JPH02250963A - スパッタリング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェーハ等のワーク上に、絶縁膜ある
いは金属膜等の薄膜を形成するスパッタリング装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来のスパッタリング装置は、例えば、「薄膜の作製・
評価とその応用技術ハンドブック」　（フジ、テクノシ
ステム）のＰ、２７２に示された如くの構成となってい
る。

第８図に、半導体ウェーハ等のワークを複数個同時処理
することのできるスパッタリング装置の概略を示す。図
示したスパッタリング装置においては、半導体ウェーハ
等のワーク１を複数保持するワークホルダー２が真空チ
ャンバー３内において回転する。他方、互いに異なるス
パッタ材からなる複数のターゲット５が、ターゲットホ
ルダー６にそれぞれ保持され、ワーク１から離間して真
空チャンバー３内に配置される。そして、真空チャンバ
ー３内にＡｒ等の不活性ガスを導入し、ワークホルダー
２に保持された半導体ウェーハ等のワーク１と、スパッ
タ材からなるターゲット５との間に電圧を印加するなど
して、不活性ガスをイオン化してターゲット５に衝突さ
せ、このとき、ターゲット５から飛び出すスパッタ粒子
をワーク１表面に付着させ、ワーク１表面にターゲット
５と同材質の薄膜を形成できるようになっている。

そして、装置の始動からスパッタ状態が安定するまでの
間、ワーク１とターゲット５との間にシャッタ７を介在
させ、ターゲット５から飛び出してワークホルダー２側
へ向かうスパッタ粒子をシャッタフに捕捉させることに
よって、その間はスパッタ粒子をワーク１に付着させな
いようにすること（プリスパッタ）が行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、超ＬＳＩ等の製造プロセスでは、製造される
素子の縮小化が進められており、この縮小化に伴い、半
導体ウェーへの表面に形成される絶縁膜等のより一層の
薄膜化が進んでいる。このように、薄膜化が進むと、薄
膜を所望の膜厚で正確かつ均一に形成することが要求さ
れる。

しかしながら、従来のスパッタ装置では、ワークホルダ
ー２を回転させながら、いずれかのシャッタ７をワーク
１とターゲット５との間から退避させ、シャッタ７を全
開状態としてスパッタリングを行なった場合、ワークホ
ルダー２の外周部に近い部分はど回転速度が速いため、
スパッタ粒子が飛んでくる飛来領域をワークが短時間で
通過することとなり、ワーク表面におけるスパッタ粒子
の堆積量はワークホルダー２の外周部に保持された部分
の方が、内周部に保持された部分に比べ少なくなる。従
って、形成される膜厚もワークホルダー２の内周部に保
持された部分に比べ外周部に保持された部分で薄くなり
、膜厚が不均一となってしまう。これをさけるため、ワ
ークホルダーに、ワークを自転させる機構を採用するこ
とも考えられるが、機構が複雑化して装置の製造コスト
が高くなるし、ワークの冷却が難しくなり、好ましくな
い。

また、実現できるスパッタ粒子の堆積速度の範囲には、
制限があり、この堆積速度とワークが飛来領域を通過す
るに要する時間とから、−回の飛来領域通過によって形
成される膜厚が決定される。

従って、堆積速度が非常に速い場合には、形成される膜
厚の制御が難しい。

そこで、本発明は上述の事情に鑑み、ワークを保持する
ワーク保持手段の構造を複雑化させることなく、ワーク
上に形成される薄膜を均一化することができ、しかも、
形成される膜厚の制御が容易なスパッタリング装置を提
供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明によるスパッタリン
グ装置においては、ワーク保持手段とターゲット保持手
段との相互間に、２枚のシャッタ板を設け、この２枚の
シャッタ板をターゲットよりもワーク保持手段の回転中
心軸側に位置した支点を中心としてそれぞれ揺動自在に
枢支し、更に、２枚のシャッタ板にワーク保持手段の回
転中心軸に対する半径方向に概略沿った端面をそれぞれ
形成し、この端面を互いに対向させたことを特徴として
いる。

〔作用〕

このような構成とすることによって、スパッタ粒子がワ
ーク保持手段側に飛来する飛来領域を、ワーク保持手段
の回転中心軸を中心とした外周部にて拡張し、内周部に
て縮小することが可能となり、ワークのワーク保持手段
外周部に位置した部分と内周部に位置した部分とで、該
飛来領域を通過するに要する時間がほぼ均一となる。

（実施例〕 以下、本発明の実施例について第１図〜第７図を参照し
つつ、説明する。

第１図はこの実施例装置の概略を示した斜視図である。

図示したように、この実施例においては、真空チャンバ
ー１３内上方に、半導体ウェー八等のワーク１１を真空
吸着等により保持するワークホルダー１２が設けられて
いる。ワークホルダー１２は回転自在に設けられており
、その回転中心軸１８を中心とした円周上に複数のワー
ク１１を保持している。また、真空チャンバー１３内下
方には、スパッタ材からなるターゲット１５が、ターゲ
ットホルダー１６によって保持されている。ターゲット
１５は、ワーク１１から離間して、かつ、その上面がワ
ークホルダー１２のワーク１１を保持している面にほぼ
正対するように保持されている。

ターゲット１５と、ワークホルダー１２に保持されたワ
ーク１１との間には、ターゲット１５から飛び出したス
パッタ粒子が飛来するワークホルダー１２側の飛来領域
の形状及び大きさを調整し、ワークホルダー１２側に飛
来するスパッタ粒子の量をワークホルダー１２の回転中
心軸方向１８に対する半径方向において制御する制御手
段２０が設けられている。制御手段２０は、第２図にも
示したように、ワークホルダー１２の回転中心軸１８に
対して半径方向に沿って形成された端面２１ａをそれぞ
れ有した２枚のシャッタ板２１を有している。２枚のシ
ャッタ板２１は、端面２１ａを互いに対向させて、それ
ぞれアーム２２に支持されている。アーム２２はワーク
ホルダー１２の回転中心軸１８の近傍にて揺動自在に枢
支されている。したがって、シャッタ板２１はアーム２
２と共にワークホルダー１２の回転中心軸１８近傍の枢
支支点２３を中心として揺動するようになっている。

第３図に、ワーク１１、ワークホルダー１２、ターゲッ
ト１５、ターゲットホルダー１６及びシャッタ板２１を
ワークホルダー１２の回転中心軸１８の方向から見た配
置関係を示す。

この図に示したように、シャッタ板２１の相互間に、扇
状の空間を形成し、この空間部分をターゲット１５の上
方に位置させ固定する。この状態で、ワークホルダー１
２とターゲットホルダー１６との間に電圧を印加するな
どして、真空チャンバー１３内に導入されている不活性
ガスをイオン化してスパッタリングを行なうと、第３図
においてターゲット１５のシャッタ板２１によって覆わ
れている部分から飛び出したスパッタ粒子は、シャッタ
板２１によって捕捉される。したがって、ターゲット１
５から飛び出してワークホルダー１２側に到達するのは
、シャッタ板２１に捕捉されることなく、その相互間を
通過したスパッタ粒子のみであり、この結果、ワークホ
ルダー１２表面におけるスパッタ粒子が飛来する飛来領
域の形状及びその大きさは、スパッタ粒子の拡散もあっ
て、例えば、第１図にハツチングを施して示した如くと
なる。この飛来領域の形状は、ワークホルダー１２の外
周側及び内周側が円弧状に膨出しているものの、はぼワ
ークホルダー１２の回転中心軸１８を中心とした略扇状
の形状となる。このように、ワークホルダー側の飛来領
域が扇状とされることによって、ワーク１１のワークホ
ルダ−１２外周部に位置する部分が＠飛来領域をａ遇す
るに要する時間と、ワークホルダー１２の内周部に位置
する部分が該飛来領域を通過するに要する時間とが等し
くなる。よって、スパッタ粒子の堆積量が外周部から内
周部に亘って均一化され、スパッタリングによって形成
される膜厚も均一化される。

また、上述した実施例においては、シャッタ板２１相互
の間隔を拡げれば、ワークホルダー１２側の飛来領域を
拡張でき、シャッタ板２１相互の間隔を縮めれば、ワー
クホルダー１２側の飛来領域を縮小できる。しかも、こ
のように、シャッタ板２１相互の間隔を調整しても、ス
パッタ粒子の堆積量はワークホルダー１２の外周側と内
周側とで均一に保たれる。したがって、飛来領域の大き
さをこのようにして調整することにより、ワーク１１が
飛来領域を一回通過する間にワーク１１上に形成される
膜厚を、容易に調整できるようになっている。よって、
シャッタ板２１の相互間隔を狭めて、この飛来領域の大
きさを小さくすることにより、１回の飛来領域通過によ
って形成される膜厚を理論的には無限に薄くすることが
可能であり、最終的に得られる薄膜の膜厚を、目標の膜
厚に精度良く合わせることが容易となる。

なお、上述したシャッタ板２１の相互間隔を無くして閉
じてしまえば、従来のスパッタリング装置と同様にプリ
スパッタ時に用いられるシャッタとして、これを用いる
ことも可能である。

上述した実施例においては、制御手段２０を主として２
枚のシャッタ板２１から構成することとしているが、２
枚のシャッタ板２１の代わりに、第４図に示した如くに
、ワークホルダーの回転中心軸を中心とした扇状の透孔
２４ａが形成された１枚のシャッタ板２４を用いてもよ
い。この場合において、ワークがスパッタ粒子の飛来領
域を１回通過することによって、ワーク上に形成される
膜厚を薄くしたい場合には、中心角（開き角度）の小さ
な扇状の透孔が形成されたシャッタ板を用いればよい。

なお、上述した実施例装置は、グロー放電による陰極ス
パッタを利用する方式のものであるが、本発明は、ター
ゲットに衝突するイオンを正イオン発生室で発生させ、
発生したイオンをビーム状にしてターゲットに衝突させ
るイオンビームスパッタ方式の装置にも適用できる。

第５図に、そのイオンビームスパッタ方式のスパッタ装
置に本発明を適用した実施例を示す。このイオンビーム
スパッタ方式のスパッタ装置においては、真空チャンバ
ー１３内右方に、半導体つ工−ハ等のワーク１１を真空
吸着等により保持するワークホルダー１２が設けられて
いる。ワークホルダー１２は回転自在に設けられており
、その回転中心軸１８を中心とした円周上に複数のワー
ク１１を保持している。また、真空チャンバー１３内左
方には、スパッタ祠からなるターゲット１５が、ターゲ
ットホルダー（図示せず）によって保持されている。タ
ーゲット１５の上方には、真空チャンバー１３に連通し
たイオン発生室２５が配設されている。イオン発生室２
５では、熱陰極電子衝撃あるいは電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）によってＡｒ等の不活性ガスをイオン化し
、発生したイオンをビーム状に加速してターゲット１５
に衝突させ、スパッタリングを行なうようになっている
。したがって、ターゲット１５は、ワーク１１から離間
して、かつ、飛び出すスパッタ粒子がワークホルダー１
２側に向かうように、適当な角度に傾斜して保持されて
いる。

ターゲット１５と、ワークホルダー１２に保持されたワ
ーク１１との間には、ターゲット１５から飛び出したス
パッタ粒子が飛来するワークホルダー１２側の飛来領域
の形状及び大きさを調整する制御手段２０が、第１図〜
第３図に示した実施例と同様に設けられている。すなわ
ち、制御手段２０は、ワークホルダー１２の回転中心軸
１８に対して半径方向にそって形成された端面２１ａを
それぞれ有した２枚のシャッタ板２１を有しており、こ
の２枚のシャッタ板２１は、端面２１ａを互いに対向さ
せて、それぞれアーム２２に支持されている。アーム２
２はワークホルダー１２の回転中心軸１８の近傍にて揺
動自在に枢支され、シャッタ板２１はアーム２２と共に
ワークホルダー１２の回転中心軸１８近傍の支点２３を
中心として揺動するようになっている。

ところで、上述した実施例においては、ターゲット１５
の大きさや形状を考慮していない。実際には、ターゲッ
ト１５は、通常、円形のものが用いられ、その大きさは
有限である。また、イオンビーム方式の装置にあっては
、ターゲットがワークにλ・１して所定の傾斜角度をも
って固定される。

従って、実際には、第１図〜第５図に示したように、シ
ャッタ板２１の相対向する端面２１ａを直線状に形成し
ておくと、ターゲット１５の中心部分に対向する部分で
、膜厚が厚くなる傾向を呈する。また、シャッタ板２１
を支持するアーム２２の枢支支点２３の位置には、構造
上の制限がある。

そこで、この様な場合には、第６図に示したように、シ
ャッタ板２１の端面２１ａを酒田させて形成すると共に
、アーム２２の枢支支点２３をワークホルダー１２の回
転中心軸とターゲット１５との間で、ターゲット１５寄
りに配置する。ここで、図示したシャッタ板２１の端面
２１ａは、はぼ円弧状に酒田しているが、この端面２１
ａは回転中心軸１８に対して半径方向に概略沿って形成
されていればよく、鈍角にて互いに接続される複数の平
担面からこれを構成してもよい。

なお、第４図に示したシャッタ板２４についても事情は
同様であるので、シャッタ板２４に形成される透孔２１
ａの形状を第７図に示したように、ワークホルダーの回
転中心軸に対する半径方向に沿った透孔２４ａの縁部を
内側に０かに絞り込んだ形状とすると共に、シャッタ板
２４を支持するアーム２２の枢支支点２３をターゲット
１５寄りに配置する。

なお、シャッタ板２１の端面２　Ｌ　ａの形状及びその
枢支支点２３の位置ならびに透孔２４ａの形状は、ター
ゲットの直径や、有効なスパッタ面積や、ワークとシャ
ッタ板とターゲットとの配置関係などに応じて最適化さ
れることが好ましい。

また、上述した実施例においては、単一のターゲット１
５が真空チャンバー１３内に保持されているもののみを
示しているが、本発明によるスパッタリング装置におい
ては、これに限定されること無く、異なるスパッタ材か
らなるターゲットを真空チャンバー内に複数保持させ、
ターゲット毎に上述の制御手段２０を設けることとして
もよい。

また、上述した２枚のシャッタ板２１は、ワークホルダ
ー１２の回転中心軸１８に対してほぼ半径方向に沿って
形成された端面２１ａと円弧状に形成された外周面とか
らなる略半月形に形成されているが、このうち外周面の
形状については多角形状に形成されていてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるスパッタリング装置
においては、ワークに形成される薄膜の膜厚を均一にす
ることができ、また、所望の膜厚を正確にかつ容易に得
ることができる。しかも、ワーク保持手段にワークを自
転させるための機構を設ける必要がなく、簡単な構成で
実現可能である。よって、超ＬＳＩ等の集積度を高める
ことが可能となると共に、信頼性の高い半導体装置を安
価に提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスパッタリング装置の一実施例の
概略を示した斜視図、第２図は第１図に示した制御手段
の斜視図、第３図は第１図に示したスパッタリング装置
の主要部分の配置を示した平面図、第４図は第２図に示
した制御手段と異なる制御手段を示した斜視図、第５図
はイオンビーム方式のスパッタリング装置に本発明を適
用した実施例の概略を示した斜視図、第６図は第２図に
示した制御手段を変形した制御手段を示した斜視図、第
７図は第４図に示した制御手段を変形した制御手段を示
した斜視図、第８図はスパッタリング装置の従来例の概
略を示した斜視図である。 １１・・・ワーク、１２・・・ワークホルダー１３・・
・真空チャンバー　１５・・・ターゲット、１６・・・
ターゲットホルダー　１８・・・ｕ転中心軸、２０・・
・制御手段、２１・・・シャッタ板、２１ａ・・・端面
、２２・・・アーム、２５・・・イオン発／４：室。 第１図 弔 図 制御手段 ノーーー 弔 図 シャッタ板等の配置 弔 図 粥 図 弔 図 ノーーー 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面に薄膜が形成されるワークを自転させることなく、
   回転中心軸を中心とした円周方向において複数保持して
   回転するワーク保持手段と、前記薄膜を形成するスパッ
   タ材からなるターゲットを保持するターゲット保持手段
   とを備えたスパッタリング装置であって、 前記ワーク保持手段及び前記ターゲット保持手段の相互
   間において、前記ターゲットよりも前記回転中心軸側に
   位置した支点を中心としてそれぞれ揺動自在に枢支され
   た２枚のシャッタ板を備えて、前記ターゲットから前記
   ワーク保持手段側に飛来するスパッタ粒子の量を前記回
   転中心軸に対する半径方向において制御する制御手段を
   有し、前記２枚のシャッタ板は、前記ワーク保持手段の
   回転中心軸に対する半径方向に概略沿って形成された端
   面をそれぞれ有しており、前記端面を互いに対向させて
   いることを特徴とするスパッタリング装置。