通壁３７によって貫通孔３９を形成する。コリメータ１４Ｂの貫通孔３９は、第２の貫通孔の一例である。コリメータ１４Ｂの貫通孔３９は、傾斜基準方向に延びる。
ターゲット１２の下面１２ａから、粒子Ｃが飛ぶ。鉛直方向に飛ぶ粒子Ｃと、鉛直方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃとは、コリメータ１４Ａの貫通孔３９を通過して、ステージ１３Ａに支持された半導体ウェハ２に向かって飛ぶ。これにより、ステージ１３Ａに支持された半導体ウェハ２の表面に、粒子Ｃが成膜される。
一方、傾斜基準方向に飛ぶ粒子Ｃと、傾斜基準方向に対して所定の範囲内で傾斜する方向に飛ぶ粒子Ｃとは、コリメータ１４Ｂの貫通孔３９を通過して、ステージ１３Ｂに支持された半導体ウェハ２に向かって飛ぶ。これにより、ステージ１３Ｂに支持された半導体ウェハ２の表面にも、粒子Ｃが成膜される。
第５の実施形態のスパッタ装置１は、ターゲット１２から傾斜基準方向に離間したステージ１３Ｂと、傾斜基準方向に延びる複数の貫通孔３９を形成するコリメータ１４Ｂとを備える。これにより、スパッタ装置１は、ターゲット１２から傾斜基準方向に飛ぶ粒子Ｃを用いて成膜することができ、スパッタリングの効率がより向上する。言い換えると、スパッタ装置１は、処理室１１の側壁２３に向かって飛ぶ粒子Ｃを用いて成膜することができ、スループットが向上する。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、第１のコリメータが、第１の壁と、第１の開口部が設けられた第２の壁とによって、第１の方向に延びる第１の貫通孔を形成する。これにより、スパッタリングの効率が向上する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。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とその均等の範囲に含まれる。
１…スパッタ装置、１２…ターゲット、１３，１３Ａ，１３Ｂ…ステージ、１４，１４Ａ，１４Ｂ…コリメータ、３２…整流部、３２ａ…上端部、３５…遮蔽壁、３５ａ…上端部、３６…第１の連通壁、３６ａ…上端部、３７…第２の連通壁、３７ａ…上端部、３９…貫通孔、４１…第１の連通孔、４２…第２の連通孔、５１…第１の部分、５２…第２の部分、７１…円壁、７２…接続壁、Ｃ…粒子。

Claims (13)

  1. 粒子を飛ばすことが可能なターゲットと、
    前記ターゲットから離間して配置された第１のステージと、
    前記ターゲットと前記第１のステージとの間に配置され、複数の第１の壁と、少なくとも一つの第１の開口部が設けられた複数の第２の壁と、を有し、前記複数の第１の壁及び前記複数の第２の壁によって、前記ターゲットから前記第１のステージへ向かう方向である第１の方向に延びる複数の第１の貫通孔を形成する第１のコリメータと、
    を具備する処理装置。
  2. 前記コリメータは、前記ターゲットと向き合う領域に前記第２の壁が前記第１の壁よりも多く配置され、前記ターゲットから外れた領域に前記第１の壁が前記第２の壁よりも多く配置される、請求項１の処理装置。
  3. 前記第１のコリメータは、第１の部分と、第２の部分と、を有し、
    前記第１の方向に飛ぶ前記粒子が前記第１の部分に向かう量に対する、前記第１の方向に対して傾斜する方向に飛ぶ前記粒子が前記第１の部分に向かう量の割合は、前記第１の方向に飛ぶ前記粒子が前記第２の部分に向かう量に対する、前記第１の方向に対して傾斜する方向に飛ぶ前記粒子が前記第２の部分に向かう量の割合よりも大きく、
    前記第１の部分において、前記第１の壁は前記第２の壁よりも多く配置され、
    前記第２の部分において、前記第２の壁は前記第１の壁よりも多く配置される、
    請求項１の処理装置。
  4. 前記複数の第１の壁と前記複数の第２の壁とは、前記ターゲットの形状に対して所定の分布で配置される、請求項１の処理装置。
  5. 前記複数の第２の壁は、第１の連通壁と、前記第１の連通壁よりも前記第１の開口部の密度が大きい第２の連通壁と、を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの処理装置。
  6. 前記第１の壁及び前記第２の壁は、前記ターゲットに向く一方の端部から、前記第１のステージに向く他方の端部に向かうに従って厚くなる、請求項１乃至請求項５のいずれか一つの処理装置。
  7. 前記第１の開口部は、前記第１の方向に対して傾斜する方向に延びる、請求項１乃至請求項６のいずれか一つの処理装置。
  8. 前記複数の第１の壁及び前記複数の第２の壁の、前記ターゲットに向く一方の端部は、前記ターゲットに対して凹む前記第１のコリメータの一方の端部を形成する、請求項１乃至請求項７のいずれか一つの処理装置。
  9. 前記第１の開口部の前記第１の方向における長さは、前記第１の開口部の前記第１の方向と直交する方向における長さよりも長い、請求項１乃至請求項８のいずれか一つの処理装置。
  10. 前記複数の第１の壁と前記複数の第２の壁とは、同心円状に配置された複数の円壁と、前記複数の円壁を接続する複数の接続壁と、を形成する、請求項１乃至請求項９のいずれか一つの処理装置。
  11. 前記第１の方向に対して傾斜した方向に前記ターゲットから離間して配置された第２のステージと、
    前記ターゲットと前記第２のステージとの間に配置され、複数の第３の壁と、少なくとも一つの第２の開口部が設けられた複数の第４の壁と、を有し、前記複数の第３の壁及び前記複数の第４の壁によって前記ターゲットから前記第２のステージに向かう方向に延びる複数の第２の貫通孔を形成する第２のコリメータと、
    をさらに具備する請求項１乃至請求項１０のいずれか一つの処理装置。
  12. 複数の第１の壁と、少なくとも一つの開口部が設けられた複数の第２の壁と、を有し、前記複数の第１の壁及び前記複数の第２の壁によって一方向に延びる複数の貫通孔が形成されたコリメータ。
  13. 粒子を飛ばすことが可能なターゲットと、
    前記ターゲットから離間して配置されたステージと、
    前記ターゲットから前記ステージへ向かう方向に延びる複数の貫通孔を形成する複数の壁と、少なくとも一つの前記壁に設けられた少なくとも一つの開口部と、を有するコリメータと、
    を具備する処理装置。
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