JPH01152272A

JPH01152272A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH01152272A
Application number: JP31299687A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kubo; 久保　謙一
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-14

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、スパッタリング装置に関する。

（従来の技術）近年、薄膜形成装置としてターゲットをイオン粒子等の
高エネルギー粒子によりスパッタしてターゲットから飛
翔した粒子を被処理体例えば半導体ウェハに付着させて
薄膜を形成するスパッタリング装置が盛んに使用されて
いる。

このスパッタリング装置を使用して薄膜を形成する際に
重要な点は、膜厚の均一化と高価なターゲットの長寿命
化による原価低減である。

従来、このような目的を達成するためのスパッタリング
装置として、特開昭５９−１７３２６５号、特開昭６０
−２２４７７５号公報に開示される磁石偏心回転方式の
スパッタリング装置がある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記特開昭５９−１７３２６５号公報に
開示される技術では、半導体ウェハ表面に形成されたパ
ターンの段差がある場合、この段差の内側部分とその反
対側の外側部分ではスパッタ粒子の被着量が異なり、ス
パッタの片効きともいわれる被着性カバレッジ（ｃｏｖ
ｅｒａｇｅ）の悪い状態となり、膜厚不均一を生じると
いう問題があった。

また、上記特開昭６０−２２４７７５号公報に開示され
る技術では、上記被着性カバレッジを向上させる為に、
ターゲットの周辺部分が深くエロージョン（ｅｒｏｓｉ
ｏｎ）されターゲット外周側からより多くのスパッタ粒
子がウェハに飛来する如く磁石部を構成しているが、結
局、ターゲットの周辺部分が深く二ローションされると
、ターゲットの寿命が短くなり、使用効率が低下し、し
がも、ターゲットの周辺部分のプラズマ量が増加し定電
力制御系ではプラズマインピーダンスが低下してカソー
ド電圧が下がリスバッタ効率が低下するため、ターゲッ
ト使用量に応じて電力を増加させなければ均一な膜厚が
得られないという問題点があった。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、膜厚の均
一性とターゲットの使用効率を向上した効率的なスパッ
タリング装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）磁界を回転中心にて点対称で同一の半径によらない磁界
分布に形成する手段と、この手段による前記磁界分布を
回転させる手段とを具備したことを特徴とする。

（作　用）本発明のスパッタリング装置では、磁界を回転中心にて
点対称で同一の半径によらない磁界分布例えば楕円状や
ひょうたん状に形成し、この磁界分布を回転させること
により、ターゲツト面内で回転中心を囲んで連続スパッ
タリングし、がっ。

このターゲットの半径方向にプラズマが連続移動を行う
ので、スパッタ粒子を多方向より膜厚が均一となる様に
飛ばすことができ、被着性カバレッジを向上し、しかも
、ターゲットの二ローションも均一とすることができる
。

（実施例）以下、本発明装置を半導体製造工程に適用した実施例に
つき図面を参照して説明する。

円筒状で気密なＳＵＳ製処理室■の上方には、被処理体
例えば半導体ウェハ■の処理面を下に向けた状態で、例
えば半導体ウェハ■の外周部を挟持等の手段で保持し、
半導体ウェハ■を所望の処理温度に加熱可能な円柱状サ
セプタ■が設けられている。

また、この処理室■には、開閉可能で図示しない搬送口
が設けられており、この搬送口を介して図示しない搬送
機構例えばハンドアーム等によりウェハ■を処理室■に
搬入量可能となっている。

そして、処理室（１）の下方には、例えば円筒状に形成
されたスパッタガン部（へ）の外壁■が溶接その他の手
段により処理室（υへ気密に取着されている。

このスパッタガン部に）内の上部には、半導体ウェハ■
と対向し、スパッタ粒子で半導体ウェハ■上に薄膜を形
成可能な如く、ターゲット０が設けられている。そして
、このターゲット０と外壁０は、ターゲラ８■表面付近
にプラズマ発生可能な如く、スパッタガン部（イ）外に
設置した電源■例えば０．５〜１ｋＶ程度の直流電圧を
印加するＤＣ電源やＲＦｇ源等に接続されている。

また、このスパッタガン部（イ）下方には、モータ（ハ
）例えばＤＣサーボモータ等が、軸■と軸受（１０）例
えば真空状態を維持可能な磁性流体シール等を介して外
壁０に設定されており、軸０はスパッタガン部に）内の
ターゲット■下方の円板状磁石ボルダ−（１１）に接続
され、磁石ホルダー（１１）はモータ（８）で回転可能
となっている。ここで、この磁石ホルダー（１１）上の
ターゲット■側には、例えばターゲット■側にＳ極を磁
化しである外磁石（１２）と、例えばターゲット０側に
Ｎ極を磁化しである内磁石（１３）とが、ターゲラ８■
表面近傍に磁界を形成可能に設置されている。そして、
この外磁石（１２）と内磁石（１３）は例えば第２図に
示す如く、楕円状に設置されていて、このことにより磁
界は、モータ（ハ）による回転中心にて点対称で同一の
半径によらない磁界分布例えば楕円状に形成される。尚
、楕円状とは、第２図の様な一部に直線に含む細長い円
と、すべてが曲線で成る長円と、２つの定点からの距離
の和が一定である点の軌跡とを含む、そして、この形成
された磁界分布はモータ（ハ）の駆動により回転可能と
なっている。

さらに、処理室■の側壁を介して、処理室ω内を所定の
圧力に減圧するための真空ポンプ（１４）と、処理室（
ト）内にプラズマ発生用のガス例えばアルゴンガスを導
入するためのガス導入源（１５）が接続設置されている
。

また、このスパッタリング装置は図示しない制御部で動
作制御及び設定制御される。

次に、上述したスパッタリング装置の動作について説明
する。

まず、図示しない搬送機構により、半導体ウェハ■を搬
送し、図示しない搬送口を開け、ウェハ■を処理室ω内
のサセプタ■で保持し、図示しない搬送口を閉じる。こ
の時、処理条件やサセプタ■の保持条件により、所望の
方向にウェハ■のオリフラ合せを行ってもよい。

次に、真空ポンプ（１４）を作動させて、処理室ω内を
排気し、例えば１０−３〜１０−”　Ｔｏｒｒ程度の所
望の真空状態とする。この時、処理室の周辺全体を大き
な真空予備室としたり１図示しない搬送口に接続した真
空予備室を設けると、処理室■を真空状態とする時間が
速くなり、スループットが向上し、ウェハ■の清浄度を
向上することができる。

そして、スパッタガン部（イ）の外壁■及びターゲット
０に電源■を用いて電圧を印加する。それと同時に、ガ
ス導入源（１５）から例えばアルゴンガスを処理室（υ
内に数１０ｃｃ／ｍｉｎ程度の所望の流量だけ流出し、
ターゲラ８■表面にアルゴンのプラズマを発生する。こ
の時読に、半導体ウェハ■はサセプタ■により、所望の
処理温度に加熱されている。

ここで、磁石ホルダー（１１）上の外磁石（１２）と内
磁石（１３）によりターゲット０表面近傍に形成された
磁界によって、ターゲラ８■表面付近に閉じ込められた
アルゴンプラズマのアルゴンイオンがターゲット０に衝
突し、ターゲット０から高融点金属あるいはこの高融点
金属の珪化物、例えばターゲット■がタングステン・シ
リサイドから成るものである場合は、スパッタ粒子とし
てタングステン原子とシリコン原子が叩き出されて進行
し、半導体ウェハ■上に被着してシリサイド１股を形成
する。

この時、モータ■を駆動して、軸０を介して磁石ホルダ
ー（１１）を回転させることで、磁石ホルダー（１１）
上の外磁石（１２）と内磁石（１３）によりターゲット
０表面近傍に形成した磁界分布例えば楕円状の磁界分布
を回転させる。このことにより、第３図に示す如く、外
磁石（１２）と内磁石（１３）で形成された磁界は、磁
界ホルダー（１１）が例えば矢印（２１）方向に回転す
ることで、ターゲット０面内で回転中心を囲んで連続ス
パッタリングし、かつ、このターゲットの半径方向にプ
ラズマが連続移動を行うので、スパッタ粒子を多方向よ
り膜厚が均一となる如く飛ばすことができ、被着性カバ
レッジが向上する。さらに、半導体ウェハ■に付着する
スパッタ粒子垂直成分がターゲット全面で形成されるた
め、１．０趨前後の微細なコンタクトホール等内の穴低
辺部へのスパッタ粒子の付着量の増加も可能になるとい
う効果もある。また、第４図の如く、ターゲット■の二
ローションも均一となる。

つまり、ターゲット０のエロージョンが均一化するので
、ターゲット０使用量に応じて電源■の電力を増加しな
くとも、ターゲット０のプラズマ量も常に均一化するの
で、スパッタ効率の低下を防止し、ターゲットの寿命も
長くなるという効果がある。

また、この処理時に、スパッタガン部に）内を冷却する
と、プラズマ発生時のターゲット０の昇温等に起因する
異物の発生や膜厚の不均一を防止することができる。

そして、半導体ウェハ■上に所望の薄膜を形成後、ガス
導入源（１５）からのアルゴンガス流出と、ターゲット
０及び外壁■への電圧の印加を停止する。

次に、図示しない搬送口を開き、図示しない搬送機構に
より処理済みのウェハ■を搬送し、スパッタリング装置
の動作が終了する。

上記実施例では、磁界分布を楕円状で説明したが、磁界
分布は回転中心にて点対称で同一の半径によらないもの
であればよく、第５図に示す如く対向する凸部と対向す
る凹部を有する様なひょうたん状に磁石ホルダー（１１
）上の外磁石（２５）と内磁石（２６）を構成し、ター
ゲット０上の磁界分布がひようたん状となる如く形成し
てもよい。

また、上記実施例のスパッタリング装置を半導体製造工
程に適用した場合について説明したが、ターゲット０近
傍に磁界を形成しターゲット０からスパッタして、被処
理体に薄膜を形成する場合であわば何でもよく、磁気デ
ィスク製造における被処理体の両面薄膜形成でもよく、
液晶表示装置の薄膜形成に適用してもよいことは言うま
でもない。

以上述べたようにこの実施例によれば、半導体ウェハを
真空状態の処理室のサセプタ上に保持し、このウェハと
対向するターゲラ１〜近傍に磁界を形成しスパッタする
。この磁界を回転中心にて点対称で同一の半径によらな
い磁界分布に形成し、この磁界分布を回転させることに
より、プラズマがターゲットの半径方向に連続移動しな
がら、連続スパッタするので、膜厚の均一性が向上し、
ターゲットのエロージョンの均一性も向上する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ターゲットの二ロ
ーションを均一化したので、ターゲットの寿命とスパッ
タ効率を向上し、このことによりターゲットの使用効率
が向上する。また、膜厚の均一性も向上することができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタリング装置を半導体製造工程
に適用した実施例を説明する構成図、第２図は第１図の
磁界分布を説明するための磁石ホルダーの上面図、第３
図は第２図の断面図、第４図は第１図のターゲットの二
ローションを説明する図、第５図は第１図の磁界分布の
他の実施例を説明するための磁石ホルダーの上面図であ
る。図において、１・・・処理室　　　　　２・・・半導体ウェハ６・・
・ターゲット　　　１２．２５・・・外磁石１３、２６
・・・内磁石特許出願人　東京エレクトロン株式会社第２図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ターゲット近傍に磁界を形成しターゲットからス
パッタするに際し、前記磁界を回転中心にて点対称で同
一の半径によらない磁界分布に形成する手段と、この手
段による前記磁界分布を回転させる手段とを具備したこ
とを特徴とするスパッタリング装置。
（２）回転中心にて点対称で同一の半径によらない磁界
分布は、楕円状であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のスパッタリング装置。
（３）回転中心にて点対称で同一の半径によらない磁界
分布は、ひようたん状であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のスパッタリング装置。