JPH01152271A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （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。

（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ともに、磁界によりプラズ
マ径を制御し、高速スパッタ（１５００人／ｍｉｎ　、
　Ｓ　ｉ　０２　スパッタＩ）１８合）を実現している
。一方、パーティクル＜ｍ粒子）対策としては、ターゲ
ット付近に防着板を設ける事により、スパッタ粒子のチ
ャンバー内壁への付着を抑え、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係数大）を、
線膨張係数がターゲツト材と近い物質（石英等）で覆う
とともに、スパッタ時には基板を水平から８５°傾け、
パーティクル対策を行っている。

（第５図参照）しかし、これでも不十分である為、定期
的にスパッタ膜付着部分を交換している。第５図におい
て１１はカソードフランジ、１２はＯリング、１３はチ
ャンバー壁、１４はチャンバー内防看板、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
（半導体ウェハ）、２０は交流電源である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術の問題点を以下に示す。

（１）　　ターゲット１６に防着板１５を取り付ける事
で、チャンバー内防着板１４上へのスパッタ膜の形成、
及びそれに寄因するスパッタ膜の剥れは、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、耐圧不良等の
問題となる。防着板１５の表面及び基板ホルダー１８の
表面を、ターゲツト材１６と近い線膨張係数を持つ物質
（石英板等）で覆った場合、パーティクル数は、石英板
なしの場合の第２図の曲線すの場合よりある程度低減さ
れるが十分ではない。

（第２図の曲線Ｃ参照）その為、防着板及び基板ホルダ
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。

（２１基板１９を、水平方向から８５°傾は成膜する事
は、水平に保持した場合と比較すると、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）　　高速スパッタを行なう為、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れによるパーテ
ィクルの増加速度も速い。

（４）スパッタ膜の剥れは、放電中、及びそれ以外の時
の膜付着部分の温度変化に伴なう摸内部応力の増大（加
）が原因と考えられるが、それに対する対策がなされて
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
ル数を減少させる事を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用）本発明は、スパ
ッタ時に、ターゲットと基板を対向設置し、該基板上へ
薄膜を形成するマグネトロン・スパッタ装置において、
前記基板以外のスパッタ膜付着部分を、スパッタ時に前
記スパッタ膜付着部分が到達する温度付近に加熱保持し
ておく手段を具備したことを特徴とするスパッタ装置で
ある。即ち本発明は、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が到達安
定する温度付近に常時、温度コントロールしておくこと
により、上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
ッタ膜の剥れを抑制し、チャンバー内パーティクル数を
低減する事を特徴とする。

（実施例） 本発明の実施例として第１図に高速スパッタ装置を示す
が、これは第５図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
ーゲツト（３チヤンバー）を有し、同時に３枚の基板上
に成膜可能としているが、第１図には、その中の一室の
断面図を示した。本装置の特徴は、成膜時に基板１９が
水平方向から８５°の角度をもってターゲット１６と対
向する事、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
成が抑制される事、防着板１５の表面及び基板ホルダー
１８の表面のスパッタ膜付着部分を高純度石英板１５′
、１８′で覆った事、そして最も重要な点は、防着板１
５及び基板ホルダー１８を加熱保持可能なヒーター・ユ
ニット２１及び２２を持つ事にある。

本装置を用い、防着板１５及び基板ホルダー１８の表面
の温度を２００℃近辺に保持加熱し、ターゲット１６と
して高純度石英を使用し、５ｉＯ２１１１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。このようにすれば防着板１５、基板ホルダー１
８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、
スパッタ膜材の剥れによるパーティクル数増加を防止で
きるものである。

上記基板上における０、３μｍ以上のパーティクル数の
スパッタ膜厚く防着板及び基板ホルダー洗浄後の基板上
累積スパッタ膜厚）依存性を第２図に示す。測定は、直
径５インチのベア・シリコン・ウェハ上に、１０００人
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なわないウェハ上には、
各ウェハにつき１００００人５ｉＯ２１１を成膜した。

１０フト２４枚チャージで、各ターゲットで８枚づつ成
膜し、１枚目、８枚目を測定ウェハとした。

尚、３チヤ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１．５Ｘ１０−
’Ｔｏｒｒ１スパッタ時Ａｒ分圧３．０×１０−３Ｔｏ
ｒｒ　ＳＡｒ流量３０８ＣＣＭであり、スパッタ成膜速
度１５００人／ｍｉｎである。

尚、保持加熱温度は、本実施例では２００℃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、ターゲット電力等により異なる為
、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
。

−本実施例の設定温度は、第３図から求めた。この第３
図は、成膜〈放電）時、及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
る事が分る。

本実施例において、スパッタ膜付着部分（防着板及び基
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第
２図の実線ａで、保持加熱を行なわない従来法によるラ
ンニング・テストの結果を破線す及び−点鎖線Ｃで示す
。

パーティクル数のスペックは、通常ウェハ上１００個以
下（０，３μｍ以上）であるが、従来法では、７μｍ成
膜時にスペックを超えてしまう。

しかし、本発明によれば、４ｏμｍまでスペックを満た
す２４枚編成で成膜を行なうと、３ターゲツトの装置の
場合、各ターゲットで８枚成膜する事になる。−枚につ
き、１μｍ成膜すると、１０ツト（２４枚）につき、各
ターゲット８μｍａｙする事になる。それゆえ、従来法
によれば１０ツト成膜する度に、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、
５０ツトに一度で済む。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−度につき、最低５時
間程度の時間を消費する。本発明の方法によれば、この
ロス時ｒ１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。

第６図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２
１を設けるようにしたものである。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。。このような構成でも同様な効果が得
られ、電極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。

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。例えば本実施例では、ソース・ターゲ
ツト材として高純度石英（Ｓｔ　０２　）を用いたが、
ターゲツト材としてＭＯ系合金、Ｗ系合金等の内部応力
の大きい膿剥れを起こしやすい金属を用いる場合にも、
本発明が有効である事は言うまでもない。又、ヒーター
・ユニットの取り付は位置としても、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、例えば第
４図の如くカソード防着板１５のみに取付けても、実施
例と略同様な効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、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
バ内従ってスパッタ成膜時のパーティクル数を減少させ
得る等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】

第１図は本発明の一実施例を示す断面的構成図、第２図
及び第３図は同実施例の効果を説明するための特性図、
第４図は本発明の他の実施例の断面的構成図、第５図は
従来装置の断面的構成図、第６図は本発明の異なる実施
例の断面的構成図である。 １１・・・カソード・フランジ、１２・・・０リング、
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・・
・ターゲット防看板保持加熱用ヒータ、２２・・・基板
ホルダー保持加熱用ヒータ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第５図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタ時に、ターゲットと基板を対向設置し、
   該基板上へ薄膜を形成するマグネトロン・スパッタ装置
   において、主な前記基板以外のスパッタ膜付着部分を、
   スパッタ時に前記スパッタ膜付着部分が到達する温度付
   近に温度コントロールしておく手段を具備したことを特
   徴とするスパッタ装置。
2. （２）前記スパッタを枚葉式で行なう事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のスパッタ装置。
3. （３）前記スパッタ膜は、絶縁膜であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のスパッタ装置。
4. （４）前記スパッタ膜は、金属あるいは合金であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスパッタ装
   置。