JP2924891B1 - スパッタリング装置 - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 １枚のウェハに複数のスパッタリング条件で
成膜するとができるスパッタリング装置を提供する。 【解決手段】 チャンバ内にターゲット材２及びターゲ
ット電極１と、ターゲット材２に対向するようにウェハ
ホルダ１０上に載置されたウェハ５が設けられている。
ターゲット材２及びターゲット電極１は複数個に分割さ
れており、高電圧電源から各分割ターゲット電極１ａ〜
１ｄに個別に制御された電圧が印加される。
成膜するとができるスパッタリング装置を提供する。 【解決手段】 チャンバ内にターゲット材２及びターゲ
ット電極１と、ターゲット材２に対向するようにウェハ
ホルダ１０上に載置されたウェハ５が設けられている。
ターゲット材２及びターゲット電極１は複数個に分割さ
れており、高電圧電源から各分割ターゲット電極１ａ〜
１ｄに個別に制御された電圧が印加される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造等に使用
されるスパッタリング装置に関し、特に１枚のウエハに
２種以上の条件による成膜を可能にするスパッタリング
装置に関する。
されるスパッタリング装置に関し、特に１枚のウエハに
２種以上の条件による成膜を可能にするスパッタリング
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、半導体装置製造において、チップ
製造領域拡大のために、シリコンの大口径化が進んでい
る。この大口径化により、１個のチップ当たりのコスト
を著しく低減することができる。しかし、大口径のシリ
コンウエハは１枚当たりの単価が未だ高価であり、大口
径ウエハを使用する研究開発においてはコストがかかり
過ぎるという欠点がある。
製造領域拡大のために、シリコンの大口径化が進んでい
る。この大口径化により、１個のチップ当たりのコスト
を著しく低減することができる。しかし、大口径のシリ
コンウエハは１枚当たりの単価が未だ高価であり、大口
径ウエハを使用する研究開発においてはコストがかかり
過ぎるという欠点がある。
【０００３】例えば、半導体装置製造工程において、基
板上に種々の膜を形成するためにスパッタリング装置が
使用されている。図４は従来のスパッタリング装置を示
す断面図である。このスパッタリング装置の円筒状のチ
ャンバ４９には底部にガスを導入、排気するためのＡｒ
ガス導入口４７及び排気口４８が設けられており、チャ
ンバ４９内の底部壁上にシリコンウエハ５を保持するた
めのウエハホルダ５０が設置されている。チャンバ４９
内の上部にはターゲット電極４１が絶縁体５２を介して
チャンバ４９に支持されており、このターゲット電極４
１には高電圧電源４３が接続されている。円板状のター
ゲット電極４１にはマグネット５１が内蔵されており、
マグネット５１の磁場でプラズマを調整するようになっ
ている。ターゲット電極４１内は空洞となっており、冷
却水４６を通流させて冷却するようになっている。ま
た、ターゲット電極４１、ターゲット材４２、及びシリ
コンウエハ４５の周囲を囲むように円筒状のシールド板
４４がチャンバ４９の上部に支持されて配置されてい
る。
板上に種々の膜を形成するためにスパッタリング装置が
使用されている。図４は従来のスパッタリング装置を示
す断面図である。このスパッタリング装置の円筒状のチ
ャンバ４９には底部にガスを導入、排気するためのＡｒ
ガス導入口４７及び排気口４８が設けられており、チャ
ンバ４９内の底部壁上にシリコンウエハ５を保持するた
めのウエハホルダ５０が設置されている。チャンバ４９
内の上部にはターゲット電極４１が絶縁体５２を介して
チャンバ４９に支持されており、このターゲット電極４
１には高電圧電源４３が接続されている。円板状のター
ゲット電極４１にはマグネット５１が内蔵されており、
マグネット５１の磁場でプラズマを調整するようになっ
ている。ターゲット電極４１内は空洞となっており、冷
却水４６を通流させて冷却するようになっている。ま
た、ターゲット電極４１、ターゲット材４２、及びシリ
コンウエハ４５の周囲を囲むように円筒状のシールド板
４４がチャンバ４９の上部に支持されて配置されてい
る。
【０００４】このように構成された従来のスパッタリン
グ装置においては、排気口４８を介してスパッタチャン
バ４９を排気しつつ、ガス導入口４７からＡｒガスをチ
ャンバ４９内に導入してチャンバ４９内を所定圧のＡｒ
ガス雰囲気にする。そして、高電圧電源４３からターゲ
ット電極４１に負電圧を印加すると、ターゲット材４２
にマイナス電荷がかかり、ターゲット材４２にＡｒ+イ
オンが衝突する。Ａｒ+イオンの衝突時のエネルギーに
よりスパッタ原子がターゲット材４２から放出され、こ
のスパッタ原子は、対極にあるウエハ４５及びシールド
板４４等に到着した際エネルギーを失い、ウエハ又はシ
ールド板の上に成膜される。
グ装置においては、排気口４８を介してスパッタチャン
バ４９を排気しつつ、ガス導入口４７からＡｒガスをチ
ャンバ４９内に導入してチャンバ４９内を所定圧のＡｒ
ガス雰囲気にする。そして、高電圧電源４３からターゲ
ット電極４１に負電圧を印加すると、ターゲット材４２
にマイナス電荷がかかり、ターゲット材４２にＡｒ+イ
オンが衝突する。Ａｒ+イオンの衝突時のエネルギーに
よりスパッタ原子がターゲット材４２から放出され、こ
のスパッタ原子は、対極にあるウエハ４５及びシールド
板４４等に到着した際エネルギーを失い、ウエハ又はシ
ールド板の上に成膜される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研究開
発過程においては、スパッタリングパワー及びスパッタ
リング時間等の条件を変化させることによりウエハへの
多種多様な成膜を行い、そのウエハの評価を行ってい
る。この場合に、従来のスパッタリング装置において
は、各成膜条件毎に１枚のウエハを使用する必要があ
り、このため、従来の大口径ウエハを使用してスパッタ
リング装置により研究開発をしようとすると、そのコス
トが高くなるという欠点がある。
発過程においては、スパッタリングパワー及びスパッタ
リング時間等の条件を変化させることによりウエハへの
多種多様な成膜を行い、そのウエハの評価を行ってい
る。この場合に、従来のスパッタリング装置において
は、各成膜条件毎に１枚のウエハを使用する必要があ
り、このため、従来の大口径ウエハを使用してスパッタ
リング装置により研究開発をしようとすると、そのコス
トが高くなるという欠点がある。
【０００６】なお、スパッタリング中のターゲットの表
面割れを防止する技術として、複数個に分割した成膜材
料を平板上に並べて１つの成膜材料としたターゲット構
造が提案されている（特開平５−２６３２３４号公
報）。しかしながら、この従来技術も、実験研究過程に
おいて大口径ウエハを使用する場合の無駄を排除できる
ものではなかった。
面割れを防止する技術として、複数個に分割した成膜材
料を平板上に並べて１つの成膜材料としたターゲット構
造が提案されている（特開平５−２６３２３４号公
報）。しかしながら、この従来技術も、実験研究過程に
おいて大口径ウエハを使用する場合の無駄を排除できる
ものではなかった。
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、１個のチャンバ内で１枚のウエハに複数の
スパッタリング条件で成膜することができるスパッタリ
ング装置を提供することを目的とする。
のであって、１個のチャンバ内で１枚のウエハに複数の
スパッタリング条件で成膜することができるスパッタリ
ング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るスパッタリ
ング装置は、チャンバと、このチャンバ内に設置されウ
エハが載置されるウエハホルダと、このウエハホルダ上
のウエハに対向するように前記チャンバ内に設置された
ターゲットと、前記チャンバ内を排気しチャンバ内にス
パッタリングガスを導入する手段と、前記ターゲットに
電圧を印加する電源手段と、を有し、前記ターゲットは
複数個に分割されており、前記電源手段は各分割ターゲ
ットに印加される電圧を個別に制御するものであり、前
記チャンバ内には前記分割ターゲットに対応して前記チ
ャンバ内を仕切るシールド部材が設けられていることを
特徴とする。
ング装置は、チャンバと、このチャンバ内に設置されウ
エハが載置されるウエハホルダと、このウエハホルダ上
のウエハに対向するように前記チャンバ内に設置された
ターゲットと、前記チャンバ内を排気しチャンバ内にス
パッタリングガスを導入する手段と、前記ターゲットに
電圧を印加する電源手段と、を有し、前記ターゲットは
複数個に分割されており、前記電源手段は各分割ターゲ
ットに印加される電圧を個別に制御するものであり、前
記チャンバ内には前記分割ターゲットに対応して前記チ
ャンバ内を仕切るシールド部材が設けられていることを
特徴とする。
【０００９】この場合に、前記ターゲットが、成膜物質
から形成されたターゲット材と、このターゲット材を保
持すると共にターゲット材に電圧を印加するターゲット
電極とから構成されており、前記ターゲット材及びター
ゲット電極は相互に同一の大きさに分割されており、前
記電源手段は分割されたターゲット電極に個別に制御し
て電圧を印加するように構成することが好ましい。
から形成されたターゲット材と、このターゲット材を保
持すると共にターゲット材に電圧を印加するターゲット
電極とから構成されており、前記ターゲット材及びター
ゲット電極は相互に同一の大きさに分割されており、前
記電源手段は分割されたターゲット電極に個別に制御し
て電圧を印加するように構成することが好ましい。
【００１０】また、前記シールド部材は、前記ウエハの
中心に整合する位置を中心として放射状に配置された複
数材の板により構成することができる。
中心に整合する位置を中心として放射状に配置された複
数材の板により構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。本実施例は、本
発明を４種の成膜条件によるスパッタリングに適用した
ものである。図１は本発明の第１の実施例に係るスパッ
タリング装置を示す断面図、図２（ａ）乃至（ｄ）は同
じくそのチャンバ内の構成物を示す斜視図である。ま
た、図３は図２に示したターゲット材の構造を示す正面
図である。図１に示すように、このスパッタリング装置
の円筒状のチャンバ９には底部にガスを導入、排気する
ためのＡｒガス導入口７及び排気口８が設けられてお
り、チャンバ９内の底部壁上にシリコンウエハ５を保持
するためのウエハホルダ１０が設置されている。チャン
バ９内の上部にはターゲット電極１が絶縁体１２を介し
てチャンバ９に支持されており、このターゲット電極１
には高電圧電源３が接続されている。また、ターゲット
電極１、ターゲット材２、及びシリコンウエハ５の周囲
を囲むように円筒状のシールド板４ａがチャンバ９の上
部に支持されて配置されている。ターゲット材２とウエ
ハ５との間にはウエハの中心に整合する位置を中心とし
て４枚の板が放射状に配置されて構成されたシールド板
４ｂが配置されている。
付の図面を参照して具体的に説明する。本実施例は、本
発明を４種の成膜条件によるスパッタリングに適用した
ものである。図１は本発明の第１の実施例に係るスパッ
タリング装置を示す断面図、図２（ａ）乃至（ｄ）は同
じくそのチャンバ内の構成物を示す斜視図である。ま
た、図３は図２に示したターゲット材の構造を示す正面
図である。図１に示すように、このスパッタリング装置
の円筒状のチャンバ９には底部にガスを導入、排気する
ためのＡｒガス導入口７及び排気口８が設けられてお
り、チャンバ９内の底部壁上にシリコンウエハ５を保持
するためのウエハホルダ１０が設置されている。チャン
バ９内の上部にはターゲット電極１が絶縁体１２を介し
てチャンバ９に支持されており、このターゲット電極１
には高電圧電源３が接続されている。また、ターゲット
電極１、ターゲット材２、及びシリコンウエハ５の周囲
を囲むように円筒状のシールド板４ａがチャンバ９の上
部に支持されて配置されている。ターゲット材２とウエ
ハ５との間にはウエハの中心に整合する位置を中心とし
て４枚の板が放射状に配置されて構成されたシールド板
４ｂが配置されている。
【００１２】ターゲット電極１は図２（ａ）に示すよう
に円板をその中心を通り直交する線分で４当分した扇状
の分割構造を有しており、各分割電極１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ間は帯状の絶縁体１ｅにより絶縁分離されてい
る。そして、各分割電極１ａ〜１ｄ内には、図１に示す
ように、夫々マグネット１１が内蔵されていて、マグネ
ット１１の磁場によりプラズマを調整するようになって
いる。この分割ターゲット電極１ａ〜１ｄ内は空洞とな
っており、冷却水６を通流させて冷却するようになって
いる。
に円板をその中心を通り直交する線分で４当分した扇状
の分割構造を有しており、各分割電極１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ間は帯状の絶縁体１ｅにより絶縁分離されてい
る。そして、各分割電極１ａ〜１ｄ内には、図１に示す
ように、夫々マグネット１１が内蔵されていて、マグネ
ット１１の磁場によりプラズマを調整するようになって
いる。この分割ターゲット電極１ａ〜１ｄ内は空洞とな
っており、冷却水６を通流させて冷却するようになって
いる。
【００１３】ターゲット材２も、図３に示すように、タ
ーゲット電極１と同様に４等分割されている。即ち、タ
ーゲット材２は円板をその中心を通る直交線分で４等分
割した４個の扇状分割ターゲット材１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄにより構成されている。十字状の枠体１３
が円輪状の枠体１４内にその中心に枠体１３の交差点を
一致させて嵌め込まれ、相互に接合されている。これら
の枠体１３，１４は絶縁体により成形されており、円輪
状枠体１４と十字状枠体１３とに囲まれた４個の扇状の
部分に夫々分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄが嵌合さ
れ、分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄの各直線状をなす
２辺が十字状枠体１３に接合されて分割ターゲット材１
２ａ〜１２ｄと枠体１３，１４が組み立てられている。
この円輪状枠体１４と十字状枠体１３により、各分割タ
ーゲット材２が個々に絶縁されるため、夫々の分割ター
ゲットに独自に電圧を制御することができる。なお、枠
体１３，１４の厚さは分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄ
の厚さよりも薄く、従ってターゲット電極１に吸着され
たときに、分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄは枠体１
３，１４に邪魔されず、夫々分割ターゲット電極１ａ〜
１ｄに直接接触するようになっている。なお、ターゲッ
ト材２の各分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄはウエハ５
上に成膜すべき材料により構成されている。
ーゲット電極１と同様に４等分割されている。即ち、タ
ーゲット材２は円板をその中心を通る直交線分で４等分
割した４個の扇状分割ターゲット材１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄにより構成されている。十字状の枠体１３
が円輪状の枠体１４内にその中心に枠体１３の交差点を
一致させて嵌め込まれ、相互に接合されている。これら
の枠体１３，１４は絶縁体により成形されており、円輪
状枠体１４と十字状枠体１３とに囲まれた４個の扇状の
部分に夫々分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄが嵌合さ
れ、分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄの各直線状をなす
２辺が十字状枠体１３に接合されて分割ターゲット材１
２ａ〜１２ｄと枠体１３，１４が組み立てられている。
この円輪状枠体１４と十字状枠体１３により、各分割タ
ーゲット材２が個々に絶縁されるため、夫々の分割ター
ゲットに独自に電圧を制御することができる。なお、枠
体１３，１４の厚さは分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄ
の厚さよりも薄く、従ってターゲット電極１に吸着され
たときに、分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄは枠体１
３，１４に邪魔されず、夫々分割ターゲット電極１ａ〜
１ｄに直接接触するようになっている。なお、ターゲッ
ト材２の各分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄはウエハ５
上に成膜すべき材料により構成されている。
【００１４】次に、上述のごとく構成されたスパッタリ
ング装置の動作について説明する。先ず、図３に示すタ
ーゲット材２を図１のターゲット電極１の下面に取り付
ける。この場合に、前記ターゲット電極１ａ〜１ｄと、
分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄが夫々整合し、絶縁体
１ｅが絶縁性枠体１３に整合するように配置する。ま
た、シールド板４ｂをターゲット材２の絶縁性枠体に整
合させてウエハ５上に配置する。そして、チャンバ９内
を排気し、チャンバ９内にＡｒガスを所定圧力となるよ
うに導入した後、電源から各分割ターゲット電極１ａ〜
１ｄに負電圧を印加する。そうすると、シールド板４
ａ，４ｂにより仕切られた４個の空間内でプラズマ放電
が生じ、Ａｒ+イオンが負電荷が印加された分割ターゲ
ット材１２ａ〜１２ｄに衝突し、ターゲット材１２ａ〜
１２ｄから原子が放出される。このターゲット材１２ａ
〜１２ｄの原子がウエハ５上に堆積する。そして、分割
ターゲット電極１ａ〜１ｄへの供給電圧を停止すると、
スパッタリングが終了する。
ング装置の動作について説明する。先ず、図３に示すタ
ーゲット材２を図１のターゲット電極１の下面に取り付
ける。この場合に、前記ターゲット電極１ａ〜１ｄと、
分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄが夫々整合し、絶縁体
１ｅが絶縁性枠体１３に整合するように配置する。ま
た、シールド板４ｂをターゲット材２の絶縁性枠体に整
合させてウエハ５上に配置する。そして、チャンバ９内
を排気し、チャンバ９内にＡｒガスを所定圧力となるよ
うに導入した後、電源から各分割ターゲット電極１ａ〜
１ｄに負電圧を印加する。そうすると、シールド板４
ａ，４ｂにより仕切られた４個の空間内でプラズマ放電
が生じ、Ａｒ+イオンが負電荷が印加された分割ターゲ
ット材１２ａ〜１２ｄに衝突し、ターゲット材１２ａ〜
１２ｄから原子が放出される。このターゲット材１２ａ
〜１２ｄの原子がウエハ５上に堆積する。そして、分割
ターゲット電極１ａ〜１ｄへの供給電圧を停止すると、
スパッタリングが終了する。
【００１５】本実施例においては、各分割ターゲット電
極１ａ〜１ｄに印加する電圧及び印加時間等の成膜条件
は個別に制御する。このため、ウエハ５のシールド板４
ｂにより仕切られた４個の領域には、成膜速度及び成膜
時間等の成膜条件が個別に制御されてスパッタリング粒
子が堆積する。各分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄから
放出された原子はシールド板４ｂにより遮蔽されて隣り
の領域のウエハ上に堆積することはない。また、ターゲ
ット電極１も分割されているので、成膜が不要な領域又
は一定厚以上の成膜が不要な領域については、その対応
する分割電極に通電せず、又は途中で通電を停止するこ
とにより、容易に成膜制御することができる。
極１ａ〜１ｄに印加する電圧及び印加時間等の成膜条件
は個別に制御する。このため、ウエハ５のシールド板４
ｂにより仕切られた４個の領域には、成膜速度及び成膜
時間等の成膜条件が個別に制御されてスパッタリング粒
子が堆積する。各分割ターゲット材１２ａ〜１２ｄから
放出された原子はシールド板４ｂにより遮蔽されて隣り
の領域のウエハ上に堆積することはない。また、ターゲ
ット電極１も分割されているので、成膜が不要な領域又
は一定厚以上の成膜が不要な領域については、その対応
する分割電極に通電せず、又は途中で通電を停止するこ
とにより、容易に成膜制御することができる。
【００１６】このようにして、本実施例装置によれば、
ウエハ５上に各領域Ａ〜Ｄについて異なる膜厚又は成膜
条件で成膜することができる。
ウエハ５上に各領域Ａ〜Ｄについて異なる膜厚又は成膜
条件で成膜することができる。
【００１７】なお、上記実施例ではウエハ５を４分割し
た場合について説明したが、ターゲット電極１、ターゲ
ット材２及びシールド板４ｂの分割数を変更することに
より、例えば１枚のウエハに２，３種又は５種以上のス
パッタリング条件を設定することができる。
た場合について説明したが、ターゲット電極１、ターゲ
ット材２及びシールド板４ｂの分割数を変更することに
より、例えば１枚のウエハに２，３種又は５種以上のス
パッタリング条件を設定することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１枚のウエハに２種以上のスパッタリング条件で成膜す
ることができ、研究開発過程で大口径ウエハを有効に使
用することを可能にする。
１枚のウエハに２種以上のスパッタリング条件で成膜す
ることができ、研究開発過程で大口径ウエハを有効に使
用することを可能にする。
【図１】本発明の第１の実施例に係るスパッタリング装
置を示す断面図である。
置を示す断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は同じくそのチャンバ内の構
成物を示す斜視図である。
成物を示す斜視図である。
【図３】図２に示したターゲット材の構造を示す正面図
である。
である。
【図４】従来のスパッタリング装置の断面図である。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ；ターゲット電極 ２，１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ；ターゲッ
ト材 ３；高電圧電源 ４ａ，４ｂ；シールド板 ５；シリコンウエハ ６；冷却水 ７；Ａｒガス導入口 ８；排気口 ９；チャンバ １０；ウエハホルダ １１；マグネット １３，１４；枠体
ト材 ３；高電圧電源 ４ａ，４ｂ；シールド板 ５；シリコンウエハ ６；冷却水 ７；Ａｒガス導入口 ８；排気口 ９；チャンバ １０；ウエハホルダ １１；マグネット １３，１４；枠体
Claims (3)
- 【請求項１】 チャンバと、このチャンバ内に設置され
ウエハが載置されるウエハホルダと、このウエハホルダ
上のウエハに対向するように前記チャンバ内に設置され
たターゲットと、前記チャンバ内を排気しチャンバ内に
スパッタリングガスを導入する手段と、前記ターゲット
に電圧を印加する電源手段と、を有し、前記ターゲット
は複数個に分割されており、前記電源手段は各分割ター
ゲットに印加される電圧を個別に制御するものであり、
前記チャンバ内には前記分割ターゲットに対応して前記
チャンバ内を仕切るシールド部材が設けられていること
を特徴とするスパッタリング装置。 - 【請求項２】 前記ターゲットは、成膜物質から形成さ
れたターゲット材と、このターゲット材を保持すると共
にターゲット材に電圧を印加するターゲット電極とから
構成されており、前記ターゲット材及びターゲット電極
は相互に同一の大きさに分割されており、前記電源手段
は分割されたターゲット電極に個別に制御して電圧を印
加することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリン
グ装置。 - 【請求項３】 前記シールド部材は、前記ウエハの中心
に整合する位置を中心として放射状に配置された複数枚
の板により構成されていることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
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