JP6685956B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。

磁石を用いたスパッタ装置、いわゆるマグネトロンスパッタ装置は、半導体製造装置の一例として知られている。マグネトロンスパッタ装置では、膜が基板に形成されるとき、磁石によって基板とターゲットとの間に磁界が発生する。このとき、ターゲットの消費に従い、膜の均一性が損なわれる可能性がある。膜の均一性を確保するためには、磁場強度を変更することが望ましい。
しかし、一般的なマグネトロンスパッタ装置では、一旦設定された磁場強度を途中で変更することは考慮されていない。そのため、磁石の取り換え等の大掛かりな作業が必要になり、その結果、装置の稼働率が低下する。

特開２００６−２９１２６２号公報

本発明の実施形態は、稼働率の低下を抑制することが可能な半導体製造装置を提供する。

本実施形態に係る半導体製造装置は、真空槽と、回転部材と、第１磁石と、第２磁石と、磁性体と、を備える。真空槽は、基板と、基板に対向するターゲットとを収容する。回転部材は、真空槽外においてターゲットの裏側に位置する第１面を有する。第１磁石は、第１面に設けられている。第２磁石は、磁極が第１磁石と反対であり、第１面において第１磁石の内側に設けられている。磁性体は、第１磁石と第２磁石との間に設けられ、鉛直方向に往復移動可能である。

本実施形態に係る半導体製造装置の概略的な断面図である。 支持部材を第１面側から見た平面図である。 （ａ）は、変形例に係る支持部材の要部を拡大した断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す支持部材に磁性体が装着された状態を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る半導体製造装置の概略的な断面図である。本実施形態に係る半導体製造装置１は、磁石を用いたスパッタ装置、いわゆるマグネトロンスパッタ装置である。具体的には、半導体製造装置１は、真空槽１０と、静電チャック１１と、パッキング部材１２と、水槽２０と、回転部材３０と、第１磁石４０と、第２磁石４１と、磁性体５０と、を備える。

真空槽１０は、基板１００およびターゲット２００を収容する。基板１００は、例えばシリコン基板を含む。また、ターゲット２００は、例えばアルミニウム等の金属部材を含む。

静電チャック１１は、真空槽１０内で基板１００を固定する。パッキング部材１２は、真空状態を維持するために真空槽１０を密閉する。パッキング部材１２には、ターゲット２００が固定されている。真空槽１０内で、基板１００とターゲット２００とは、互いに対向している。

水槽２０は、パッキング部材１２上に設けられている。水槽２０内には、回転部材３０と、第１磁石４０と、第２磁石４１と、磁性体５０と、が収容されている。また、水槽２０内には、ターゲット２００を冷やすための水が貯留されている。そのため、回転部材３０、第１磁石４０、第２磁石４１、および磁性体５０の材料は、水に錆びにくい特性を有していることが望ましい。

水槽２０の上部には、穴部２１が設けられている。穴部２１は、磁性体５０の位置を調整する工具を水槽２０内に差し込むために形成されている。回転部材３０が回転しているとき、穴部２１は、水漏れを防ぐために蓋部２２によって塞がれている。

回転部材３０は、軸部材３１と、支持部材３２と、を有する。回転部材３０は、軸部材３１を回転軸として回転する。軸部材３１は、支持部材３２の中央に設けられている。支持部材３２は、ターゲット２００の裏側に位置する第１面３２ａと、第１面３２ａの反対側の第２面３２ｂと、を有する。

図２は、支持部材３２を第１面３２ａ側から見た平面図である。第１面３２ａには、第１磁石４０が、半円形（第１半円形）に配置されている。第１磁石４０の内側には、第２磁石４１が、第１磁石４０の半円形と相似な半円形（第２半円形）に配置されている。本実施形態では、第１磁石４０の磁極はＮ極であり、第２磁石４１の磁極はＳ極である。しかし、第１磁石４０の磁極がＳ極であり、第２磁石の磁極がＮ極であってもよい。

また、図２に示すように、支持部材３２の外周部には、切欠き３２ｃが設けられている。切欠き３２ｃは、回転中の支持部材３２を、磁性体５０が水槽２０の穴部２１に対向する位置、換言すると磁性体５０を調整可能な位置で停止させるための目印である。この位置では、光学センサ３３が切欠き３２ｃに対向するので、光学センサ３３の光を受光できる。そのため、光学センサ３３の受光状態に基づいて支持部材３２を上記位置で停止することができる。

磁性体５０は、第１磁石４０の半円形の直径部分と第２磁石４１の半円形の直径部分との間に配置されるとともに、第１磁石４０の半円形の円弧部分と第２磁石４１の半円形の円弧部分との間にも配置されている。前者の磁性体５０は、ウェハ形状の基板１００の中央付近に形成される膜の厚さを調整するために用いられる。一方、後者の磁性体５０は、基板１００の外周付近に形成される膜の厚さを調整するために用いられる。

磁性体５０は、鉛直方向に往復移動できるように支持部材３２に設けられている。例えば、支持部材３２には、磁性体５０が係合するねじ穴が設けられている。この場合、作業者が、水槽２０の穴部２１から工具を差し込んで磁性体５０を右回りおよび左回りに回転させると、磁性体５０の頭部５０ａは、支持部材３２とパッキング部材１２との間を鉛直方向に往復移動できる。頭部５０ａは、円板状または円柱状であることが望ましいが、他の形状であってもよい。頭部５０ａが円板状または円柱状である場合、第１磁石４０および第２磁石４１によって形成される磁場強度を全方向で均一に変化させることができる。

以下、上述した半導体製造装置１を用いた成膜プロセスについて簡単に説明する。半導体製造装置１では、図１に示すように、第１磁石４０から真空槽１０内を経由して第２磁石４１に至る磁力線Ｂが発生する。そのため、真空槽１０内では、プラズマ領域Ｒが基板１００とターゲット２００との間に発生する。

プラズマ領域Ｒでは、真空槽１０内に予め注入された希ガス（例えばアルゴン）のプラズマ密度が高くなり、ターゲット２００から基板１００にスパッタされる金属粒子（例えばアルミニウム粒子）が増加する。そのため、基板１００に膜を形成する時間を短縮することができる。このとき、基板１００内で膜厚が不均一に形成される場合には、不均一な部分に対応する磁性体５０の位置を上述した方法で調整する。

例えば、基板１００の中心部分の膜厚が他の部分に比べて厚い場合、当該中心部分に対応する磁性体５０、具体的には、軸部材３１の付近に配置された磁性体５０をターゲット２００側へ近づける。この場合、磁力線Ｂの一部が磁性体５０に吸収されるので、磁場強度は弱まる。その結果、スパッタ量が局所的に減少するので、膜厚の不均一が改善される。

以上説明した本実施形態によれば、磁性体５０の位置を調整することによって、磁場強度を局所的に変化させることができる。これにより、基板１００に形成される膜の厚さの均一性を向上させることができる。磁性体５０の位置は、上述したように、水槽２０に設けられた穴部２１から工具（例えばドライバ）を差し込むことによって、簡易に調整できる。そのため、第１磁石４０および第２磁石４１を取り換えるような大掛かりな作業は不要になるので、装置の稼働率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、磁性体５０が、第１磁石４０と第２磁石４１との間に設置されている。そのため、磁性体５０の位置が変化しても、プラズマ領域Ｒの発生位置は変動しにくい。そのため、基板１００に対する成膜位置の精度を維持することができる。なお、磁性体５０が、第１磁石４０と第２磁石４１との中央、すなわち第１磁石４０および第２磁石４１から等距離の位置に設けられていると、プラズマ領域Ｒの発生位置をより安定させることができる。

さらに、本実施形態では、複数の磁性体５０が、支持部材３２の第１面３２ａに分散して配置されている。そのため、基板１００の中心エリアや外周エリアなど複数のエリアで膜厚を調整することができる。

（変形例）
以下、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、上述した実施形態の変形例について説明する。図３（ａ）は、本変形例に係る支持部材３２の要部を拡大した断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す支持部材に磁性体５０が装着された状態を示す。

図３（ａ）に示すように、本変形例では、支持部材３２は、ねじ穴３４と、ねじ穴３４に連通する凹部３５と、を有する。ねじ穴３４には、図３（ｂ）に示すように、磁性体５０が係合される。これにより、磁性体５０を右回りおよび左回りに回転させると、磁性体５０の頭部５０ａは、支持部材３２とパッキング部材１２との間を鉛直方向に往復移動できる。

凹部３５は、図３（ｂ）に示すように、磁性体５０の頭部５０ａを収容できる。頭部５０ａが凹部３５に収容されると、第１磁石４０および第２磁石４１によって形成される磁場強度は、磁性体５０の影響を受けない。すなわち、本変形例では、磁性体５０が無い磁場環境も作り出すこともできる。この磁場強度は、プラズマ領域Ｒに影響するので、結果的に基板１００に形成される膜の厚さに影響する。

したがって、本変形例によれば、磁場強度の変動範囲が広がるので、膜厚の調整範囲を広げることが可能となる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１０ 真空槽、 ３０ 回転部材、３４ ねじ穴、３５ 凹部、４０ 第１磁石、４１ 第２磁石、５０ 磁性体、５０ａ 頭部

Claims (4)

1. 基板と、前記基板に対向するターゲットとを収容する真空槽と、
   前記真空槽外において前記ターゲットの裏側に位置する第１面を有する回転部材と、
   前記第１面に設けられた第１磁石と、
   磁極が前記第１磁石と反対であり、前記第１面において前記第１磁石の内側に設けられた第２磁石と、
   前記第１磁石と前記第２磁石との間に設けられ、鉛直方向に往復移動可能な磁性体と、
   を備え、
   前記磁性体は、円板状または円柱状の頭部を有し、
   前記回転部材は、前記頭部を収容する凹部を有する、半導体製造装置。
2. 前記磁性体は、前記第１磁石と前記第２磁石との中央に設けられている、請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記回転部材は、前記磁性体が係合されるねじ穴を有する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記第１磁石が第１半円形に配置され、前記第２磁石が前記第１半円形と相似な第２半円形に配置され、
   前記磁性体が、前記第１半円形の直径部分と前記第２半円形の直径部分との間に配置されているとともに、前記第１半円形の円弧部分と前記第２半円形の円弧部分との間にも配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の半導体製造装置。

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