JP4471767B2 - Sputtering apparatus and sputtering method using the same - Google Patents
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本発明は、半導体ウェーハ(以下、ウェーハと言う)の処理面に薄膜形成を行なうスパッタ装置及びそれを用いたスパッタ方法に関し、特にウェーハ面内の膜厚分布を大きく向上することができるスパッタ装置及びそれを用いたスパッタ方法に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus for forming a thin film on a processing surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) and a sputtering method using the same, and in particular, a sputtering apparatus capable of greatly improving the film thickness distribution in the wafer surface and The present invention relates to a sputtering method using the same.
ウェーハには、その目的に応じて種々の材料や成膜方法が選択される。成膜方法としては、CVD、真空蒸着、スパッタリング等があり、その中でスパッタリングは、ウェーハの金属薄膜(Ti、Au、Al、Cu、WSi等)の形成に多用されている。 Various materials and film forming methods are selected for the wafer according to the purpose. Examples of film forming methods include CVD, vacuum vapor deposition, sputtering, etc. Among them, sputtering is frequently used for forming a metal thin film (Ti, Au, Al, Cu, WSi, etc.) on a wafer.
図9は、従来のスパッタ装置の構成を示す断面図である。図9に示す従来のスパッタ装置91は、スパッタ膜を形成する真空チャンバ92と、真空チャンバ92内の上方に配置されてターゲット93を保持するターゲット保持部94と、真空チャンバ92内の下方に配置されてウェーハ95を載置するパレット96を備えている。また、ターゲット保持部94の内部には磁力線を発生するマグネット97が配置されるとともに、直流電源98が接続され、パレット96は接地されている。さらに、真空チャンバ92には、Ar等のスパッタガスを供給するためのガス供給源99、ガス供給バルブ100、ガス供給口101と、真空チャンバ92内を真空排気するための真空ポンプ102、ガス排気バルブ103、ガス排気口104が接続されている。また、ターゲット93とウェーハ95の間には、ターゲット93表面の不純物を取り除き、放電が安定するまで行う予備スパッタ用のシャッタ105が取り付けられている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional sputtering apparatus. A
次に、従来のスパッタ装置91を用いたスパッタ方法を説明する。先ず、ターゲット保持部94にターゲット93を固定し、ウェーハ95をパレット96に載置する。次に、ガス排気バルブ103を介して真空ポンプ102により真空チャンバ92内を高真空にした後、ガス供給バルブ100を介してガス供給源99によりArガス等のスパッタガスを真空チャンバ92へ供給し、真空チャンバ92内を所定の圧力に保持する。次に、直流電源98によりターゲット保持部94に直流電圧を印加してマグネトロン放電(プラズマ)を生じさせる。このプラズマは、マグネット97の磁力線により収束されてターゲット93表面に衝突し、ターゲット93をスパッタリングする。その後、シャッタ105をウェーハ95上部に静置した状態で、所定時間ターゲット93表面の予備スパッタを行ない自然酸化膜等の不純物を取り除いた後、モータあるいはエアー等の駆動方法によりシャッタ105を矢印106の方向に移動させてウェーハ95上にスパッタ膜を形成する。
Next, a sputtering method using the
しかし、この従来のスパッタ装置91は、ウェーハ95上に形成されるスパッタ膜の膜厚分布を均一にするために、ウェーハ95の約2倍の直径を有するターゲット93を使用していた。これは、ターゲット93から飛散するスパッタ粒子の放出分布により、ターゲット93の中央部ほどより多くのスパッタ粒子が放出され、外周部へいくに従って少なく放出されるからである。そのため、スパッタ装置91が大型化し、装置コストや設置面積が増大するという問題があった。また、ウェーハ95のサイズが大きくなるに従い、膜厚分布の均一性が悪化し、製品に特性ばらつきが生じていた。
However, this
これを解決するために、例えば、特開平5−86467号公報には、他のスパッタ装置が開示されている。図10(a)、(b)は、このスパッタ装置の構成を示す断面図及びシャッタの平面図である。上述した図9と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。 In order to solve this, for example, JP-A-5-86467 discloses another sputtering apparatus. 10A and 10B are a cross-sectional view and a plan view of the shutter showing the configuration of the sputtering apparatus. The same components as those in FIG. 9 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図10(a)に示すスパッタ装置111は、ターゲット93とウェーハ95の間にシャッタ112を備えている。このシャッタ112には、図10(b)に示すように、その移動方向(矢印113)と垂直方向に矩形状のスリット114が形成されている。
A
次に、このスパッタ装置111を用いたスパッタ方法を説明する。シャッタ112をターゲット93下部に静置した状態で、所定時間ターゲット93表面の不純物を取り除く予備スパッタを行なうまでは、上述したスパッタ装置91と同様である。予備スパッタ後、モータあるいはエアー等の駆動方法によりシャッタ112を矢印113の方向に移動させる。このとき、ターゲット93から飛散するスパッタ粒子をスリット114に通過させ、さらに、シャッタ112の移動速度をウェーハ95外周部で遅くし、中央部で早くすることにより、ウェーハ95全面に亘って均一な膜厚を持った薄膜を形成することができる。
しかしながら、図10(a)に示すスパッタ装置111には、以下のような問題があった。
However, the
ウェーハ95上に形成されるスパッタ膜の膜厚分布を均一にするために、シャッタ112の移動速度をウェーハ95の外周部と中央部で変えているので、移動速度を連続的又は段階的に制御する制御機構が新たに必要となり、スパッタ装置111が高コスト化する。特に、同一装置にて複数のスパッタ膜を連続形成する場合には、ターゲット93の種類や大きさによりスパッタ粒子の放出分布が変化するので、シャッタ112の移動速度をターゲット93の種類や大きさに応じて厳密に制御する必要がある。
In order to make the film thickness distribution of the sputtered film formed on the
また、シャッタ112をターゲット93下部に静置した状態で予備スパッタを行ない、ターゲット93表面の不純物を取り除いた後、シャッタ112を水平移動させながら成膜を行なうので、従来の約2倍のシャッタ112面積が必要になり、スパッタ装置111が大型化する。
In addition, preliminary sputtering is performed with the
さらには、予備スパッタでシャッタ112のターゲット面側に付着した多量のスパッタ膜が、移動時の振動により剥がれてウェーハ95上に落下・付着し、製品の信頼性や歩留りを低下させる。特に、ウェーハ95の処理枚数が増えるほど、シャッタ112の表面に付着するスパッタ膜の量が多くなるので、膜応力が発生し、益々膜剥がれの可能性が大きくなる。
Further, a large amount of the sputtered film adhering to the target surface side of the
本発明は、上記問題を解決するために考えられたもので、スパッタ装置を高コスト化・大型化させることなく、さらには製品の信頼性や歩留りを低下させることなく、ウェーハ上に膜厚分布の均一性の優れたスパッタ膜を形成することができるスパッタ装置及びそれを用いたスパッタ方法を提供することを目的とする。 The present invention has been conceived to solve the above problems, and without increasing the cost and size of the sputtering apparatus, and further reducing the film thickness distribution on the wafer without reducing the reliability and yield of the product. An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of forming a sputtered film having excellent uniformity and a sputtering method using the same.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載のスパッタ装置は、真空チャンバ内に少なくともターゲット、シャッタ、半導体ウェーハを配置し、前記半導体ウェーハ上に薄膜を形成するスパッタ装置において、前記ターゲットと前記半導体ウェーハの間に、前記ターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を有するスパッタ粒子制御板を配置し、前記半導体ウェーハを前記ターゲットに対して平行にスキャンさせながら、前記スパッタ粒子制御板の開口部を介して薄膜を形成することを特徴とする。
To achieve the above object, a sputtering apparatus according to
また、請求項2記載のスパッタ装置は、請求項1記載のスパッタ装置において、前記スパッタ粒子制御板の開口部は、中央部が外周部よりも開口面積が小さいことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the sputtering apparatus according to the first aspect, wherein the opening of the sputtered particle control plate has a smaller opening area at the center than at the outer periphery.
また、請求項3記載のスパッタ装置は、請求項2記載のスパッタ装置において、大きさの異なる相似形の開口部を有する複数の前記スパッタ粒子制御板が、互いの中心と開口部の形成方向が一致するように重ねて配置されていることを特徴とする。
The sputtering apparatus according to
また、請求項4記載のスパッタ装置は、請求項2記載のスパッタ装置において、種類の異なる複数のターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を有する複数の前記スパッタ粒子制御板が、配置されていることを特徴とする。
The sputtering apparatus according to claim 4 is the sputtering apparatus according to
また、請求項5記載のスパッタ装置は、請求項1記載のスパッタ装置において、前記スパッタ粒子制御板は、中央部に径の小さい孔と、外周部に径の大きい孔を有することを特徴とする。
The sputtering apparatus according to
また、請求項6記載のスパッタ装置は、請求項1〜5のいずれかに記載のスパッタ装置において、前記スパッタ粒子制御板を、ステンレス、又はチタン、タングステン、及びそれらの合金のいずれかで構成したことを特徴とする。
Moreover, the sputtering apparatus according to
また、請求項7記載のスパッタ装置は、請求項1〜6のいずれかに記載のスパッタ装置において、前記スパッタ粒子制御板の前記ターゲットに対向する面側に、膜剥離防止処理を施したことを特徴とする。
The sputtering apparatus according to
また、請求項8記載のスパッタ装置は、請求項7記載のスパッタ装置において、前記膜剥離防止処理が、サンドブラスト処理、銅溶射処理、レーザ加工処理、エッチング処理のいずれかであることを特徴とする。
The sputtering apparatus according to
また、請求項9記載のスパッタ方法は、真空チャンバ内に少なくともターゲット、シャッタ、半導体ウェーハを配置する工程と、前記ターゲットと前記半導体ウェーハの間に、スパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を有するスパッタ粒子制御板を挿入する工程と、前記ターゲットと前記半導体ウェーハの間から前記シャッタを移動させる工程と、前記半導体ウェーハを前記ターゲットに対して平行にスキャンさせながら、前記スパッタ粒子制御板の開口部を介して薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
The sputtering method according to
また、請求項10記載のスパッタ方法は、請求項9記載のスパッタ方法において、大きさの異なる相似形の開口部を有する複数の前記スパッタ粒子制御板を、互いの中心と開口部の形成方向が一致するように重ねて配置し、前記ターゲットのスパッタレートの低下に応じて、開口部のより大きい前記スパッタ粒子制御板に切り替えることを特徴とする。 A sputtering method according to a tenth aspect is the sputtering method according to the ninth aspect, wherein a plurality of the sputtered particle control plates having similar-shaped openings having different sizes are arranged such that the center and the forming direction of the openings are the same. The sputter particle control plates are arranged so as to coincide with each other, and are switched to the sputter particle control plate having a larger opening in accordance with a decrease in the sputtering rate of the target.
また、請求項11記載のスパッタ方法は、請求項9記載のスパッタ方法において、種類の異なる複数のターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を有する複数の前記スパッタ粒子制御板を配置し、前記ターゲットの種類に応じて、前記スパッタ粒子制御板を切り替えることを特徴とする。
The sputtering method according to
また、請求項12記載のスパッタ方法は、請求項9記載のスパッタ方法において、中央部に径の小さい孔と、外周部に径の大きい孔を有する前記スパッタ粒子制御板を配置し、前記径の小さい孔と、前記径の大きい孔を介して薄膜を形成することを特徴とする。 A sputtering method according to a twelfth aspect is the sputtering method according to the ninth aspect, wherein the sputter particle control plate having a hole having a small diameter at a central portion and a hole having a large diameter at an outer peripheral portion is disposed. A thin film is formed through a small hole and a hole having the large diameter.
以上述べたように、本発明のスパッタ装置及びそれを用いたスパッタ方法によれば、ターゲットとシャッタ又はシャッタとウェーハの間にスパッタ粒子制御板を配置し、さらにスパッタ粒子制御板にターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を形成するようにしたので、開口部を通過するスパッタ粒子量を均一化できる。これにより、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布を大きく向上させることができ、製品の信頼性や歩留りを向上させることができる。 As described above, according to the sputtering apparatus of the present invention and the sputtering method using the same, the sputtered particle control plate is disposed between the target and the shutter or the shutter and the wafer, and is further scattered from the target onto the sputtered particle control plate. Since the opening corresponding to the emission distribution of the sputtered particles is formed, the amount of sputtered particles passing through the opening can be made uniform. Thereby, the film thickness distribution of the sputtered film formed on the wafer can be greatly improved, and the reliability and yield of the product can be improved.
また、1つのターゲットに対して複数のスパッタ粒子制御板を配置し、これらのスパッタ粒子制御板にターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した大きさの異なる相似形の開口部を形成するようにし、スパッタレートが減少した場合は、より開口部の大きいスパッタ粒子制御板を使用するようにしたので、スパッタ装置の長期稼動によりターゲットが消耗し、スパッタ粒子の放出分布やスパッタレートが変化しても、開口部を通過するスパッタ粒子量を均一化できる。これにより、成膜速度を低下させることなく、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布を大きく向上させることができる。 In addition, a plurality of sputter particle control plates are arranged for one target, and openings of similar shapes having different sizes corresponding to the emission distribution of sputter particles scattered from the target are formed on these sputter particle control plates. When the sputter rate decreases, a sputter particle control plate with a larger opening is used, so the target is consumed due to the long-term operation of the sputter device, and the sputter particle emission distribution and sputter rate change. However, the amount of sputtered particles passing through the opening can be made uniform. Thereby, the film thickness distribution of the sputtered film formed on the wafer can be greatly improved without reducing the film forming speed.
また、種類の異なるターゲットに対して個別にスパッタ粒子制御板を配置し、これらのスパッタ粒子制御板にターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を形成するようにしたので、異なる材料を連続スパッタする場合でも、開口部を通過するスパッタ粒子量を均一化でき、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布を大きく向上させることができる。 In addition, sputter particle control plates are individually arranged for different types of targets, and openings corresponding to the emission distribution of sputter particles scattered from the target are formed on these sputter particle control plates. Even when continuous sputtering is performed, the amount of sputtered particles passing through the opening can be made uniform, and the film thickness distribution of the sputtered film formed on the wafer can be greatly improved.
また、スパッタ粒子制御板は、中央部に径の小さい孔と、外周部に径の大きい孔を有するようにしたので、開口部を通過するスパッタ粒子量をさらに均一化でき、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布をさらに大きく向上させることができる。 In addition, since the sputter particle control plate has a small diameter hole in the center and a large diameter hole in the outer peripheral part, the amount of sputter particles passing through the opening can be made more uniform, and the film is formed on the wafer. The film thickness distribution of the sputtered film can be further improved.
また、スパッタ粒子制御板のターゲット面側に膜剥離防止処理を施すようにしたので、スパッタ粒子制御板とスパッタ膜の密着性が向上し、ウェーハの処理枚数の増加に伴ってスパッタ粒子制御板にスパッタ膜が厚く堆積しても、成膜中の膜剥がれを確実に防止することができる。 In addition, since the film peeling prevention treatment is applied to the target surface side of the sputtered particle control plate, the adhesion between the sputtered particle control plate and the sputtered film is improved, and as the number of wafers processed increases, Even if the sputtered film is deposited thick, film peeling during film formation can be reliably prevented.
以下、本発明の好ましい実施形態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実施例であるスパッタ装置の構成を示す断面図及びスパッタ粒子制御板の平面図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view of a sputtered particle control plate showing the configuration of the sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1(a)に示す本実施例のスパッタ装置1は、スパッタ膜を形成する真空チャンバ2と、真空チャンバ2内の上方に配置されてターゲット3を保持するターゲット保持部4と、真空チャンバ2内の下方に配置されてウェーハ5を載置するパレット6を備えている。また、ターゲット保持部4の内部には磁力線を発生するマグネット7が配置されるとともに、直流電源8が接続され、パレット6は接地されている。また、真空チャンバ2には、Ar等のスパッタガスを供給するためのガス供給源9、ガス供給バルブ10、ガス供給口11と、真空チャンバ2内を真空排気するための真空ポンプ12、ガス排気バルブ13、ガス排気口14が接続されている。また、ターゲット3とウェーハ5の間には、ターゲット3表面の不純物を取り除き、放電が安定するまで行う予備スパッタ用のシャッタ15が取り付けられている。
A
さらに、本実施例のスパッタ装置1は、ターゲット3とシャッタ15の間に、スパッタ粒子を制御するためのスパッタ粒子制御板16が配置されている。このスパッタ粒子制御板16はステンレス等の材質からなり、その中央部に開口部17が形成されている。この開口部17は、図1(b)に示すように、ターゲット3から飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した形状を有している。
Further, in the
次に、このスパッタ粒子制御板16の開口部17の形成方法を、図2(a)〜(d)を用いて説明する。先ず、図2(a)に示すように、ステンレス板21に1辺がXとなる正方形の開口部22を形成した後、ターゲット3下部に互いの中心が合うようにして固定し、ステンレス板21の開口部22を介してダミー基板23上にスパッタ膜24を形成する。次に、図2(b)に示すように、ダミー基板23上に形成されたスパッタ膜24を複数に細分割(図中では、24a〜24eの5分割)し、各々の平均膜厚t1〜t5を測定する。次に、図2(c)に示すように、スパッタ膜24a〜24eに対応するステンレス板21の開口部22を、複数に細分割(図中では、22a〜22eの5分割)し、スパッタ膜24a〜24eの平均膜厚t1〜t5に基づいて、ステンレス板21の開口部22の面積を補正する。例えば、所望の膜厚をtとすると、開口部22aの横幅X1=X×(t/t1)、開口部22bの横幅X2=X×(t/t2)、開口部22cの横幅X3=X×(t/t3)、開口部22dの横幅X4=X×(t/t4)、開口部22eの横幅X5=X×(t/t5)となる。つまり、スパッタ膜24a〜24eの平均膜厚t1〜t5が所望の膜厚tよりも大きければ、開口部22a〜22eの横幅X1〜X5を小さくし、逆に所望の膜厚tよりも小さければ横幅X1〜X5を大きくする。最後に、図2(d)に示すように、補正後の開口部22aと22b、22bと22c、22cと22d、22dと22eの両端を結べば、スパッタ膜の放出分布に対応した(すなわち、スパッタ粒子の放射量が多い中央部では開口面積が小さく、スパッタ粒子の放射量が少ない外周部では開口面積が大きい)開口部17を有するスパッタ粒子制御板16が得られる。なお、成膜温度、印加電圧、ガス流量、成膜圧力等のスパッタ条件は、予備検討により良好な条件を予め選定しておく。また、図2(a)〜(d)では、ダミー基板23上のスパッタ膜24とステンレス板21の開口部22を、横方向に細分割する場合について説明したが、横方向とともに縦方向にも細分割することにより、さらに高精度にスパッタ膜の放出分布に対応したスパッタ粒子制御板16の開口部17を形成するようにしてもよい。
Next, a method for forming the
次に、図3(a)〜図3(c)を用いて、本実施例のスパッタ装置1を用いたスパッタ方法を説明する。先ず、図3(a)に示すように、ターゲット支持部4にターゲット3を固定し、ウェーハ5をパレット6に載置する。次に、ガス排気バルブ13を介して真空ポンプ12により真空チャンバ2内を高真空にした後、ガス供給バルブ10を介してガス供給源9によりArガス等のスパッタガスを真空チャンバ2へ供給し、真空チャンバ2内を所定の圧力に保持する。次に、直流電源8によりターゲット保持部4に直流電圧を印加してマグネトロン放電(プラズマ)を生じさせる。このプラズマは、マグネット7の磁力線により収束されてターゲット3表面に衝突し、ターゲット3をスパッタリングする。そして、シャッター15をターゲット3下部に静置した状態で、所定時間ターゲット3表面の予備スパッタを行ない自然酸化膜等の不純物を取り除く。次に、図3(b)に示すように、モータあるいはエア等の駆動方法によりスパッタ粒子制御板16を移動させ、ターゲット3下部に静置させた後、シャッタ15をターゲット3下部から移動させる。スパッタ粒子制御板16には、図2(d)で説明したように、ターゲット3から飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応するように面積補正(中央部面積が小さく、外周部面積が大きい)された開口部17が形成されている。次に図3(c)に示すように、ウェーハ5を載置したパレット6を矢印31方向に、ターゲット3に対して平行に一定速度でスキャンさせる。このとき、ターゲット3から飛散し、中央部が多く、外周部が少ない放出分布を持ったスパッタ粒子は、スパッタ粒子制御板16の開口部17により放出量が制御され、中央部と外周部で同等のスパッタ粒子量となり、ウェーハ5上に均一な膜厚を有するスパッタ膜が形成される。そして、所望の膜厚に到達した時に、再びシャッタ15をターゲット3下部に移動させ、直流電源8をオフにして薄膜形成を終了させる。
Next, a sputtering method using the
本実施例のスパッタ装置1を用いて8インチのウェーハ5に成膜を行なったころ、図9に示したスパッタ粒子制御板16を使用しない従来のスパッタ装置91と比較して、スパッタ膜の膜厚ばらつきが約1/2となり、製品特性を大きく安定化させることができた。
When a film was formed on an 8-
また、本実施例のスパッタ装置1では、図10に示した従来のスパッタ装置111のようにシャッタ112の移動速度を成膜中に可変する必要がないので、高価な制御機構が不要となり、スパッタ装置1を低コスト化、小型化することができる。さらに、成膜中にシャッタ15やスパッタ粒子制御板16を固定しているので、シャッタ15やスパッタ粒子制御板16に付着したスパッタ膜が振動により剥がれる確率が小さくなり、製品の信頼性や歩留りを向上させることができる。
Further, in the
次に、本発明の他の実施の形態について、図面を参照して説明する。図4(a)は第2実施例のスパッタ装置の構成を示す断面図、図4(b)〜(d)はスパッタ粒子制御板の平面図である。なお、図4(a)〜(d)において第1実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 4A is a cross-sectional view showing the configuration of the sputtering apparatus of the second embodiment, and FIGS. 4B to 4D are plan views of the sputtered particle control plate. 4 (a) to 4 (d), the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図4(a)に示す本実施例のスパッタ装置41は、1つのターゲット42と3つのスパッタ粒子制御板43a〜43cを備える。3つのスパッタ粒子制御板43a〜43cは、ターゲット42とシャッタ15の間に配置され、図4(b)〜(d)に示すように、ターゲット42から飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部44a〜44cが形成されている。これらの開口部44a〜44cは互いに相似形であり、各面積をS1〜S3とすると、S1<S2<S3の関係になっている。
The
次に、本実施例のスパッタ装置41を用いたスパッタ方法を説明する。シャッタ15をターゲット42下部に静置した状態で、所定時間ターゲット42表面の不純物を取り除く予備スパッタを行なうまでは、上述した第1実施例のスパッタ装置1と同様である。予備スパッタ後、モータあるいはエア等の駆動方法によりスパッタ粒子制御板43a〜43cを移動させ、ターゲット42下部に静置させた後、シャッタ15をターゲット42下部から移動させる。次に、ウェーハ5を載置したパレット6を、ターゲット42に対して平行に一定速度でスキャンさせる。スパッタ粒子制御板43aには、図4(b)で示したように、ターゲット42から飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部44aが形成されているので、ターゲット42から飛散し、中央部が多く、外周部が少ない放出分布を持ったスパッタ粒子は、この開口部44aにより放出量が制御され、中央部と外周部で同等のスパッタ粒子量となり、ウェーハ5上に均一な膜厚を有するスパッタ膜が形成される。そして、所望の膜厚に到達した時に、再びシャッタ15をターゲット42下部に移動させ、直流電源8をオフにして薄膜形成を終了させる。
Next, a sputtering method using the
そして、多数枚のウェーハ5を成膜処理していくと、ターゲット42が消耗し、スパッタ粒子の放出分布が広がり、スパッタレートが低下する。ターゲット42の消耗度はターゲット42への積算電力量で監視しており、直流電源8に設けられた積算電力計(図示せず)が所定の積算電力量に達すると、スパッタ粒子制御板43aから43bへ切り替え、スパッタ成膜を続行する。スパッタ粒子制御板43bには、図4(c)に示したように、消耗したターゲット42から飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部44bが形成されている。この開口部44bは開口部44aと相似形であり、開口部44bの面積S2は、開口部44aの面積S1よりも大きく形成されているので、スパッタ粒子の放出分布の広がりやスパッタレートの低下に対応して、スパッタ量を調整することができる。これにより、ターゲット42が消耗しても、成膜速度を低下させることなく、引き続きウェーハ5上に、均一な膜厚を有するスパッタ膜を形成することができる。
When a large number of
ターゲット42がさらに消耗すれば、スパッタ粒子制御板43bから図4(d)に示すスパッタ粒子制御板43cへ切り替え、同様方法でスパッタ成膜を続行する。
When the
なお、本実施例では、3つのスパッタ粒子制御板43a〜43cを使用する場合について説明したが、4つ以上設けるようにすれば、より精密に放出分布やスパッタレートの変化に対応してスパッタ粒子を調整することができ、製品特性を大きく安定化させることができる。
In the present embodiment, the case where the three sputter
次に、本発明の他の実施の形態について、図面を参照して説明する。図5(a)は第3実施例のスパッタ装置の構成を示す断面図、図5(b)、(c)はスパッタ粒子制御板の平面図である。なお、図5(a)〜(c)において第1実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5A is a sectional view showing the configuration of the sputtering apparatus of the third embodiment, and FIGS. 5B and 5C are plan views of the sputtered particle control plate. 5A to 5C, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図5(a)に示す本実施例のスパッタ装置51は、種類の異なる2つのターゲット52a、52bと、2つのスパッタ粒子制御板53a、53bを備える。2つのスパッタ粒子制御板53a、53bは、ターゲット52a、52bとシャッタ15の間に配置され、図5(b)、(c)に示すように、ターゲット52a、52bから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部54a、54bが形成されている。ターゲット52a、52bの種類によって最適な印加電圧、ガス流量、成膜圧力が異なり、スパッタ粒子の放出分布が異なるため、開口部54a、54bの形状も異なっている。また、ターゲット支持部4a、4bは、回転機構55と回転軸56により、回転自在に構成されている。
The
次に、本実施例のスパッタ装置51を用いたスパッタ方法を説明する。先ず、シャッタ15をターゲット52a下部に静置した状態で、上述した第1実施例と同様の方法で所定時間、予備スパッタを行ない、ターゲット52a表面の不純物を取り除く。予備スパッタ後、モータあるいはエアー等の駆動方法によりスパッタ粒子制御板53aを移動させ、ターゲット52a下部に静置させた後、シャッター15をターゲット52a下部から移動させる。次に、ウェーハ5を載置したパレット6を、ターゲット52aに対して平行に一定速度でスキャンさせる。スパッタ粒子制御板53aには、図5(b)で示したように、ターゲット52aから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部54aが形成されているので、ターゲット52aから飛散し、中央部が多く、外周部が少ない放出分布を持ったスパッタ粒子は、この開口部54aにより放出量が制御され、中央部と外周部で同等のスパッタ粒子量となり、ウェーハ5上に均一な膜厚を有するスパッタ膜が形成される。そして、所望の膜厚に到達した時に、再びシャッタ15をターゲット52a下部に移動させ、直流電源8をオフにして薄膜形成を終了させる。
Next, a sputtering method using the
次に、回転機構55と回転軸56により、ターゲット52aとターゲット52bを回転させ、位置を変える。そして、シャッタ15をターゲット52b下部に移動させ、直流電源8によりターゲット保持部4bに直流電圧を印加してマグネトロン放電(プラズマ)を生じさせ、ターゲット52bの予備スパッタを行ない、ターゲット52b表面の不純物を除去する。次に、モータあるいはエア等の駆動方法によりスパッタ粒子制御板53bを移動させ、ターゲット52b下部に静置させた後、シャッタ15をターゲット52b下部から移動させる。次に、ウェーハ5を載置したパレット6を、ターゲット52bに対して平行に一定速度でスキャンさせる。スパッタ粒子拡散板53bには、図5(c)で示したように、ターゲット52bから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部54bが形成されているので、ターゲット52bから飛散し、中央部が多く、外周部が少ない放出分布を持ったスパッタ粒子は、この開口部54bにより放出量が制御され、中央部と外周部で同等のスパッタ粒子量となり、ウェーハ5上に均一な膜厚を有するスパッタ膜が形成される。そして、所望の膜厚に到達した時に、再びシャッタ15をターゲット52b下部に移動させ、直流電源8をオフにして薄膜形成を終了させる。
Next, the
本実施例のスパッタ装置51によれば、種類の異なる2つのターゲット52a、52bと、それらに対応するスパッタ粒子制御板53a、53bを個別に備えているので、ウェーハ5上に、均一な膜厚を有する異なるスパッタ膜を連続して形成することができる。
According to the
なお、本実施例では、2つのターゲット52a、52bと、2つのスパッタ粒子制御板53a、53bを使用する場合について説明したが、各々3つ以上設けるようにすれば、多種のスパッタ膜を連続して均一形成することができ、生産性をさらに向上させることができる。
In the present embodiment, the case where the two
次に、本発明の他の実施の形態について、図面を参照して説明する。図6(a)は第4実施例のスパッタ装置の構成を示す断面図、図6(b)はスパッタ粒子制御板の平面図である。なお図6(a)、(b)において第1実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6A is a sectional view showing the configuration of the sputtering apparatus of the fourth embodiment, and FIG. 6B is a plan view of the sputtered particle control plate. In FIGS. 6A and 6B, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6(a)に示す本実施例のスパッタ装置61は、1つのターゲット62と、1つのスパッタ粒子制御板63を備える。スパッタ粒子制御板63は、ターゲット62とシャッタ15の間に配置され、図6(b)に示すように、ターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部64が形成されている。この開口部64は、第1開口領域64a、第2開口領域64b及び第3開口領域64cから構成され、これらの第1〜第3開口領域64a〜64cには、各々、円形状の孔65a〜65cが多数形成されている。また、円形状の孔65a〜65cの直径をD1、D2、D3とすると、D1<D2<D3の関係になっている。
The
次に、本実施例のスパッタ装置61を用いたスパッタ方法を説明する。シャッター15をターゲット62下部に静置した状態で、所定時間ターゲット3表面の不純物を取り除く予備スパッタを行なうまでは、上述した第1実施例のスパッタ装置1と同様である。予備スパッタ後、モータあるいはエアー等の駆動方法によりスパッタ粒子制御板63を移動させ、ターゲット62下部に静置させた後、シャッタ15をターゲット62下部から移動させる。次に、ウェーハ5を載置したパレット6を、ターゲット62に対して平行に一定速度でスキャンさせる。スパッタ粒子制御板63には、図6(b)で示したように、ターゲット62から飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部64が形成されているので、ターゲット62中心部から飛散した放出量の多いスパッタ粒子は直径D1の小さい孔65aが形成された第1開口領域64aを通過し、ターゲット62外周部から飛散した放出量の少ないスパッタ粒子は直径D3の大きい孔65cが形成された第3開口領域64cを通過する。これにより、スパッタ粒子制御板63を通過するスパッタ粒子は、その放出量が制御され、全体として同等のスパッタ粒子量となり、ウェーハ5上に均一な膜厚を有するスパッタ膜が形成される。そして、所望の膜厚に到達した時に、再びシャッタ15をターゲット62下部に移動させ、直流電源8をオフにして薄膜形成を終了させる。
Next, a sputtering method using the
本実施例のスパッタ装置61によれば、スパッタ粒子制御板63の開口部64がスパッタ粒子の放出分布に対応した形状を有することに加え、開口部64内に直径の異なる円形状の孔65a〜65cを多数形成することによって、開口部64の開口面積をさらに細かく調整しているので、ターゲット62から飛散するスパッタ粒子の放出量をさらに均一に制御することができ、ウェーハ5上に形成されるスパッタ膜の膜厚分布をさらに向上させることができる。
According to the
本実施例のスパッタ装置61を用いて8インチのウェーハ5に成膜を行なったところ、図9に示したスパッタ粒子制御板63を使用しない従来のスパッタ装置91と比較して、スパッタ膜の膜厚ばらつきが約1/4となり、製品特性をさらに大きく安定化させることができた。
When the film was formed on the 8-
なお、本実施例のスパッタ粒子制御板63の開口部64に形成される円形状の孔65a〜65cは、開口面積を調整するための方法の一例を示したものであり、これに限定されるものではない。例えば、図7に示すように、スパッタ粒子制御板63の開口部64に線状の孔66a〜66cを形成するようにしてもよい。この場合、線状の孔66a〜66cの線幅W1〜W3を、W1<W2<W3とすることにより、開口面積を容易に調整することができる。また、本実施例では、開口部64を第1〜第3開口領域64a〜64cの3つの領域で構成したが、4つ以上の開口領域で構成するようにしてもよい。このようにすれば、さらに細かく開口面積を調整することができ、スパッタ粒子の放出量をさらに一層均一化することができる。
In addition, the
また、上述した各実施例のスパッタ装置1、41、51、61は、スパッタ粒子制御板16、43a〜43c、53a、53b、63のいずれもが成膜中に固定されているため、スパッタ粒子制御板16、43a〜43c、53a、53b、63に付着したスパッタ膜が振動により剥がれてウェーハ5上に落下・付着することを効果的に防止できる構成になっているが、ウェーハ5の処理枚数の増加に伴って厚膜化したスパッタ膜の剥がれをさらに効果的に防止するために、例えば、図8(a)に示すように、スパッタ粒子制御板81のターゲット面側81aにサンドブラスト処理等の膜剥離防止処理を施し、微小な凹凸部82を設けるようにしてもよい。また、図8(b)に示すように、スパッタ粒子制御板81のターゲット面側81aに銅を溶射して、銅膜83の表面に凹凸部84を形成するようにしてもよい。これにより、スパッタ粒子制御板81とスパッタ膜の密着性が向上するので、スパッタ粒子制御板81にスパッタ膜が厚く堆積しても、確実に成膜中の膜剥がれを防止することができ、製品の信頼性や歩留りを向上させることができる。また、この他に、レーザ加工処理、エッチング処理等により、スパッタ粒子制御板81のターゲット面側81aに微小な凹凸部82を形成するようにしてもよい。
In addition, since the sputter
さらに、上述した各実施例のスパッタ粒子制御板16、43a〜43c、53a、53b、63としてステンレスを使用したが、耐熱性が高く、機械的強度の高い材料であればよく、例えば、チタン、タングステン、及びその合金等が好適する。
Furthermore, although the stainless steel was used as the sputtered
また、スパッタ粒子制御板16、43a〜43c、53a、53b、63を、ターゲット3、42、52a、52b、62とシャッタ15の間に配置したが、シャッタ15とウェーハ5の間に配置するようにしてもよい。
The sputter
また、スパッタ方式としてターゲット3、42、52a、52b、62の裏側にマグネット7を配置し、直流電圧を印加するDCマグネトロンスパッタ方式について説明したが、これに限定されるものではなく、その他のスパッタ方式、例えばDC2極スパッタ、RF2極スパッタ、RFマグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ、ECRスパッタ等の各方式にも適用することができる。また、このとき、ターゲット3、42、52a、52b、62を真空チャンバ2内の下方に、ウェーハ5を上方に配置するようにしてもよい。
In addition, as a sputtering method, the DC magnetron sputtering method in which the
ターゲットとシャッタ又はシャッタとウェーハの間にスパッタ粒子制御板を配置し、さらにスパッタ粒子制御板にターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を形成することによって、開口部を通過するスパッタ粒子量を均一化できる。これにより、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布を大きく向上させることができ、製品の信頼性や歩留りを向上させることができる。 A sputter particle control plate is disposed between the target and the shutter or the shutter and the wafer, and an opening corresponding to the emission distribution of the sputtered particles scattered from the target is formed on the sputter particle control plate, so that the spatter passing through the opening is formed. The amount of particles can be made uniform. Thereby, the film thickness distribution of the sputtered film formed on the wafer can be greatly improved, and the reliability and yield of the product can be improved.
また、1つのターゲットに対して複数のスパッタ粒子制御板を配置し、これらのスパッタ粒子制御板にターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した大きさの異なる相似形の開口部を形成するようにし、スパッタレートが減少した場合は、より開口部の大きいスパッタ粒子制御板を使用することによって、スパッタ装置の長期稼動によりターゲットが消耗し、スパッタ粒子の放出分布やスパッタレートが変化しても、開口部を通過するスパッタ粒子量を均一化できる。これにより、成膜速度を低下させることなく、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布を大きく向上させることができる。 In addition, a plurality of sputter particle control plates are arranged for one target, and openings of similar shapes having different sizes corresponding to the emission distribution of sputter particles scattered from the target are formed on these sputter particle control plates. If the sputter rate decreases, by using a sputter particle control plate with a larger opening, the target is consumed due to long-term operation of the sputter device, even if the sputter particle emission distribution and sputter rate change, The amount of sputtered particles passing through the opening can be made uniform. Thereby, the film thickness distribution of the sputtered film formed on the wafer can be greatly improved without reducing the film forming speed.
また、種類の異なるターゲットに対して個別にスパッタ粒子制御板を配置し、これらのスパッタ粒子制御板にターゲットから飛散するスパッタ粒子の放出分布に対応した開口部を形成することによって、異なる材料を連続スパッタする場合でも、開口部を通過するスパッタ粒子量を均一化でき、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布を大きく向上させることができる。 In addition, by arranging the sputter particle control plates individually for different types of targets and forming openings corresponding to the sputter particle emission distribution scattered from the targets on these sputter particle control plates, different materials are continuously used. Even when sputtering is performed, the amount of sputtered particles passing through the opening can be made uniform, and the film thickness distribution of the sputtered film formed on the wafer can be greatly improved.
また、スパッタ粒子制御板は、中央部に径の小さい孔と、外周部に径の大きい孔を有することによって、開口部を通過するスパッタ粒子量をさらに均一化でき、ウェーハ上に成膜されるスパッタ膜の膜厚分布をさらに大きく向上させることができる。 Further, the sputter particle control plate has a small diameter hole in the central part and a large diameter hole in the outer peripheral part, so that the amount of sputter particles passing through the opening can be made more uniform and deposited on the wafer. The film thickness distribution of the sputtered film can be further greatly improved.
また、スパッタ粒子制御板のターゲット面側に膜剥離防止処理を施すことによって、スパッタ粒子制御板とスパッタ膜の密着性が向上し、ウェーハの処理枚数の増加に伴ってスパッタ粒子制御板にスパッタ膜が厚く堆積しても、成膜中の膜剥がれを確実に防止することができる。 In addition, by performing a film peeling prevention process on the target surface side of the sputtered particle control plate, the adhesion between the sputtered particle control plate and the sputtered film is improved, and the sputtered film on the sputtered particle control plate increases as the number of wafers processed increases. Even if the film is deposited thickly, film peeling during film formation can be reliably prevented.
1 本発明の第1実施例のスパッタ装置
2 真空チャンバ
3 ターゲット
4 ターゲット支持部
5 ウェーハ
6 パレット
7 マグネット
8 直流電源
9 ガス供給源
10 ガス供給バルブ
11 ガス供給口
12 真空ポンプ
13 ガス排気バルブ
14 ガス排気口
15 シャッタ
16 スパッタ粒子制御板
17 開口部
21 ステンレス板
22 開口部
22a〜22e 細分割された開口部
23 ダミー基板
24 スパッタ膜
24a〜24e 細分割されたスパッタ膜
31 矢印
41 本発明の第2実施例のスパッタ装置
42 ターゲット
43a〜43c スパッタ粒子制御板
44a〜44c 開口部
51 本発明の第3実施例のスパッタ装置
52a、52b ターゲット
53a、53b スパッタ粒子制御板
54a、54b 開口部
55 回転機構
56 回転軸
61 本発明の第4実施例のスパッタ装置
62 ターゲット
63 スパッタ粒子制御板
64 開口部
64a 第1開口領域
64b 第2開口領域
64c 第3開口領域
65a〜65c 円形状の孔
66a〜66c 線状の孔
81 スパッタ粒子制御板
81a ターゲット面側
82 凹凸部
83 銅膜
84 凹凸部
91 従来のスパッタ装置
92 真空チャンバ
93 ターゲット
94 ターゲット保持部
95 ウェーハ
96 パレット
97 マグネット
98 直流電源
99 ガス供給源
100 ガス供給バルブ
101 ガス供給口
102 真空ポンプ
103 ガス排気バルブ
104 ガス排気口
105 シャッタ
106 矢印
111 従来の他のスパッタ装置
112 シャッタ
113 矢印
114 矩形状のスリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sputtering apparatus of 1st Example of this invention 2 Vacuum chamber 3 Target 4 Target support part 5 Wafer 6 Pallet 7 Magnet 8 DC power supply 9 Gas supply source 10 Gas supply valve 11 Gas supply port 12 Vacuum pump 13 Gas exhaust valve 14 Gas Exhaust port 15 Shutter 16 Sputtered particle control plate 17 Opening 21 Stainless steel plate 22 Opening 22a to 22e Subdivided opening 23 Dummy substrate 24 Sputtered film 24a to 24e Subdivided sputtered film 31 Arrow 41 The second of the present invention Sputtering Device of Example 42 Target 43a to 43c Sputtered Particle Control Plate 44a to 44c Opening 51 Sputtering Device 52a, 52b Target 53a, 53b Sputtered Particle Control Plate 54a, 54b Opening 55 Rotating Mechanism 56 Axis of rotation DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sputtering apparatus of 4th Example of this invention 62 Target 63 Sputtered particle control board 64 Opening part 64a 1st opening area 64b 2nd opening area 64c 3rd opening area 65a-65c Circular hole 66a-66c Linear hole 81 Sputtered particle control plate 81a Target surface side 82 Uneven portion 83 Copper film 84 Uneven portion 91 Conventional sputtering apparatus 92 Vacuum chamber 93 Target 94 Target holding portion 95 Wafer 96 Pallet 97 Magnet 98 DC power source 99 Gas supply source 100 Gas supply valve 101 Gas supply port 102 Vacuum pump 103 Gas exhaust valve 104 Gas exhaust port 105 Shutter 106 Arrow 111 Other conventional sputtering apparatus 112 Shutter 113 Arrow 114 Rectangular slit
Claims (9)
大きさの異なる相似形の開口部を有する複数の前記スパッタ粒子制御板を、互いの中心と開口部の形成方向が一致するように重ねて配置し、前記ターゲットのスパッタレートの低下に応じて、開口部のより大きい前記スパッタ粒子制御板に切り替えることを特徴とするスパッタ方法。 Placing at least a target, a shutter, and a semiconductor wafer in a vacuum chamber; inserting a sputtered particle control plate having an opening corresponding to a sputtered particle emission distribution between the target and the semiconductor wafer; and Moving the shutter from between the target and the semiconductor wafer, and forming a thin film through the opening of the sputtered particle control plate while scanning the semiconductor wafer in parallel with the target. And
A plurality of the sputter particle control plates having openings having similar shapes with different sizes are arranged so that the center and the formation direction of the openings coincide with each other, and according to the decrease in the sputtering rate of the target, Switching to the sputter particle control plate having a larger opening .
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