JPH06322528A - スパッタ方法およびスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異物低減による歩留向上、さらには保守管理
による装置停止時間の短縮、スループットの向上を実現
できるスパッタ技術を提供する。 【構成】 処理室１で対向するステージ２上の半導体ウ
エハ３とターゲット５との間のスパッタリング空間１ａ
を囲繞する防着板７の外周部に、防着板７の温度制御を
行うヒータ９、ヒータコントローラ９ａ、水冷パイプ
８、流量コントローラ８ａおよび熱電対１０を取付け、
熱電対１０による防着板７の温度計測値のフィードバッ
ク制御によって、防着板７を、予想される付着薄膜のス
トレスが最小となる温度範囲に制御し、防着板７からの
薄膜の剥落に起因する半導体ウエハ３への異物の付着を
防止する、スパッタリング装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ技術に関し、
特に、半導体ウエハ等のスパッタ対象物に対してスパッ
タリングによって薄膜を形成する工程に適用して有効な
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、最近の半導体集積回路におけ
る構造の微細化、高速処理化に伴って、配線パターンと
なる金属薄膜の形成工程では、スパッタ装置による高融
点金属の成膜が必要となり、ターゲットとしてＴi Ｗ、
Ｗ、Ｔi 等を使用するようになった。

【０００３】ところで、スパッタ装置では、ターゲット
とスパッタ対象の半導体ウエハとが対向するスパッタリ
ング空間に暴露される処理室の壁面等にも、処理中に飛
散するターゲット物質の一部が被着する。上述のような
高融点金属の薄膜はストレスにより剥がれ易いため、半
導体ウエハに付着する異物の原因となる。そこで、その
対策として、従来では、たとえば、処理室内のスパッタ
リング空間を取り囲むように交換可能に配置された防着
板にＡｌ（アルミニウム）溶射やブラストなどの表面処
理を行うことにより、当該防着板に付着した薄膜が異物
となって剥がれ落ちることを防止しようとしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高融点
金属膜のストレスは温度依存性が大きく、前述のような
従来の対策では、防着板に付着した高融点金属膜の剥落
防止効果は必ずしも充分ではなかった。このため、半導
体ウエハに対する付着異物が増して歩留の低下を招くと
いう問題があった。また、従来のままで、この問題を解
決するには、防着板を頻繁に交換する必要があるが、防
着板の交換頻度の増加により、当該交換作業およびその
後の真空立上げまでの装置停止時間が長くなり、稼働率
の低下、スループット（単位時間当たりに処理されるス
パッタ対象物の数量）の低下、さらには保守管理コスト
の増大という新たな問題を生じる。

【０００５】本発明の目的は、スパッタ対象物への異物
の付着に起因する製品不良を確実に防止することが可能
なスパッタ技術を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、スパッタ工程におけ
る稼働率およびスループットの向上、さらには保守管理
コストの削減を実現することが可能なスパッタ技術を提
供することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【０００９】すなわち、本発明のスパッタ方法は、ター
ゲットとスパッタ対象物とが対向するスパッタリング空
間に暴露される処理室の壁面をターゲットを構成する物
質の薄膜が安定な温度に保つものである。

【００１０】また、本発明は、請求項１記載のスパッタ
方法において、ターゲットを構成する物質が、タングス
テンまたはチタン・タングステンからなり、処理室の壁
面の温度を、それぞれ約１５０℃または約３００℃に設
定するものである。

【００１１】また、本発明のスパッタ装置は、ターゲッ
トとスパッタ対象物とが対向するスパッタリング空間に
暴露される処理室の壁面に、当該壁面の温度を所望の値
に制御する温度制御手段を備えたものである。

【００１２】また、本発明は請求項３記載のスパッタ装
置において、温度制御手段は、壁面を加熱する動作を行
うヒータと、壁面を冷却する冷却機構と、壁面の温度を
検出する温度検出手段とからなり、温度検出手段による
壁面の計測温度のフィードバック制御によって壁面を所
望の温度に制御するものである。

【００１３】また、本発明は請求項３または４記載のス
パッタ装置において、壁面は、処理室の内周面をスパッ
タリング空間から隠蔽する位置に着脱自在に配置された
防着板からなり、温度制御手段は、防着板の温度を所望
の値に制御するものである。

【００１４】また、本発明は請求項３，４または５記載
のスパッタ装置において、ターゲットは、タングステン
またはチタン・タングステンからなり、温度制御手段
は、防着板の温度を、それぞれ約１５０℃または約３０
０℃に設定するものである。

【００１５】

【作用】上記した本発明のスパッタ技術によれば、スパ
ッタ対象物へのスパッタリング時に処理室の壁面に付着
する薄膜の温度を、当該薄膜が低ストレスで剥落しにく
い安定な温度に制御することが可能となり、処理室の壁
面に付着した薄膜の剥落に起因するスパッタ対象物への
異物の付着を確実に減少させることができ、スパッタ対
象物における不良の発生を確実に防止して、歩留りを確
実に向上させることができる。

【００１６】また、処理室の壁面を構成する防着板の交
換頻度を少なくすることができ、装置の稼働停止時間が
短縮され、スパッタ工程の稼働率およびスループットが
向上する。また、防着板の着脱や再生処理などに伴う工
数や費用も削減され、スパッタ工程における保守管理コ
ストを削減できる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例であるスパッタ装
置の構成の一例を示す略断面図である。有底筒状の処理
室１の底部中央には、昇降機構２ａに支持されることに
よって上下動可能なステージ２が設けられており、半導
体ウエハ３が、薄膜の形成面を上向きにした姿勢で載置
されている。

【００１９】ステージ２に対向する処理室１の上部に
は、当該処理室１の開口部を開閉自在に塞ぐバッキング
プレート４に背面を支持された平板状のターゲット５が
配置されている。このターゲット５は、本実施例の場
合、たとえばタングステンや、チタン・タングステンで
構成されている。さらに、バッキングプレート４の背面
には、処理室１のスパッタリング空間１ａの内部に磁場
を形成するマグネット６が設けられている。

【００２０】処理室１の内部には、ステージ２とターゲ
ット５とが対向するスパッタリング空間１ａを取り囲
み、当該スパッタリング空間１ａから処理室１の内周を
隠蔽するように、略カップ状の防着板７が配置されてい
る。この防着板７は、上端のフランジ部７ａをクランプ
７ｂによって固定されており、バッキングプレート４を
開放した状態で、当該処理室１に対して着脱可能な構造
となっている。

【００２１】この場合、防着板７の外周部には、当該防
着板７を冷却する動作を行う水冷パイプ８、および当該
防着板７を加熱する動作を行うヒータ９が巻回されてい
る。水冷パイプ８には、流量コントローラ８ａが設けら
れており、通水の流量や供給・供給停止を制御すること
が可能になっている。同様に、ヒータ９には、ヒータコ
ントローラ９ａが接続されており、当該ヒータ９による
防着板７の加熱温度が制御される。

【００２２】さらに、防着板７の外周部には、当該防着
板７の温度を計測する熱電対１０が装着されており、計
測値は、流量コントローラ８ａおよびヒータコントロー
ラ９ａに入力されている。そして、流量コントローラ８
ａおよびヒータコントローラ９ａは、熱電対１０による
防着板７の温度に計測値を用いたフィードバック制御に
より、当該防着板７を所望の温度に設定する動作を行う
ものである。

【００２３】特に図示しないが、処理室１の外部には、
ターゲット５の側を陰極とし、半導体ウエハ３が載置さ
れるステージ２の側が陽極となるように高周波電力を印
加する高周波電源、さらには、処理室１の内部を所望の
真空度にする排気機構、および処理室１の内部に、たと
えばアルゴンなどの不活性ガスを導入するガス供給機構
などが設けられている。また、処理室１の底部側面に
は、ステージ２が最も下側に降下した位置と同じ高さに
図示しないウエハ出入口が形成されており、処理室１の
内部の真空度を損なうことなく、図示しないロードロッ
ク室を介して、外部との間で半導体ウエハ３の出し入れ
が行われる。

【００２４】また、バッキングプレート４の内部には、
ターゲット５の過熱を防止するための図示しない冷却機
構が設けられている。

【００２５】以下、本実施例のスパッタ装置の作用の一
例について説明する。

【００２６】まず、処理室１の内部を所定の真空度にし
た状態でアルゴンなどの不活性ガスを供給し、その状態
でターゲット５とステージ２との間に高周波電力を印加
し、マグネット６と高周波電力との相互作用等によって
スパッタリング空間１ａにプラズマを形成する。プラズ
マ中の高エネルギのガスイオンは、陰極であるターゲッ
ト５に射突して当該ターゲット５を構成する、たとえば
タングステンやチタン・タングステンなどの物質を弾き
出し、弾き出された物質は、スパッタリング空間１ａ中
を飛散してステージ２に載置された半導体ウエハ３の表
面に、目的のタングステンやチタン・タングステンなど
の薄膜となって堆積する。

【００２７】この時、ターゲット５から弾き出されて飛
散する物質の一部は、スパッタリング空間１ａに暴露さ
れる防着板７の内周にも薄膜となって堆積し、当該薄膜
は、そのままでは、温度変化等のストレスによって剥落
し、異物となって半導体ウエハ３に付着することが懸念
される。

【００２８】そこで、本実施例の場合には、水冷パイプ
８およびヒータ９による冷却および過熱操作を適宜組み
合わせることにより、防着板７の温度を、当該防着板７
に付着する薄膜のストレスが緩和される温度範囲に安定
に温度制御する。

【００２９】たとえば、本発明者らによる研究によれ
ば、ターゲット５がタングステンで、半導体ウエハ３の
表面にタングステン薄膜を形成する場合には、防着板７
の温度を約１５０℃に維持することにより、スパッタに
よって防着板７に付着するタングステン薄膜のストレス
が緩和され、防着板７からの剥落による異物の発生が大
幅に減少することが確認されている。同様に、たとえ
ば、ターゲット５がチタン・タングステンの場合には、
防着板７の温度を３００℃に維持することにより、異物
の発生防止に効果があることが判明している。

【００３０】ターゲット５が他の物質の場合でも、当該
物質の薄膜のストレスが緩和される温度を予め調べてお
き、当該温度に防着板７の温度を設定することにより、
異物発生を防止することができる。

【００３１】これにより、防着板７からの薄膜の剥落に
よる異物の発生が抑止および遅延され、半導体ウエハ３
に異物が付着することに起因する製品不良が確実に減少
し、ウエハプロセスにおける歩留りが向上する。

【００３２】また、防着板７からの異物の発生を予防す
るために、従来では、防着板７を頻繁に交換し、Ａｌ溶
射やブラストなどの表面処理をやり直して再生する必要
があったが、本実施例の場合には、このような防着板７
の交換頻度を大幅に減少させることができる。

【００３３】すなわち、本実施例の場合には、装置の稼
働停止時間の短縮による稼働率およびスループットの向
上、さらには、防着板７の再生処理等に要する費用や工
数の削減を実現できる。

【００３４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３５】スパッタリングの対象としては半導体ウエ
ハに限らず、たとえば磁気ディスクや光ディスク、その
他の精密部品等のスパッタリングによる薄膜形成工程に
広く適用できる。

【００３６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３７】すなわち、本発明のスパッタ方法によれ
ば、スパッタ対象物への異物の付着に起因する製品不良
を確実に防止して歩留りを向上させることができる、と
いう効果が得られる。また、スパッタ工程における稼働
率およびスループットの向上、さらには保守管理コスト
の削減を実現することができる、という効果が得られ
る。

【００３８】また、本発明のスパッタ装置によれば、ス
パッタ対象物への異物の付着に起因する製品不良を確実
に防止して歩留りを向上させることができる、という効
果が得られる。また、スパッタ工程における稼働率およ
びスループットの向上、さらには保守管理コストの削減
を実現することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるスパッタ装置の構成の
一例を示す略断面図である。

【符号の説明】

１ 処理室 １ａ スパッタリング空間 ２ ステージ ２ａ 昇降機構 ３ 半導体ウエハ（スパッタ対象物） ４ バッキングプレート ５ ターゲット ６ マグネット ７ 防着板（処理室の壁面） ７ａ フランジ部 ７ｂ クランプ ８ 水冷パイプ（温度制御手段） ８ａ 流量コントローラ ９ ヒータ（温度制御手段） ９ａ ヒータコントローラ １０ 熱電対（温度制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小柳 好一 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 坂本 忠夫 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットとスパッタ対象物とが対向す
   るスパッタリング空間に暴露される処理室の壁面を前記
   ターゲットを構成する物質の薄膜が安定な温度に保つこ
   とを特徴とするスパッタ方法。
2. 【請求項２】 前記ターゲットを構成する前記物質は、
   タングステン（Ｗ）またはチタン・タングステン（Ｔi
   Ｗ）からなり、前記温度を、それぞれ約１５０℃または
   約３００℃に設定することを特徴とする請求項１記載の
   スパッタ方法。
3. 【請求項３】 ターゲットとスパッタ対象物とが対向す
   るスパッタリング空間に暴露される処理室の壁面に、当
   該壁面の温度を所望の値に制御する温度制御手段を備え
   たことを特徴とするスパッタ装置。
4. 【請求項４】 前記温度制御手段は、前記壁面を加熱す
   る動作を行うヒータと、前記壁面を冷却する冷却機構
   と、前記壁面の温度を検出する温度検出手段とからな
   り、前記温度検出手段による前記壁面の計測温度のフィ
   ードバック制御によって前記壁面を所望の温度に制御す
   ることを特徴とする請求項３記載のスパッタ装置。
5. 【請求項５】 前記壁面は、前記処理室の内周面を前記
   スパッタリング空間から隠蔽する位置に着脱自在に配置
   された防着板からなり、前記温度制御手段は、前記防着
   板の温度を所望の値に制御することを特徴とする請求項
   ３または４記載のスパッタ装置。
6. 【請求項６】 前記ターゲットは、タングステン（Ｗ）
   またはチタン・タングステン（Ｔi Ｗ）からなり、前記
   温度制御手段は、前記防着板を、それぞれ約１５０℃ま
   たは約３００℃に設定することを特徴とする請求項３，
   ４または５記載のスパッタ装置。