JPH05271917A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パーティクルの発生を防止するスパッタリング
装置を提供する。 【構成】炭素膜を成膜するスパッタリング装置は、処理
容器５の上部にグラファイト製のターゲット６を具備す
る。ターゲット６とアース電位部即ち処理容器５との間
で放電を防ぐためにシールドリング９ｃが配設される。
シールドリング９ｃは、グラファイト製で、その内側壁
１１ｃは、角度が概ね１４０度となるように発散形状に
テーパ加工される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリング装置に関
し、特に半導体デバイスの製造プロセスに用いられるス
パッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、半導体基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置
が使用されている。図４は、従来のこの種のスパッタリ
ング装置を示す。図示装置は、Ａｒガス導入口２及び排
気口３が形成された導電製材料からなる真空処理容器５
を具備する。処理容器５内には複数の支持ピン４が配設
され、この上に半導体基板、例えばＳｉ基板１が載置さ
れる。基板１の上方には、テフロン製のスペーサー７を
介してスパッタリングターゲット６（例えばグラファイ
ト製）が取付けられる。ターゲット６は直流電源８の負
極に接続され、電源８の陽極及び処理容器５はアースに
接続される。

【０００３】ターゲット６の周囲には、ターゲット６と
アース電位部即ち処理容器５との間で放電を防ぐための
シールドリング９（例えばＳＵＳ３１６製）が配設され
る。ターゲット６とシールドリング９との間には、放電
を生じないように設定された所定のクリアランスが形成
される。シールドリング９の内側壁１１は、ターゲット
との間でなす角度が概ね垂直となるように形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置におい
て成膜を続けていくと、シールドリングの内側壁に付着
した膜が剥がれ、これにより発生したパーティクルが、
被処理基板に付着するという問題がある。この問題は、
Ａｌ等の柔らかい材料の膜を形成する際はあまり顕著で
はないが、ＴｉＮやＷのような硬い材料の膜や、化学的
に不活性な炭素等の膜の場合には顕著となる。

【０００５】また上記従来の装置を使用して成膜する
と、基板の外周縁まで膜が形成されることとなる。基板
は後にカセットに収納されるが、この際、基板の外周部
がカセットの溝に接触するため、この部分の膜が剥がれ
てパーティクルを発生させる原因となる。しかも、成膜
後にパターニングを行う場合には、通常基板の最外周部
１ｍｍ程度の領域の塗布レジストは露光前に取り除かれ
る。このため、基板が現像液に晒される際に、上記最外
周部１ｍｍ程度の領域は、現像液の影響を受けて剥がれ
やすくなり、これもまたパーティクルを発生させる原因
となる。上記パーティクルは、配線の短絡や欠損を引起
こすため、製造プロセスの歩留まりを低下させる大きな
原因となる。従って、本発明の目的は、上述の種々要因
に基づくパーティクルの発生を未然に防止することが可
能なスパッタリング装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点にお
いて、スパッタリング装置は、スパッタリングターゲッ
トとアース電位部との間での放電を防ぐシールドリング
の内側壁が、上記ターゲットから発散形状にテーパ加工
されることを特徴とする。上記テーパ加工において、望
ましくは、ターゲットとシールドリングの内側壁とのな
す角度は１３５度以上となるように設定される。

【０００７】本発明の第２の視点において、スパッタリ
ング装置は、更に、上記シールドリングの主構成元素
が、上記スパッタリングターゲットの主構成元素を含む
ことを特徴とする。

【０００８】本発明の第３の視点において、スパッタリ
ング装置は、更に、被処理基板の外周縁から少なくとも
１ｍｍまでの領域を覆うガードリングが配設されること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】スパッタリング装置では、処理時に、成膜を行
う基板のほか、処理容器内壁やシールドリングにも膜が
形成される。シールドリングに付着した膜の剥がれは、
ターゲットに平行な面ではあまり顕著ではないが、ター
ゲットに垂直なシールドリングの内側壁で非常に顕著に
起こる。これは、上記の平行な面と垂直な面とではスパ
ッタリングされた粒子の入射方向やエネルギー異なるた
め、付着した膜の性質やシールドリングとの密着性にも
差が生じることが理由と考えられる。

【００１０】本発明の第１の視点におけるように、シー
ルドリングの内側壁をテーパ加工すると、シールドリン
グの内側壁に付着する膜は、ターゲットに平行な面に付
着した膜に近い性質及び密着性となる。従って、シール
ドリングの内側壁に形成された膜の剥がれが生じ難くな
る。

【００１１】更に、本発明の第２の視点におけるよう
に、シールドリングの主構成元素が、ターゲットの主構
成元素を含むと、シールドリング及びその上に形成され
る膜の性質が互いに類似したものとなる。従って、両者
の密着性は向上し、また例えば、温度変化を受けた場合
にも膜に熱応力が掛からなくなるため、シールドリング
の内側壁に形成された膜の剥がれが生じ難くなる。

【００１２】更に、本発明の第３の視点におけるよう
に、被処理基板の外周縁から少なくとも１ｍｍまでの領
域を覆うガードリングを使用すると、上記外周部領域に
は膜が形成されなくなる。従って、上述のカセットへの
収納時、或いは現像時におけるパーティクルの発生を未
然に防止することができる。

【００１３】

【実施例】先ず、図１乃至図３を参照して、本発明に係
るスパッタリング装置の第１乃至第３実施例を説明す
る。

【００１４】これら実施例の装置は、共通の構造とし
て、Ａｒガス導入口２及び排気口３が形成された導電製
材料からなる真空処理容器５を具備する。処理容器５内
には複数の支持ピン４が配設され、この上に半導体基
板、例えばＳｉ基板１が載置される。基板１の上方に
は、テフロン製のスペーサー７を介してグラファイト製
のスパッタリングターゲット６が取付けられる。ターゲ
ット６は直流電源８の負極に接続され、電源８の陽極及
び処理容器５はアースに接続される。

【００１５】第１乃至第３実施例の夫々において、ター
ゲット６の周囲には、ターゲット６とアース電位部即ち
処理容器５との間で放電を防ぐためのシールドリング９
ａ、９ｂ、９ｃが配設される。ターゲット６と夫々のシ
ールドリング９ａ、９ｂ、９ｃとの間には、放電を生じ
ないように設定された所定のクリアランスが形成され
る。

【００１６】図１図示の第１実施例において、シールド
リング９ａはステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる。
シールドリング９ａの内側壁１１ａは、ターゲット６か
ら発散形状にテーパ加工され、ターゲット６との間でな
す角度が概ね１４０度となるように形成されている。

【００１７】図２図示の第２実施例において、シールド
リング９ｂはターゲット６と同じグラファイトからな
る。シールドリング９ｂの内側壁１１ｂはターゲット６
との間でなす角度が概ね９０度となるように形成されて
いる。

【００１８】図３図示の第３実施例において、シールド
リング９ｃはターゲット６と同じグラファイトからな
る。シールドリング９ｃの内側壁１１ｃは、ターゲット
６から発散形状にテーパ加工され、ターゲット６との間
でなす角度が概ね１４０度となるように形成されてい
る。 （実験例１）

【００１９】本発明の効果を調べるため、図１乃至図３
図示の本発明に係る装置と、図４図示の従来の装置とを
用いて、夫々シリコン基板上に炭素膜を形成した。そし
て、基板に付着した寸法が０．３μｍ以上のパーティク
ル数を調べた。各装置は連続的に使用し、基板上に０．
１μｍの炭素膜を形成する処理を多数回に行い、各処理
ごとにパーティクル数を測定し、その経時的変化を調べ
た。各処理における処理条件は、Ａｒ流量４０ｓｃｃ
ｍ、圧力０．３Ｐａ、電力２ｋＷであった。実験結果を
図５に示す。

【００２０】従来装置のシールドリング９（ＳＵＳ３１
６製、内側壁角度９０度）では、成膜累積量が４μｍ辺
りでパーティクル数が急増した。これは、シールドリン
グ９の内側壁に付着した膜が剥がれ始めたためである。

【００２１】図１図示の第１実施例のシールドリング９
ａ（ＳＵＳ３１６製、内側壁角度１４０度）では、パー
ティクル数の急増は成膜累積量２４μｍ辺りまで遅れ
た。図２図示の第２実施例のシールドリング９ｂ（グラ
ファイト製、内側壁角度９０度）では、パーティクル数
の急増は成膜累積量３６μｍ辺りまで遅れた。

【００２２】更に、図３図示の第３実施例のシールドリ
ング９ｃ（グラファイト製、内側壁角度１４０度）で
は、パーティクル数の急増は成膜累積量１２０μｍを越
えても観察されなかった。 （実験例２）

【００２３】次に、シールドリングの内側壁の角度と、
パーティクル発生数との関係を調べるため、図１図示の
装置において、シールドリング（ＳＵＳ３１６製）の内
側壁の角度のみを変数として、シリコン基板上に炭素膜
を形成した。処理条件及び評価方法は、実験例１と同様
である。内側壁の角度は、９０度、１１０度、１２０
度、１３０度、１３５度、１４０度、１４５度、及び１
５０度とした。実験結果を図６に示す。

【００２４】同図に示すように、実験を行った範囲で
は、内側壁の角度が大きいほどパーティクル数の低減の
効果が大きく、特に、１３５度以上で効果が大きくなる
ことが判明した。

【００２５】実験例１及び２から分かるように、シール
ドリングの主構成元素を、ターゲットの主構成元素と同
一とすることや、シールドリングの内側壁をテーパ加工
することにより、パーティクルの発生が抑制されること
が判明した。なお、シールドリングとターゲットの主構
成元素とは必ずしも同一にする必要はなく、例えばター
ゲット６にグラファイトを用いる上述の炭素膜の形成処
理の場合、ＳｉＣのように、Ｃを構成元素の一部として
含むようにシールドリングを形成しても、本発明の効果
を得ることができる。次に、図７を参照して、本発明に
係るスパッタリング装置の第４実施例を説明する。

【００２６】この第４実施例の装置は、ガードリング１
２を設けた点を除いて、図１図示の第１実施例の装置と
同一であり、従って、同一部分には同一の符号を付して
説明を省略する。

【００２７】ガードリング１２は、６インチのＳｉ基板
に対して、その最外周部の２ｍｍ幅領域を覆うように形
成される。ガードリング１２は、被処理基板の寸法に応
じてその寸法を決定することができ、基板の外周縁から
少なくとも１ｍｍまでの領域を覆うように形成する。 （実験例３）

【００２８】ガードリングの効果を調べるため、図７図
示の第４実施例と図１図示の第１実施例とを用いて、６
インチのシリコン基板上に夫々炭素膜を形成した。処理
条件は、Ａｒ流量４０ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｐａ、電力
２ｋＷであった。図７図示の第４実施例の装置により形
成した層構造の断面を図８に、また図１図示の装置によ
り形成した層構造の断面を図９に夫々示す。炭素膜２４
は、厚さが１００ｎｍで、予めシリコン基板１上に、１
００ｎｍのシリコン酸化膜２２、４００ｎｍのアルミニ
ウム膜２３を形成した構造体の上に成膜した。

【００２９】図８及び図９図示の層構造を有する基板を
ＳＵＳ３１６製のウェハカセットに１０回出入れし、基
板上に発生した０．２μｍ以上のパーティクル数を調べ
た。その結果、ガードリング１２を用いて処理した図８
の基板は、パーティクル数が４８であったのに対して、
ガードリング１２を用いずに処理した図９の基板は、パ
ーティクル数が８２４であった。 （実験例４）

【００３０】また図８及び図９図示の基板上に更にポジ
型の感光性樹脂を塗布した後、全面露光し、現像液によ
り現像を行い、この際の基板表面を光学顕微鏡で観察
し、炭素膜の剥がれを評価した。この際、基板の最外周
部の１ｍｍ幅の領域の感光性樹脂は塗布直後に有機溶剤
で取除いた。

【００３１】図８図示の最外周部２ｍｍ幅の領域に成膜
を行わなかった基板では、１０枚の基板について観察を
行ったが、１枚も炭素膜の剥がれは観察されなかった。
他方、図９図示の外周縁まで成膜を行った基板では、１
０枚中の６枚の基板について炭素膜の剥がれが観察さ
れ、また剥がれた箇所はいずれも外周縁から５ｍｍまで
の領域であった。

【００３２】実験例３及び４から分かるように、ガード
リングを用いて基板の最外周部の領域に膜の形成を阻止
することにより、爾後の基板の取扱いにおいて、パーテ
ィクルの発生が大幅に抑制されることが判明した。

【００３３】なお、上記第１乃至第４実施例において
は、炭素膜の形成処理について述べたが、本発明は、Ｔ
ｉＮ、ＷＭｏＳｉｘ、ＷＳｉｘ等の膜を形成するスパッ
タリング装置に対しても適用することが可能である。ま
た上記第１乃至第４実施例においては、直流マグネトロ
ンスパッタリング装置について述べたが、本発明は、直
流スパッタリング装置、高周波スパッタリング装置等、
他のスパッタリング装置に対しても適用することが可能
である。

【００３４】

【発明の効果】本発明にあっては、シールドリングの内
側壁をテーパ加工することにより、シールドリングの内
側壁に付着する膜は、ターゲットに平行な面に付着した
膜に近い性質及び密着性となり、膜の剥がれが生じ難く
なる。

【００３５】また、シールドリングの主構成元素が、タ
ーゲットの主構成元素を含むようにすることにより、シ
ールドリング及びその上に形成される膜の性質が互いに
類似したものとなり、膜の剥がれが生じ難くなる。

【００３６】また、ガードリングを用いて基板外周部の
成膜を阻止することにより、カセットへの収納時、或い
は現像時におけるパーティクルの発生を未然に防止する
ことができる。従って、本発明に係るスパッタリング装
置によれば、従来の装置に比べパーティクルの発生が大
幅に抑制され、製造プロセスの歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスパッタリング装置の第１実施例
を示す概略縦断側面図。

【図２】本発明に係るスパッタリング装置の第２実施例
を示す概略縦断側面図。

【図３】本発明に係るスパッタリング装置の第３実施例
を示す概略縦断側面図。

【図４】従来のスパッタリング装置の概略縦断側面図。

【図５】本発明に係るスパッタリング装置の第１乃至第
３実施例を用いて成膜した際のパーティクルの発生数の
経時的変化を示すグラフ。

【図６】本発明に係るスパッタリング装置において、異
なる内側壁角度を有するシールドリングを使用して成膜
した際のパーティクルの発生数の経時的変化を示すグラ
フ。

【図７】本発明に係るスパッタリング装置の第４実施例
を示す概略縦断側面図。

【図８】図７図示の本発明に係るスパッタリング装置の
第４実施例により成膜した基板の層構造を示す断面図。

【図９】図１図示の本発明に係るスパッタリング装置の
第１実施例により成膜した基板の層構造を示す断面図。

【符号の説明】

１…基板、５…処理容器、６…ターゲット、９、９ａ、
９ｂ、９ｃ…シールドリング、１２…ガードリング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングターゲットとアース電位
   部との間での放電を防ぐシールドリングの内側壁が、上
   記ターゲットから発散形状にテーパ加工されるスパッタ
   リング装置。
2. 【請求項２】 上記シールドリングの主構成元素が、上
   記スパッタリングターゲットの主構成元素を含む請求項
   １記載のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 被処理基板の外周縁から少なくとも１ｍ
   ｍまでの領域を覆うガードリングが更に配設される請求
   項１または２記載のスパッタリング装置。