JP2566101B2

JP2566101B2 - スパッタ装置

Info

Publication number: JP2566101B2
Application number: JP4215963A
Authority: JP
Inventors: 敏彦桂; 正泰安部
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JPH05195218A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜のスパッタ装置に
関するもので、特に、半導体装置の膜形成用として使用
されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のスパッタ装置は、ターゲッ
トと基板が対向した枚葉式で、磁石によるマグネトロン
放電により、基板へのダメージを軽減すると共に、磁界
によりプラズマ径を制御し、高速スパッタ（１５００オ
ングストローム／ｍｉｎ、ＳｉＯ₂スパッタの場合）を
実現している。一方、パーティクル（微粒子）対策とし
ては、ターゲット付近に防着板を設けることにより、ス
パッタ粒子のチャンバー内壁からのスパッタ膜の剥離を
低減している。又、スパッタ膜（線膨張係数小）付着部
分（ステンレス等線膨張計数大）を、線膨張係数がター
ゲット材と近い物質（石英等）で覆うと共に、スパッタ
時には基板を水平から８５度傾け、パーティクル対策を
行っている。（図５参照）しかし、これでも不十分であ
るため、定期的にスパッタ膜付着部分を交換している。

【０００３】図５において１１はカソードフランジ、１
２はＯリング、１３はチャンバー壁、１４はチャンバー
内防着板、１５はターゲット防着板、１５´はターゲッ
ト防着板上石英板、１６はターゲット、１７はバッキン
グプレート、１８は基板ホルダー、１８´は基板ホルダ
ー上石英板、１９は基板（半導体ウエハ）、２０は交流
電源である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点を以
下に示す。

【０００５】（１）ターゲット１６に防着板１５を取り
付けることで、チャンバー内防着板１４上へのスパッタ
膜の形成、及びそれに起因するスパッタ膜の剥がれは、
抑えられる。しかし、主なスパッタ膜付着部分であるタ
ーゲット防着板１５の内側（ターゲット側）と、基板ホ
ルダー１８の表面の基板周辺部には、スパッタ膜が厚く
形成される。この形成されたスパッタ膜の剥がれによる
パーティクルが、基板１９上へのスパッタ成膜時に、膜
中不純物として取り込まれ、絶縁膜形成の場合、リー
ク、耐圧不良などの問題となる。防着板１５の表面およ
び基板ホルダー１８の表面を、ターゲット材１６と近い
線膨張係数を持つ物質（石英板、窒化膜板など）で覆っ
た場合、パーティクル数は、石英板なしの場合の図２の
曲線ｂの場合よりある程度低減されるが、十分でない。
（図２の曲線ｃ参照）そのため、防着板および基板ホル
ダー表面の定期的な交換洗浄が必要となるが、これは装
置の稼動効率の低下を意味する。

【０００６】（２）基板１９を、水平方向から８５度傾
けて成膜することは、水平に保持した場合に比べると、
基板上のパーティクル数は低減されるが、これも不十分
である。（３）高速スパッタを行うため、防着板上でのスパッタ
膜の堆積速度も速く、スパッタ膜の剥がれによるパーテ
ィクルの増加速度も速い。

【０００７】（４）スパッタ膜の剥がれは、放電中、お
よびそれ以外のときの膜付着部分の温度変化に伴う膜内
部応力の増大（加）が原因と考えられるが、それに対す
る対策はなされていない。本発明は、従来の基板とター
ゲットが対向した高速スパッタ装置の長所を損なわず
に、チャンバ内のパーティクル数を減少させることを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段と作用】本発明は、チャン
バーと、このチャンバー内に配置されたターゲットと、
基板を前記ターゲットに近接して対向設置する基板ホル
ダーと、前記ターゲットの側方に配置され、前記チャン
バーに対するスパッタ膜の付着を防止するターゲット防
着板と、少なくとも前記基板ホルダーのターゲット側表
面を覆い、ターゲット材と近い線膨脹係数を持った被覆
物質と、少なくとも前記ターゲット防着板に設けられ、
スパッタ時以外に前記ターゲット防着板をスパッタ時に
到達する温度付近に制御するヒータ手段とを具備したこ
とを特徴とするスパッタ装置である。

【０００９】すなわち本発明は、基板とターゲットの対
向した高速スパッタ装置において、基板以外のスパッタ
膜付着部分を、連続スパッタ時に、前記スパッタ膜付着
部分と付着スパッタ膜の間の温度変化による伸縮ずれを
防止（低減）して付着スパッタ膜の剥がれを抑制し、チ
ャンバー内パーティクル数を低減することを特徴とす
る。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例として、図１に高速スパッタ
装置を示すが、これは図５のものと対応する場合の例で
あるから、同一部分には同一符号を付しておく。本装置
は、３ターゲット（３チャンバー）を有し、同時に３枚
の基板上に成膜可能としているが、図１には、その中の
一室の断面図を示した。

【００１１】本装置の特徴は、成膜時に基板１９が水平
方向から８５度の角度をもってターゲット１６と対向す
ること、ターゲット防着板１５と基板ホルダー１８によ
り、チャンバー内壁防着板１４上へのスパッタ膜の形成
が抑制されること、防着板１５の表面および基板ホルダ
ー１８の表面のスパッタ膜付着部分を、ターゲット材１
６と近い線膨張係数を持つ物質例えば高純度石英板１５
´、１８´で覆ったこと、そして防着板１５および基板
ホルダー１８を加熱保持可能なヒーター・ユニット２１
および２２を持つことである。

【００１２】本装置を用い、防着板１５および基板ホル
ダー１８の表面の温度を２００℃近辺に保持加熱し、タ
ーゲット１６として高純度ＳｉＯ₂膜を基板１９にスパ
ッタ成膜した。ここでスパッタ成膜のためのスパッタ放
電時はヒータ２１、２２はオフ状態とするが、スパッタ
放電時の熱で、上記近辺の温度を保持する。一方、スパ
ッタ放電時以外は、ヒータ２１、２２をオンとし、防着
板１５、基板ホルダー１８の温度を例えば２００℃に温
調する。

【００１３】この様にすれば、防着板１５、基板ホルダ
ー１８は定温に保たれるため、たとえこれらの材質と累
積スパッタ膜材との間に、温度差による伸縮差があって
も、スパッタ膜材の剥がれによるパーティクル数増加を
防止できるものである。また何等かの原因で、成膜時以
外に例えばヒータ２１、２２がオフする期間があったり
しても、防着板１５、基板ホルダー１８のターゲット側
表面を、ターゲット材１６と近い線膨張係数を持つ物質
１５´、１８´で覆ってあるので、スパッタ膜材の剥が
れによるパーティクルが増加するのをさらに抑えること
ができる、つまり加熱される防着版１５、基板ホルダー
１８と被覆物質１５´、１８´とは、相補う形で、スパ
ッタ膜材の剥れによるパーティクル数の増加を防止して
いる。

【００１４】上記基板上における０．３μｍ以上のパー
ティクル数のスパッタ膜厚（防着板および基板ホルダー
洗浄後の基板上累積スパッタ膜厚）依存性を図２に示
す。測定は、直径５インチのベア・シリコン・ウエハ上
に、１０００オングストロームのＳｉＯ₂膜をスパッタ
成膜し、パーティクルの測定を行った。パーティクル測
定を行わないウエハ上には、各ウエハにつき１００００
オングストロームのＳｉＯ₂膜を成膜した。１ロット２
４枚チャージで、各ターゲットで８枚づつ成膜し、１枚
目、８枚目を測定ウエハとした。なお、３チャンバー各
々のパーティクル数を平均し、測定値とした。スパッタ
条件は、到達真空度１．５×１０^-7Ｔｏｒｒ、スパッタ
時Ａｒ分圧３．０×１０^-3Ｔｏｒｒ、Ａｒ流量３０ＳＣ
ＣＭであり、スパッタ成膜速度１５００オングストロー
ム／ｍｉｎである。

【００１５】なお、保持加熱温度は、本実施例では２０
０℃としたが、スパッタ時の防着板の到達温度は、ター
ゲットと基板間距離、チャンバ形状、ターゲット電力な
どにより異なるため、防着板の最適保持加熱温度は、装
置毎に異なる。その装置の防着板のスパッタ時の安定温
度に設定すればよい。

【００１６】本実施例の設定温度は、図３から求めた。
この図３は、成膜（放電）時、および成膜終了後の防着
板の温度変化とパーティクル数変化の関係を示す。放電
終了後の防着板温度の低下に伴い、パーティクル数が急
増していることが分かる。

【００１７】本実施例において、スパッタ膜付着部分
（防着板および基板ホルダー）の温度を、常時２００℃
に保持し、ＳｉＯ₂スパッタ成膜のランニング・テスト
を行った際の、パーティクル数の累積スパッタ膜厚依存
性を調べた結果を図２の実践ａで、保持加熱を行わない
従来法によるランニング・テストの結果を、破線ｂおよ
び一点鎖線ｃで示す。パーティクル数のスペックは、通
常ウエハ上１００個以下（０．３μｍ以上）であるが、
従来法では、７μｍ成膜時にスペックを越えてしまう。

【００１８】しかし本発明によれば、４０μｍまでスペ
ックを満たす２４枚編成で成膜を行うと、３ターゲット
の装置の場合、各ターゲットで８枚成膜することにな
る。一枚につき、１μｍ成膜すると、１ロット（２４
枚）につき、各ターゲット８μｍ成膜することになる。
それゆえ、従来法によれば、１ロット成膜する度に、ス
パッタ膜付着部分の洗浄が必要であるが、本発明によれ
ば、洗浄の頻度は、５ロットに一度で済む。防着板を交
換する際には、チャンバーを大気圧に戻す必要があり、
又、交換後の真空引きにも数時間を要する。結局、交換
一度につき、最低５時間程度の時間を消費する。本発明
の手法によれば、このロス時間が大幅に低減され、装置
スループットの向上にも有効である。

【００１９】図６は本発明の異なる実施例である。これ
は前実施例のドーム状防着板とは異なり、防着板を広
げ、仕切り板のような形をした防着板１５´´とし、こ
れにヒータ２１を設けるようにしたものである。この場
合もターゲット防着板１５´´と基板ホルダー１８のタ
ーゲット側表面には、それぞれ石英板１５´、１８´を
設ける。この構成には、スパッタ室下方にターゲット電
力分散用開口部３１と溝３２が設けられ、これは真空引
き用のポンプ（図示せず）につながっている。この様な
構成でも同様な効果が得られ、電極部分の裏面の部分に
ヒータの無い場合にも同様な効果が得られる。３３はタ
ーゲット・アースシールドである。

【００２０】なお本発明は実施例のみに限られることな
く、種々の応用が可能である。例えば実施例では、ソー
ス・ターゲット材として高純度石英（ＳｉＯ₂）などを
用いたが、ターゲット材としてＭｏ系合金、Ｗ系合金な
どの内部応力の大きい膜剥がれを起こしやすい金属を用
いる場合にも、本発明は有効であることはいうまでもな
い。又、ヒーター・ユニットの取り付け位置としても、
本実施例では、カソード防着板と基板ホルダーの両者と
したが、例えば図４のごとく、カソード防着板１５のみ
に取り付けても、実施例と略同様の効果がえられる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明によれば、基
板とターゲットが対向した高速スパッタ装置の長所を損
なわずに、チャンバー内、したがってスパッタ成膜時の
パーティクル数を減少させ得るなどの利点を有したスパ
ッタ装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面的構成図。

【図２】同実施例の効果を説明するための特性図。

【図３】同実施例の効果を説明するための特性図。

【図４】本発明の他の実施例の断面的構成図。

【図５】従来装置の断面的構成図。

【図６】本発明の他の実施例の断面的構成図。

【符号の説明】

１１…カソード・フランジ、１２…Ｏリング、１３…チ
ャンバー壁、１４…チャンバー内防着板、１５、１５´
´…ターゲット防着板、１５´…ターゲット防着板上石
英板、１６…ターゲット、１７…バッキング・プレー
ト、１８…基板ホルダー、１８´…基板ホルダー上石英
板、１９…基板、２１…ターゲット防着板保持加熱用ヒ
ータ、２２…基板ホルダー保持加熱用ヒータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−30661（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−30662（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−121659（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバーと、このチャンバー内に配置されたターゲットと、基板を前記ターゲットに近接して対向設置する基板ホル
ダーと、前記ターゲットの側方に配置され、前記チャンバーに対
するスパッタ膜の付着を防止するターゲット防着板と、少なくとも前記基板ホルダーのターゲット側表面を覆
い、ターゲット材と近い線膨脹係数を持った被覆物質
と、少なくとも前記ターゲット防着板に設けられ、スパッタ
時以外に前記ターゲット防着板をスパッタ時に到達する
温度付近に制御するヒータ手段とを具備したことを特徴
とするスパッタ装置。