JP3105849B2 - Sputtering equipment - Google Patents
Sputtering equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程で用いられるスパッタ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus used in a semiconductor device manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般的なスパッタ装置について図8の構
成図を用いて説明する。2. Description of the Related Art A general sputtering apparatus will be described with reference to the configuration diagram of FIG.
【0003】陽極1に保持された半導体ウェハ(以下単
にウェハと云う)11と、この陽極1に対向するターゲ
ット20を同一チャンバー16内に置く。そしてチャン
バー内にグロー放電が発生する環境を作り、弱電プラズ
マを発生させる事によりチャンバー内に流入するスパッ
タガス(例えば:Ar)を電離させて+イオン(例え
ば:Ar+ )とし、この+イオンをグロー放電の陰極側
で発生する陰極降下層で加速して、ターゲット20面へ
衝突させ、この運動エネルギーによりターゲット材(例
えば:Al)の固まりを跳ね飛ばし対面にある陽極側の
ウェハ11に堆積するように構成されている。A semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer) 11 held on an anode 1 and a target 20 facing the anode 1 are placed in the same chamber 16. Then, an environment in which a glow discharge is generated is created in the chamber, and a sputter gas (eg: Ar) flowing into the chamber is ionized by generating a weakly-electron plasma to form + ions (eg: Ar + ). The glow discharge is accelerated by a cathode descending layer generated on the cathode side and collided with the target 20 surface, and the kinetic energy causes the mass of the target material (for example: Al) to be bounced off and deposited on the anode-side wafer 11 on the opposite side. It is configured as follows.
【0004】特開平4−26759号公報での装置はこ
の基本構成に加え、回転フランジと回転フランジを周縁
部で回転可能にし、且つ周縁部を気密状態に支承するリ
ング状回転シール機構と、リング状もしくは短円筒状の
移動フランジと真空容器との間に軸方向に長さが伸縮す
るシール機構を介装させる事により、ターゲット自体を
回転フランジで回転させ、小さいターゲットで実質的に
大きなターゲットを用いた場合と同様に膜厚の均一性を
向上させるというものである。[0004] In addition to the basic structure, the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-26759 has a rotating flange and a ring-shaped rotary sealing mechanism for rotatably rotating the rotating flange at the peripheral edge and supporting the peripheral edge in an airtight state. The target itself is rotated by the rotating flange by interposing a sealing mechanism that expands and contracts in the axial direction between the moving flange in the shape of a cylinder or a short cylinder and the vacuum vessel. This is to improve the uniformity of the film thickness in the same manner as when it is used.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】第1の問題点は、従来
のスパッタ装置では、半導体ウェハ表面の凹凸にたいし
てその表面に均一に堆積させたいスパッタ膜の段部での
カバーリッジが悪い事である。The first problem is that in the conventional sputtering apparatus, the cover ridge at the step portion of the sputtered film to be uniformly deposited on the surface of the semiconductor wafer is poor with respect to the unevenness on the surface of the semiconductor wafer. .
【0006】その理由は、ウェハ上の凹凸パターンに対
してターゲット面が十分に大きいため、ターゲット上か
ら飛来するターゲット材の飛来角が大きくなる為であ
る。The reason for this is that the target surface flying from above the target has a large flying angle because the target surface is sufficiently large with respect to the uneven pattern on the wafer.
【0007】第2の問題点は、設備の構造に起因する半
導体ウェハの膜厚ムラ(中央部が厚く、周辺部が薄い)
が発生する事である。The second problem is that the thickness of the semiconductor wafer is uneven due to the structure of the equipment (the center is thick and the periphery is thin).
Is to occur.
【0008】その理由は、半導体ウェハとターゲットが
図8のように相対する位置で固定されているため、ウェ
ハ中央部へのターゲット材の飛来確率が高くなるためで
ある。現状、半導体ウェハの径をターゲットの径より小
さくすることで影響を小さくしようとしているが、ウェ
ハとターゲット間距離が十分にあるため大きな効果が見
られない。The reason is that the probability that the target material will fly to the center of the wafer is increased because the semiconductor wafer and the target are fixed at opposing positions as shown in FIG. At present, an attempt is made to reduce the influence by making the diameter of the semiconductor wafer smaller than the diameter of the target, but no significant effect is seen because the distance between the wafer and the target is sufficient.
【0009】この改善方法の一つとして特開平4−26
759号公報に記載されているように、小さなターゲッ
トで大きなターゲットを用いたのと同じ効果を得るとい
う方法もあるが、これは回転フランジを中心とした疑似
的な大きいターゲットを作るものであり、膜の均一性は
幾分改善されるものの、膜厚ムラの傾向は変らない。し
かもスパッタレートやスパッタ効率が低下すると共に、
ターゲットの回転によるウェハ凹凸面に対するカーバレ
ッジの劣化が大きくなるという問題がある。As one of the improvement methods, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
As described in Japanese Patent No. 759, there is a method of obtaining the same effect as using a large target with a small target. However, this method is to make a pseudo large target around a rotating flange. Although the uniformity of the film is somewhat improved, the tendency of the film thickness unevenness does not change. Moreover, the sputtering rate and the sputtering efficiency are reduced,
There is a problem that the coverage of the uneven surface of the wafer due to the rotation of the target is greatly deteriorated.
【0010】第3の問題点は、半導体ウェハとターゲッ
ト間距離が十分にあるため、ターゲット表面でスパッタ
ガスにより四散したターゲット材の大部分が半導体ウェ
ハ表面以外のチャンバー側壁部に付着しパーティクルと
なりチャンバーを汚染する事である。A third problem is that, since the distance between the semiconductor wafer and the target is sufficient, most of the target material dispersed by the sputtering gas on the target surface adheres to the side wall of the chamber other than the surface of the semiconductor wafer to become particles and become particles. Is to pollute.
【0011】第4の問題点は、ターゲット表面をスパッ
タする際、電界のムラがそのままターゲット表面に凹凸
として現れる(エロージョン)ことにより、本来のター
ゲット寿命よりも早期にターゲットを交換する必要が発
生する事である。また、ターゲットにしても、第3の問
題点の関係もあり、余りメンテナンス期間を長くできな
いためスパッタ材の層の薄い短時間仕様のものが使われ
ているが、そのことにより、メンテナンス頻度が過剰に
なり設備稼働率が低下する。A fourth problem is that when the target surface is sputtered, unevenness of the electric field appears as irregularities on the target surface as it is (erosion), so that the target needs to be replaced earlier than the original target life. Is the thing. In addition, there is a third problem with the target, and the maintenance period cannot be extended too much, so that a short-time specification with a thin sputtered material layer is used. And the equipment operation rate decreases.
【0012】その理由は、ターゲットとウェハが固定さ
れているため、ターゲット表面に発生する電界強度のム
ラにより電離したスパッタガスの衝突頻度と強度がター
ゲット面に、固定した凹凸のムラをつくるからである。The reason is that, since the target and the wafer are fixed, the collision frequency and intensity of the ionized sputter gas due to the unevenness of the electric field generated on the surface of the target create unevenness of the fixed unevenness on the target surface. is there.
【0013】そのため凹のターゲット膜厚でターゲット
寿命が制限される(ターゲット材の層の薄い構造のため
凸にあわせて使用すると凹部分はターゲット材を取り付
けている地金をスパッタしてしまうことになる)上に、
ターゲット表面の凹凸による半導体ウェハ面へのムラの
転写も危惧されることになる。Therefore, the target life is limited by the concave target film thickness. (If the target material is used in conformity with the convex structure due to the thin structure of the target material layer, the concave portion sputters the metal to which the target material is attached. On)
The transfer of unevenness to the semiconductor wafer surface due to the unevenness of the target surface is also a concern.
【0014】本発明の第1の目的は、ウェハの凹凸面に
もカバレッジ良くスパッタ膜を形成できるスパッタ装置
を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of forming a sputtered film with good coverage even on an uneven surface of a wafer.
【0015】本発明の第2の目的は、チャンバー壁面か
らのパーティクルの発生を抑制できるスパッタ装置を提
供することにある。A second object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of suppressing the generation of particles from the chamber wall.
【0016】本発明の第3の目的は、ターゲット寿命の
低下によるメンテナンス頻度を少くできるスパッタ装置
を提供することにある。A third object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of reducing the frequency of maintenance due to a reduction in the life of a target.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ装置
は、半導体ウェハを保持する陽極と、この陽極に対向し
て設けられ前記ウェハより径の小さい1つないし複数の
ターゲットと、前記ウェハの表面に対して一定のナロー
ギャップを保ちながら特定のパターン状に前記ターゲッ
トをスキャンさせるターゲットスキャン手段とを含むこ
とを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising: an anode for holding a semiconductor wafer; one or more targets provided to face the anode and having a smaller diameter than the wafer; And a target scanning means for scanning the target in a specific pattern while maintaining a constant narrow gap.
【0018】本発明のスパッタ装置は、ターゲット径を
半導体ウェハより小さくし、ウェハ面上を特定のパター
ン状にスキャンニングさせる為、従来のウェハの中央部
が薄くなる設備構造に起因する問題を解決できる。The sputtering apparatus of the present invention has a target diameter smaller than that of a semiconductor wafer and scans the surface of the wafer in a specific pattern, thereby solving the problem caused by the conventional equipment structure in which the central portion of the wafer is thin. it can.
【0019】本発明のスパッタ装置のように、ナローギ
ャップ状態で図7に示す様に、ピンポイントで見た場
合、ターゲットのヘッドに近いウェハ部分を中心として
同心円状にスパッタ膜が生成される。この際の同心円状
の膜厚分布を考慮したスキャンニングパターンと速度を
設定する事により、ウェハ面上に成長膜厚の均一なスパ
ッタ膜を形成できる。そのための装置動作状態のモニタ
リングファクタとして、ターゲットと半導体ウェハ間の
ギャップモニタを行う事により、ピンポイントのスパッ
タ量をモニタする機構を有している。As shown in FIG. 7, in the narrow gap state as in the sputtering apparatus of the present invention, when viewed from the pinpoint, a sputtered film is formed concentrically around the wafer portion near the target head. By setting the scanning pattern and the speed in consideration of the concentric film thickness distribution at this time, a sputtered film having a uniform growth film thickness can be formed on the wafer surface. For this purpose, a mechanism for monitoring the amount of pinpoint spatter by monitoring the gap between the target and the semiconductor wafer is provided as a monitoring factor of the operating state of the apparatus.
【0020】また、対ウェハスパッタ材の飛来角を改善
するため及びスパッタ材以外のスパッタを防ぐ為に図6
(a)に示すように、ターゲット側面に絶縁シールド及
び電磁シールドからなる障壁を有している。Further, in order to improve the flying angle of the sputtered material to the wafer and to prevent spattering other than the sputtered material, FIG.
As shown in (a), the target side surface has a barrier composed of an insulating shield and an electromagnetic shield.
【0021】この障壁の間口とターゲットスパッタ面の
位置関係により、対ウェハスパッタ材の飛来角を自在に
調整する事が可能となる。The flying angle of the sputtered material relative to the wafer can be freely adjusted by the positional relationship between the frontage of the barrier and the target sputtering surface.
【0022】基本的に従来のターゲットより十分小さい
分飛来角は小さい上に、ターゲットのスパッタ面を周囲
の障壁面より下げる事により、ターゲット材の飛散方向
をウェハに垂直な方向のみに制限したり、電磁シールド
により垂直に近い方向に多少収束させる効果を有する。Basically, the flying angle is sufficiently smaller than that of the conventional target and the flying angle of the target material is limited to only the direction perpendicular to the wafer by lowering the sputtering surface of the target from the surrounding barrier surface. The electromagnetic shield has the effect of slightly converging in a direction close to the vertical.
【0023】最後にターゲットのスパッタ面と半導体ウ
ェハ間をナローギャップ(数mm〜数cm)を保たせな
がらスパッタを行う事により、従来スパッタ材の無駄
(大部分は半導体ウェハ上以外の処理チャンバー側壁に
付着)を低減し、且つ柱状ターゲットと回転式ターゲッ
ト面調整機構により、ターゲット寿命を大幅に長くする
ことができるため、パーティクルの低減、メンテナンス
頻度の低下及び設備稼働率の向上を実現できる。Lastly, by performing sputtering while maintaining a narrow gap (several mm to several cm) between the sputtering surface of the target and the semiconductor wafer, the conventional sputtering material is wasted (mostly the side wall of the processing chamber other than on the semiconductor wafer). ), And the life of the target can be greatly extended by the columnar target and the rotary target surface adjustment mechanism. Therefore, it is possible to reduce the number of particles, reduce the maintenance frequency, and improve the equipment operation rate.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1(a),(b)は本発明の第1の実施
の形態を説明する為のスパッタ装置(ターゲット回転ス
キャン式)の構成図及びターゲット部の上面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are a configuration diagram of a sputtering apparatus (target rotating scan type) and a top view of a target portion for explaining a first embodiment of the present invention.
【0025】図1(a),(b)を参照すると第1の実
施の形態のスパッタ装置は、チャンバー16内に設けら
れウェハ(試料)11を保持する陽極1と、この陽極1
の下方に位置し陽極1に対向して設けられ、ウェハ11
より径の小さい柱状ターゲット3と、慣性リング2とモ
ータ等からなる回転駆動機構7とターゲットベース9と
ターゲット10等からなり、ウェハ11の表面に対して
一定のナローギャップを保ちながら特定のパターン状に
柱状ターゲット3をスキャンさせるターゲットスキャン
手段と、ウェハ11の表面とターゲット3の表面間の静
電容量にてギャップをモニタするギャップモニタ8、及
びターゲット駆動コントローラ18とから主に構成され
ている。Referring to FIGS. 1A and 1B, the sputtering apparatus according to the first embodiment includes an anode 1 provided in a chamber 16 for holding a wafer (sample) 11, and
, Which is located below the anode 1 and is opposed to the anode 1,
It comprises a columnar target 3 having a smaller diameter, a rotation drive mechanism 7 composed of an inertia ring 2 and a motor, a target base 9 and a target 10, etc., and has a specific pattern shape while maintaining a constant narrow gap with respect to the surface of the wafer 11. 1. The scanner mainly comprises a target scanning means for scanning the columnar target 3, a gap monitor 8 for monitoring a gap by the capacitance between the surface of the wafer 11 and the surface of the target 3, and a target drive controller 18.
【0026】尚、図1において4はターゲットシール
ド、5はスパッタガス導入部、6は排気口、19は防塵
シートである。又ギャップモニタとしてはマイケルソン
モーレの干渉計を用いたレーザ光ギャップ測定器やマイ
クロメータ等を用いることができる。In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a target shield, 5 denotes a sputter gas inlet, 6 denotes an exhaust port, and 19 denotes a dustproof sheet. As the gap monitor, a laser light gap measuring device using a Michelson-Mole interferometer, a micrometer, or the like can be used.
【0027】このように構成された第1の実施の形態で
は、図1(b)に示したように、ターゲットベースの慣
性リング2の中央をターゲットレール10が走り、ター
ゲットベース9がそれに沿って移動する構造を持ち、慣
性リング2が回転し、ターゲットベース9がターゲット
レール10上を移動する事で、同心円状のスパッタをウ
ェハ11の表面方向に沿って実施できるようになってい
る。In the first embodiment configured as described above, as shown in FIG. 1B, the target rail 10 runs in the center of the inertia ring 2 of the target base, and the target base 9 moves along the center. It has a moving structure, the inertia ring 2 rotates, and the target base 9 moves on the target rail 10, so that concentric sputtering can be performed along the surface direction of the wafer 11.
【0028】駆動コントローラ18は、X・Y方向のタ
ーゲットベース9の位置の検出及びそのターゲットベー
ス9の位置を制御する機能、並びに移動するターゲット
ベース9の回転軸からの距離に対してウェハ上のスキャ
ンスピード(線速度)が一定になる様にコントロールす
る機能を有している。故に、ターゲットベース9の移動
速度及び精度によりウェハ11上に形成されるスパッタ
膜の膜厚ムラが決定される。The drive controller 18 has a function of detecting the position of the target base 9 in the X and Y directions and controlling the position of the target base 9, and a function of detecting the position of the moving target base 9 from the rotation axis on the wafer. It has a function to control the scan speed (linear velocity) to be constant. Therefore, the thickness unevenness of the sputtered film formed on the wafer 11 is determined by the moving speed and accuracy of the target base 9.
【0029】駆動コントローラ18の制御によりターゲ
ット3の描くパターンは、例えば図5(a)に示す様な
スキャニングパターンとなる。この際ウェハ上の均一な
スパッタ膜の成長が必要であるため、半導体ウェハ11
の中心からの距離に応じてターゲットベースの慣性リン
グ2の回転数を調整し、常にウェハ11と柱状ターゲッ
ト3のスパッタ面の相対スピードが一定(線速度一定)
となる様に調整することにより、図7に示す様に、ピン
ポイントでの膜厚を一定にすることで均一な同心円状の
スパッタ膜を成長できる。The pattern drawn by the target 3 under the control of the drive controller 18 is, for example, a scanning pattern as shown in FIG. At this time, it is necessary to grow a uniform sputtered film on the wafer.
The rotational speed of the inertia ring 2 of the target base is adjusted according to the distance from the center of the target, and the relative speed between the sputter surface of the wafer 11 and the columnar target 3 is always constant (constant linear velocity)
As shown in FIG. 7, a uniform concentric sputtered film can be grown by making the film thickness at the pinpoint constant as shown in FIG.
【0030】また、この構造の場合、ターゲットベース
9が回転しながらウェハ径の方向に移動するため、その
自重により回転動作が偏芯したり、振動したりして動作
精度に悪影響を及ぼすため大きな慣性質量を持つターゲ
ットベースの慣性リング2を取りつけることにより、こ
れらの悪影響をなくしている。Further, in the case of this structure, the target base 9 moves in the direction of the diameter of the wafer while rotating, so that the rotation of the target base 9 is eccentric or vibrated due to its own weight, which adversely affects the operation accuracy and is therefore large. The installation of a target-based inertial ring 2 with an inertial mass eliminates these adverse effects.
【0031】柱状ターゲット3は、図4に示すように、
駆動部を持つターゲットベース9上に柱状ターゲット3
が乗っている構造となっている。この柱状ターゲット3
の下部に、陰極側ギャップモニタ電極13及び回転式の
ターゲット昇降機14がつく構造であり、柱状ターゲッ
ト3の周りを図6に示すように、電磁保護シールド4C
と絶縁シールド4Aで囲む構造となっている。The columnar target 3 is, as shown in FIG.
Columnar target 3 on target base 9 having drive unit
It has a structure that rides. This columnar target 3
In the lower part of the figure, a cathode-side gap monitor electrode 13 and a rotary target elevator 14 are attached, and as shown in FIG.
And an insulating shield 4A.
【0032】また、柱状ターゲット3は図4に示したよ
うに、ターゲット昇降用溝15を持ち、回転式のターゲ
ット昇降機14の回転、上下動作及びターゲット固定に
より、確実で正確なターゲットの上下動作が可能な機能
を持っている。As shown in FIG. 4, the columnar target 3 has a target elevating groove 15, and the rotation and vertical movement of the rotary target elevator 14 and the fixing of the target ensure the accurate and accurate vertical movement of the target. Has a possible function.
【0033】次にターゲットスパッタ時の飛来角につい
て図6を用いて説明する。図6(a)に示す様に、柱状
ターゲット3の周りには、石英、テフロン、樹脂膜等か
らなる絶縁シールド4Aとコイル等からなる電磁発生・
スパッタ保護シールド4Bから構成される障壁が形成さ
れている。Next, the flying angle at the time of target sputtering will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6A, an electromagnetic shield 4A made of quartz, Teflon, a resin film and the like and a coil and the like are provided around the columnar target 3.
A barrier composed of the sputter protection shield 4B is formed.
【0034】電磁発生・スパッタ保護シールド4Bより
電磁波を発生させて電磁シールド4Cを形成し、柱状タ
ーゲット3の側壁をスパッタガスから庇護し、またスパ
ッタガスの衝突をターゲットスパッタ面に集中させ、前
述の様にターゲットスパッタ面から四散したスパッタ材
の粒子の飛散方向をターゲットスパッタ面と障壁部の開
口の高さの差を利用して横方向への四散を防止すること
により、スパッタ材の粒子を半導体ウェハ方向に制限す
る事が可能になる。An electromagnetic wave is generated from the electromagnetic generation / sputter protection shield 4B to form an electromagnetic shield 4C to protect the side wall of the columnar target 3 from the sputter gas, and to concentrate the collision of the sputter gas on the target sputter surface. In the same way, by using the difference in the height of the target sputtering surface and the opening of the barrier to prevent the scattering direction of the particles of the sputtering material dispersed from the target sputtering surface from scattering in the lateral direction, the particles of the sputtering material It is possible to limit the direction to the wafer.
【0035】すなわち、ターゲットのスパッタ面21A
が高い場合はスパッタ角は広くなり、スパッタ材の粒子
3Aは広角に飛散する。破線で示すようにスパッタ面2
1Bを低くすると、スパッタ材の粒子3Bの広がりは狭
くなる。従って図9(a),(b)に示す様に、半導体
ウェハ11表面上への飛来角を小さくする事(θ1 >θ
2 )で図9(b)に示すように、微細な凹凸パターンで
のスパッタ膜22のカバリッジ改善が実現できる。That is, the target sputtering surface 21A
Is high, the sputter angle becomes wide, and the particles 3A of the sputter material scatter at a wide angle. As indicated by the broken line, the sputtering surface 2
When 1B is lowered, the spread of the particles 3B of the sputter material becomes narrow. Therefore, as shown in FIGS. 9A and 9B, the flying angle on the surface of the semiconductor wafer 11 is reduced (θ 1 > θ).
2 ) As shown in FIG. 9B, the coverage of the sputtered film 22 can be improved with a fine uneven pattern.
【0036】また、電磁シールド4Cにより障壁近傍へ
のスパッタガスの衝突頻度が減少するため、実作業状態
を想定するとターゲットスパッタ面21Aは、図6
(b)のような形状となり、より半導体ウェハ方向への
ターゲット材の飛散が増える事になる。Further, since the frequency of collision of the sputtering gas with the vicinity of the barrier is reduced by the electromagnetic shield 4C, assuming the actual operation state, the target sputtering surface 21A is formed as shown in FIG.
The shape as shown in (b) is obtained, and the scattering of the target material in the direction of the semiconductor wafer is increased.
【0037】更に、ターゲットスパッタ面と半導体ウェ
ハとの間隔をナローギャップ化する事により、ターゲッ
ト材の無駄をなくしチャンバー側壁へのターゲット材の
付着によるパーティクル発生を低減させることができ
る。その上前述の柱状ターゲットの使用及び回転式ター
ゲットスパッタ面調整機構により、スパッタ面のエロー
ジョンの影響もなく長期ターゲットの利用が可能となる
ため、メンテナンス頻度の低減、設備稼働率の向上及び
パーティクルの低減等の効果が得られる。Further, by making the gap between the target sputtering surface and the semiconductor wafer a narrow gap, waste of the target material can be eliminated and generation of particles due to the adhesion of the target material to the side wall of the chamber can be reduced. In addition, the use of the above-mentioned columnar target and the rotary target sputtering surface adjustment mechanism enable the long-term target to be used without being affected by erosion of the sputtering surface, thereby reducing maintenance frequency, improving equipment operation rate, and reducing particles. And the like.
【0038】図2(a),(b)は本発明の第2の実施
の形態を説明する為のスパッタ装置(ターゲットX・Y
方向自走式)の構成図及びターゲット部の上面図であ
る。FIGS. 2A and 2B show a sputtering apparatus (target XY) for explaining a second embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a direction self-propelled type) and a top view of a target part.
【0039】この第2の実施の形態は、第1の実施の形
態のように回転によるスキャンニングを行わず、図2
(b)のようにX方向ターゲットレール10B及びY方
向ターゲットレール10Aにより構成されるX・Y方向
スキャニング機構を用いることで、図5(b)に示す様
なターゲットのスキャンパターンにより均一なスパッタ
膜を形成する構造となっている。その他の構成は第1の
実施の形態とほぼ同一である。In the second embodiment, the scanning by rotation is not performed as in the first embodiment.
By using the XY scanning mechanism constituted by the X-direction target rail 10B and the Y-direction target rail 10A as shown in FIG. 5B, a more uniform sputtering film can be obtained by a target scan pattern as shown in FIG. Is formed. Other configurations are almost the same as those of the first embodiment.
【0040】この第2の実施の形態は前述の様な構成及
び動作を行うため、図5(b)の様なスキャニングパタ
ーンとなる。この際第1の実施の形態との違いは、回転
動作を行わず図2(b)に示したX・Y方向スキャニン
グ機構により半導体ウェハ上を均一にスキャニングする
ことにより、第1の実施の形態の場合と同様の効果を生
み出す。また、回転部分が無い分構造的に簡単なものに
なるが、動作的には複雑になるため精度が要求される。In the second embodiment, since the above-described configuration and operation are performed, a scanning pattern as shown in FIG. 5B is obtained. At this time, the difference from the first embodiment is that the semiconductor wafer is uniformly scanned on the semiconductor wafer by the XY scanning mechanism shown in FIG. Produces the same effect as In addition, although there is no rotating part, the structure becomes simple, but the operation becomes complicated, so accuracy is required.
【0041】図3(a)〜(c)は本発明の第3の実施
の形態を説明する為のスパッタ装置(ターゲットX・Y
方向自走式試料回転型)の構成図、ターゲット部の上面
図及び陽極側ギャップモニタ電極の下面図である。FIGS. 3A to 3C show a sputtering apparatus (target XY) for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a sample self-propelled rotation type), a top view of a target portion, and a bottom view of an anode-side gap monitor electrode.
【0042】この第3の実施の形態は、陽極側ギャップ
モニタ電極12にウェハ11を保持して回転させ、第1
及び第2の実施の形態のそれぞれのメリットを生かすよ
うにしたものである。In the third embodiment, the wafer 11 is held and rotated by the anode-side gap monitor
The second embodiment is designed to take advantage of the advantages of the second embodiment and the second embodiment.
【0043】構造としてはターゲット駆動コントローラ
18により制御される陽極の回転駆動機構7Aにより半
導体ウェハ11自体を回転させ、ターゲットベース9は
図3(b)に示すX・Y方向スキャニング機構により回
転するウェハ上を任意のパターンでスキャニングできる
様にしたものである。第1の実施の形態では図1(b)
に示したように、ターゲットベースの慣性リング2上に
ターゲットベース9があるために、回転による遠心力が
ターゲットベース9の動作に大きく影響を与えるが、本
第3の実施の形態では上記構造としたことで面内均一化
にたいする精度をより向上させることができる。また半
導体ウェハ11自体を回転させ、更にターゲットベース
9をX・Y方向にスキャニングできる様にしたため、更
に膜厚均一性に対して微妙な調整が可能である。The structure is such that the semiconductor wafer 11 itself is rotated by the anode rotation drive mechanism 7A controlled by the target drive controller 18, and the target base 9 is rotated by the XY scanning mechanism shown in FIG. 3B. The upper part can be scanned in an arbitrary pattern. In the first embodiment, FIG.
As shown in the figure, the centrifugal force due to the rotation greatly affects the operation of the target base 9 because the target base 9 is located on the inertia ring 2 of the target base. By doing so, the accuracy for in-plane uniformity can be further improved. Further, since the semiconductor wafer 11 itself is rotated and the target base 9 can be scanned in the X and Y directions, fine adjustments to the film thickness uniformity can be made.
【0044】尚、上記各実施の形態においてはウェハの
径より小さな径を有する1つの柱状ターゲットを用いて
説明したが、ウェハの径より小さな径を有する複数の柱
状ターゲットをターゲットベース上に固定して用いても
よい。1つのターゲットと同じ面積のスパッタ面を有す
る複数のターゲットを用いた場合、スパッタ膜のカバー
リッジはより改善されたものとなる。In the above embodiments, one columnar target having a diameter smaller than the diameter of the wafer has been described. However, a plurality of columnar targets having a diameter smaller than the diameter of the wafer are fixed on the target base. May be used. When a plurality of targets having the same area of the sputter surface as one target are used, the coverage of the sputtered film is further improved.
【0045】[0045]
【発明の効果】第1の効果は、半導体ウェハの凹凸部の
ターゲット材によるカバーリッジが改善されることであ
る。その理由は、前述の様にターゲット上から飛来する
ターゲット材の飛来角を小さくできるからである。The first effect is that the cover ridge by the target material on the uneven portion of the semiconductor wafer is improved. The reason is that the flying angle of the target material flying from above the target can be reduced as described above.
【0046】第2の効果は、平板(マグネトロン)スパ
ッタ方式に起因する膜厚のムラを改善できることであ
る。その理由は原理的に半導体ウェハとターゲットが相
対する位置で固定されていないため、スパッタレートと
ギャップ固定膜厚均一性をターゲットのスキャン精度で
対応できるためである。The second effect is that unevenness in film thickness caused by a flat plate (magnetron) sputtering method can be improved. The reason is that, in principle, the semiconductor wafer and the target are not fixed at a position facing each other, so that the sputter rate and the uniformity of the gap fixed film thickness can be dealt with by the scanning accuracy of the target.
【0047】第3の効果は、チャンバー内側壁部への余
分なスパッタ材の付着が少ないためパーティクルの発生
も少なく、メンテナンス期間が十分長くとれ稼働時間が
向上することである。その理由は、ナローギャップでス
パッタを行うため、チャンバーの側壁に回り込む無駄な
ターゲット材の飛散がほとんど無いためである。The third effect is that the generation of particles is small due to the small amount of extra sputtered material adhered to the inner wall of the chamber, the maintenance period is sufficiently long, and the operation time is improved. The reason is that since sputtering is performed with a narrow gap, there is almost no useless scattering of the target material wrapping around the side wall of the chamber.
【0048】第4の効果は、ターゲット自体の使用期限
が大幅に伸び、第3の効果と併せてメンテナンス期間の
延長と稼働率の向上が望めることである。その理由は、
柱状ターゲットと、半導体ウェハ・ターゲット間のギャ
ップモニタと、回転式ギャップ調整機構の使用により、
ターゲット材の膜厚の問題とスパッタ面の凹凸固定によ
る問題が発生しないためである。The fourth effect is that the expiration date of the target itself is greatly extended, and the extension of the maintenance period and the improvement of the operation rate can be expected in addition to the third effect. The reason is,
By using a columnar target, a gap monitor between the semiconductor wafer and the target, and the use of a rotary gap adjustment mechanism,
This is because the problem of the film thickness of the target material and the problem of fixing the unevenness of the sputtering surface do not occur.
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する為のスパ
ッタ装置の構成図及びターゲット部の上面図。FIG. 1 is a configuration diagram of a sputtering apparatus and a top view of a target unit for explaining a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態を説明する為のスパ
ッタ装置の構成図及びターゲット部の上面図。FIG. 2 is a configuration diagram of a sputtering apparatus and a top view of a target unit for explaining a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施の形態を説明する為のスパ
ッタ装置の構成図、ターゲット部の上面図及び陽極側ギ
ャップモニタ電極の下面図。FIG. 3 is a configuration diagram of a sputtering apparatus for explaining a third embodiment of the present invention, a top view of a target section, and a bottom view of an anode-side gap monitor electrode.
【図4】実施の形態で用いる柱状ターゲットの構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a columnar target used in the embodiment.
【図5】ターゲットのスキャニングパターンを示す図。FIG. 5 is a view showing a scanning pattern of a target.
【図6】ターゲットのスパッタ面付近の構造を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a structure near a sputtering surface of a target.
【図7】スキャニングスパッタ時の膜成長モデルを示す
図。FIG. 7 is a diagram showing a film growth model during scanning sputtering.
【図8】従来のスパッタ装置の基本構成図。FIG. 8 is a basic configuration diagram of a conventional sputtering apparatus.
【図9】スパッタ膜のカバーリッジを説明する為の図。FIG. 9 is a diagram for explaining a cover ridge of a sputtered film.
1 陽極 2 慣性リング 3 柱状ターゲット 4 ターゲットシールド 4A 絶縁シールド 4B 電磁発生・スパッタ保護シールド 4C 電磁シールド 5 スパッタガス導入部 6 排気口 7 回転駆動機構 8 ギャップモニタ 9 ターゲットベース 10 ターゲットレール 11 ウェハ(試料) 12 陽極側ギャップモニタ電極 13 陰極側ギャップモニタ電極 14 ターゲット昇降機 15 ターゲット昇降用溝 16 チャンバー 18 ターゲット駆動コントローラ 19 防塵シールド 20 ターゲット 21A,21B ターゲットのスパッタ面 22 スパッタ膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode 2 Inertial ring 3 Columnar target 4 Target shield 4A Insulation shield 4B Electromagnetic generation / sputter protection shield 4C Electromagnetic shield 5 Sputter gas introduction part 6 Exhaust port 7 Rotation drive mechanism 8 Gap monitor 9 Target base 10 Target rail 11 Wafer (sample) 12 Anode-side gap monitor electrode 13 Cathode-side gap monitor electrode 14 Target elevator 15 Target elevating groove 16 Chamber 18 Target drive controller 19 Dust-proof shield 20 Target 21A, 21B Target sputter surface 22 Sputtered film
Claims (7)
極に対向して設けられ前記ウェハより径の小さい1つな
いし複数のターゲットと、前記ウェハの表面に対して一
定のナローギャップを保ちながら特定のパターン状に前
記ターゲットをスキャンさせるターゲットスキャン手段
とを含むことを特徴とするスパッタ装置。An anode for holding a semiconductor wafer, one or more targets provided opposite to the anode and having a smaller diameter than the wafer, and specified while maintaining a constant narrow gap with respect to the surface of the wafer. And a target scanning means for scanning the target in a pattern as described above.
る請求項1記載のスパッタ装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target is provided below the anode.
に含む請求項1又は請求項2記載のスパッタ装置。3. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a wafer rotating means for rotating the wafer.
タするギャップモニタ手段を更に含む請求項1〜3いず
れか記載のスパッタ装置。4. The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a gap monitor for monitoring a gap between the wafer and the target.
項1〜4いずれか記載のスパッタ装置。5. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target is formed in a column shape.
に含む請求項5記載のスパッタ装置。6. The sputtering apparatus according to claim 5, further comprising a rotary target extrusion supply unit.
壁へのスパッタガスの衝突防止とスパッタ物質の飛来角
を制御する為の絶縁シールドと電磁シールドからなる障
壁が設けられている請求項5又は請求項6記載のスパッ
タ装置。7. A barrier comprising an insulating shield and an electromagnetic shield for preventing a sputtering gas from colliding with a target side wall and controlling a flying angle of a sputtered substance is provided on a side surface of the target. Item 7. The sputtering apparatus according to Item 6.
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