JPH0714830A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の大型化を招くことなく、膜厚均一性の
優れた膜を高スループットで形成可能であり、さらに成
膜した半導体ウェハの歩留りの向上を図り得る薄膜形成
方法及び薄膜形成装置を提供する。 【構成】 基板電極となる回転筒体１０と、回転筒体１
０を回転駆動するモータ２０と、回転筒体１０の回転量
を検出するセンサ３０と、モータ２０の駆動制御を行な
う制御装置４０とを備えてなる薄膜形成装置１を用い
る。そして、回転筒体１０の側面の境界線１５がターゲ
ット５０の中心５０ａに正対した時に回転筒体１０の回
転が一旦停止するか、又は境界線１５が中心５０ａとの
正対位置を通過する時に回転筒体１０の回転速度が一旦
低下するように、制御装置４０によりモータ２０の回転
を制御する。 【効果】 回転方向の膜厚の均一性がよくなり、膜形成
装置の小型化及び高スループット化を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の形成技術さらに
はドラム型回転タイプのバイアススパッタ法に適用して
特に有効な技術に関し、例えば半導体ウェハ上に形成す
るＳｉＯ₂などの絶縁膜の平坦化に利用して有用な技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造において、段差
被覆性の優れた薄膜形成方法としてバイアススパッタ法
が公知である。そのバイアススパッタ法において用いら
れる装置として、バッチ式の場合には、一般に平行平板
タイプのものとドラム型回転タイプのものが使用されて
いる。平行平板タイプの装置は、基板電極上に載置した
複数枚の半導体ウェハと大面積のターゲットとを対向さ
せて膜形成を行うものであるが、この装置には一バッチ
あたりの処理枚数が少ないという欠点がある。

【０００３】この欠点を解消し、基板電極への半導体ウ
ェハの取付可能な枚数を多くしたのがドラム型回転タイ
プの装置である。即ち、その装置の構成は、例えば１２
個の平面が連なってなる断面正１２角形状をなす側面を
有し且つその中心軸線を回転軸として回転可能な回転筒
体（ドラム）の外側にターゲットを配してなるものであ
る。そして、回転筒体の側面（基板電極）に最大、その
各平面に例えば上下２枚ずつ、計２４枚の半導体ウェハ
を取り付けた状態で、その回転筒体を定速で連続回転さ
せることにより膜形成を行なうようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。すなわち、ドラム型回転タイ
プの装置を用いて半導体ウェハ上に薄膜を形成した場
合、スパッタされた原子がウェハエッジ部に堆積し難い
のに加えて、ウェハエッジ部におけるスパッタエッチ量
が多いため、回転方向の膜厚の均一性が低い、つまり回
転時に同一軌跡を描くウェハ中心部とウェハエッジ部と
ではエッジ部の方が形成される膜が薄くなり易い。従っ
て、それら中心部及びエッジ部における膜厚を目標厚さ
に対して例えば±１０％以内の厚さに納めるには、ター
ゲットの大きさや基板電極の大きさ、及びそれらの間の
距離（電極間距離）を大きくしなければならず、装置の
大型化を招くというものである。そして、装置の大型化
によって、装置の製造コストだけでなく、その装置を稼
働した場合のランニングコストなども著しく高くなって
しまう。さらに、電極間距離が大きくなることにより、
その装置を用いて膜を形成した場合に、膜形成効率が低
下し、スループットの低下を招く虞もある。

【０００５】それらの不都合が有るが故に装置を際限な
く大型化するわけにはいかず、装置の大きさは制約され
たものとなってしまう。そのため、ターゲットや基板電
極の大きさ、或は電極間距離が十分でなく、例えば２４
枚の半導体ウェハを同一バッチで処理した場合に、その
半数程度のウェハにおいて上記目標厚さの許容範囲を満
たす膜厚均一性が得られず、不良となってしまうことが
あった。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、装置の大型化を招くことなく、膜厚均一性の優れた
膜を高スループットで形成可能であり、さらに成膜した
半導体ウェハの歩留りの向上を図り得る薄膜形成方法及
び薄膜形成装置を提供することを主たる目的としてい
る。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特
徴については、本明細書の記述及び添附図面から明らか
になるであろう。

【０００７】

【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説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、本発明の薄膜形成方法において
は、回転筒体の側面に半導体ウェハを取り付けてその回
転筒体を回転させ、ウェハエッジ部がウェハ中心部より
もターゲットの中心（本明細書においては、物理的な中
心ではなく、スパッタ装置においてはスパッタ効率の高
い箇所の中心を意味する。）に近づいた時に、回転筒体
を一旦停止させてから再び回転させることを提案する。
或は、停止させる代わりに、ウェハエッジ部がターゲッ
トの中心近くを通過する時に回転速度を一旦低下させて
から再び元の回転速度に戻すようにしてもよい。

【０００８】具体的には、複数の平面が連なってなる断
面多角形状をなす側面を有する回転筒体と、回転筒体を
回転させるモータと、回転筒体の回転量を検出するセン
サと、そのセンサからの検出信号に基づいてモータの駆
動制御を行なう制御装置とを備えてなる薄膜形成装置を
用いる。そして、センサにより回転筒体の各平面の境界
（即ち、上記多角形における各頂点の位置）を検出し、
その境界がターゲットの中心に正対した時に回転筒体の
回転が一旦停止するか、又は前記境界がターゲットの中
心との正対位置を通過する時に回転筒体の回転速度が一
旦低下するように、制御装置によりモータの回転を制御
する。

【０００９】

【作用】上記した手段によれば、回転筒体の側面に取り
付けてなる半導体ウェハのエッジ部がターゲットの中心
に近づいた時に、回転筒体を一旦停止させるか、その回
転速度を一旦低下させるため、ウェハ中心部よりもウェ
ハエッジ部の方がターゲットに向き合う時間が長くなる
ので、ウェハエッジ部における膜形成が促進され、エッ
ジ部における膜厚がウェハ中心部における膜厚よりも小
さくなるのが抑制される。

【００１０】

【実施例】（第１実施例）本発明に係る薄膜形成方法及
び薄膜形成装置の第１実施例を図１及び図２に示し、以
下に説明する。図１には、本発明の薄膜形成方法の実施
に供せられる薄膜形成装置の一例が示されている。同図
に示すように、この薄膜形成装置１は、例えばドラム型
回転タイプのバイアススパッタ装置であり、半導体ウェ
ハ２を取り付ける回転筒体１０と、回転筒体１０を回転
させるモータ２０と、回転筒体１０の回転量を検出する
センサ３０と、モータ２０の駆動制御を行う制御装置４
０と、ターゲット５０とを備えている。

【００１１】回転筒体１０は、従来のドラム型回転タイ
プの装置におけるものと同様のもので、特にその数を限
定しないが例えば１２個の平面が連なってなる断面１２
角形状をなす側面を有しており、半導体ウェハ２をその
各平面に例えば上下２枚ずつ、計２４枚取付け可能にな
っている。そして、回転筒体１０には、その中心軸線に
回転軸となるシャフト１１が一体となって取り付けられ
ている。なお、この回転筒体１０は、基板電極を兼ねて
おり、特に図示しないが、マッチング回路を介して高周
波電源に接続されている。

【００１２】前記モータ２０は、サーボモータ或はステ
ッピングモータなどであり、例えばベルト２１を介した
ベルト伝動機構によりシャフト１１に動力を伝えるよう
になっている。また、モータ２０には、該モータ２０に
駆動電流を流す駆動回路を有するモータコントローラ
（駆動装置）２５が接続されている。このモータコント
ローラ２５は、制御装置４０からの信号に応じてモータ
２０の駆動電流の大きさを変えたり零にしたりすること
ができるようになっている。

【００１３】前記センサ３０は、例えば透過型の光セン
サを利用したもので、発光部と受光部とからなるセンサ
部３１と、円盤にスリット（孔）３６を設けた検出板３
５とからなる。そして、例えば回転筒体１０の側面にお
ける隣接する平面同士の境界線のうち一境界線１５がタ
ーゲット５０に正対した時に（図２参照、図２では境界
線の符号は１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃとなっている。）、
その境界線１５に対応するスリット３６と発光部と受光
部とが丁度一直線上に並び、発光部から発せられた赤外
線等の光が受光部において感知されるようになってい
る。即ち、受光部において発光部からの光を受けた時
に、境界線１５がターゲット５０に正対したことにな
る。また、センサ部３１には、センサ部３１において光
電変換された信号を増幅して制御装置４０に出力する光
センサアンプ３９が接続されている。

【００１４】制御装置４０は、コンピュータ等からな
り、光センサアンプ３９からの信号に応じて、モータ２
０の駆動電流を制御する制御信号をモータコントローラ
２５に出力する。即ち、受光部において発光部からの光
を検出したことに基づく信号が光センサアンプ３９を介
して制御装置４０に入力した時に、制御装置４０はモー
タ２０の駆動電流を零にする制御命令を出力する。それ
によって、駆動電流はモータコントローラ２５からモー
タ２０へ出力されなくなり、モータ２０の回転、即ち回
転筒体１０の回転が停止する。そして、制御装置４０
は、モータ２０の停止状態で所定時間経過した後、モー
タ２０に駆動電流を流す制御命令を出力するようになっ
ている。

【００１５】なお、ターゲット５０には、特に図示しな
いが、マッチング回路を介して高周波電源が接続されて
いるのはいうまでもない。また、回転筒体１０及びター
ゲット５０は、特に図示しないが、薄膜形成装置１のス
パッタ室（チャンバー）内に配置されている。

【００１６】図２は、制御装置４０の制御による回転筒
体１０の動きの一例が示されている。半導体ウェハ２を
取り付けた回転筒体１０を回転させ、同図（Ａ）に示す
ように、回転筒体１０の一境界線１５Ａがターゲット５
０の中心５０ａに正対すると、上記センサ３０の受光部
において発光部からの光が検出される。その検出信号に
基づいて、上述したように制御装置４０の制御によりモ
ータ２０が停止する。同時に、制御装置４０におけるタ
イマーが作動し、一定時間経過したら制御装置４０の制
御命令により再びモータ２０が回転して、回転筒体１０
が回る。

【００１７】そして、回転筒体１０は、同図（Ｂ）に示
すように、先の境界線１５Ａの隣り（回転方向の後ろ隣
り）の境界線１５Ｂが前記中心５０ａに正対した時に、
上記（Ａ）の場合と同様に、再び回転筒体１０は停止す
る。その後、再び回転筒体１０が回り、同図（Ｃ）に示
すように、さらに隣りの境界線１５Ｃが前記中心５０ａ
に正対した時に、再び回転筒体１０が停止する。以上の
ような動きを各境界線１５毎に繰り返し行なう。

【００１８】以上、詳述したように、第１実施例におけ
る薄膜形成装置１を用いて上述したように回転制御を行
い、石英製のターゲット５０を用いて、半導体ウェハ２
上に２．５μｍの厚さの平坦化ＳｉＯ₂膜を形成したと
ころ、回転方向の膜厚均一性は±３％以内であった。回
転筒体１０を定速で連続回転させていた従来の場合にお
ける回転方向の膜厚均一性は±１０％程度であったの
で、上記実施例によれば、膜厚均一性が著しく改善され
たことがわかる。

【００１９】なお、薄膜形成装置１は、上記実施例のも
のに限らず、ターゲット５０に回転筒体１０の側面の境
界線１５が正対した時に回転筒体１０が一旦停止可能に
なっていれば、種々設計変更可能であるのはいうまでも
ない。例えば、ベルト伝動機構に代えて、ギアを用いて
シャフト１１を回転させてもよいし、モータ２０のシャ
フトに直接回転筒体１０を取り付けたダイレクトドライ
ブ機構にしてもよい。また、センサ３０に付いても反射
型の光センサを用いてもよいし、光を利用した機構以外
のセンサを用いてもよい。さらに、光センサアンプ３９
やモータコントローラ２５の有無は問わない。また、タ
ーゲット５０の数も特に限定しないが、２個以上設ける
場合には、全てのターゲット５０が同時に回転筒体１０
の互いに異なる境界線１５に正対するように配置すれば
よい。

【００２０】（第２実施例）本発明に係る薄膜形成方法
及び薄膜形成装置の第２実施例を、図１を参考にして、
説明する。なお、第１実施例と同一の点等についてはそ
の説明を省略する。第２実施例における薄膜形成装置が
第１実施例の装置１と異なるのは、以下の二点である。

【００２１】すなわち、第１点は、回転筒体１０の側面
の各境界線１５に対応する各スリット３６が少し回転方
向に対して先行するようにずれていて、回転筒体１０の
側面の一境界線１５がターゲット５０の中心５０ａに近
づいた時に、その境界線１５に対応するスリット３６と
発光部と受光部とが丁度一直線上に並ぶようになってい
ることである。第２点は、受光部において発光部からの
光を検出したことに基づく信号が制御装置４０に入力し
た時に、制御装置４０からモータ２０の駆動電流を小さ
くする制御命令が出力されるようになっていることであ
る。つまり、境界線１５がターゲット５０の中心５０ａ
に近づいた時に回転筒体１０の回転を遅くし、低速状態
で境界線１５が中心５０ａとの正対位置を通過してさら
に遠ざかる時に制御装置４０から制御命令が出力され
て、再び元の回転速度に戻るようになっている。

【００２２】低速状態から元の速さに戻すタイミングに
付いては、上記第１実施例と同様に、制御装置４０にお
けるタイマーを利用してもよいし、検出板３５にそのタ
イミングを検出するためのスリットを上記スリット３６
とは別に設けてもよい。或は、スリット３６を円弧状に
設け、センサ３０で受光している間中低速状態が保持さ
れ、それ以外の時には元の速さとなるようにしてもよ
い。

【００２３】この第２実施例によっても、上記第１実施
例と同様に、膜厚均一性が著しく改善されるのは勿論で
ある。

【００２４】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、本発明は上記実施例に
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。例えば、セ
ンサ３０により回転筒体１０の回転量を検出する代わり
に、センサを用いずに制御装置４０におけるタイマーを
利用して、モータ２０の回転・停止又は加速・減速のタ
イミングを時間的に割り出してもよい。また、本発明
は、バイアススパッタ法に限らず、スパッタ源や蒸着源
を有するドラム型回転タイプの薄膜形成装置にも適用可
能である。

【００２５】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
装置の製造技術について説明したが、この発明はそれに
限定されるものではなく、薄膜の形成技術一般に利用す
ることができる。

【００２６】

【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下記
のとおりである。すなわち、従来に較べてウェハエッジ
部における膜形成が促進されるので、エッジ部における
膜厚がウェハ中心部における膜厚よりも小さくなるのが
抑制され、回転方向の膜厚の均一性がよくなる。従っ
て、半導体ウェハ上に薄膜を形成するにあたって、膜形
成装置の小型化及び高スループット化を図ることがで
き、さらに成膜した半導体ウェハの歩留りの向上も図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成装置の一例を示す概略構
成図である。

【図２】本発明に係る薄膜形成方法における回転筒体の
動きの一例を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 薄膜形成装置 ２ 半導体ウェハ １５ 境界線（隣り合う半導体ウェハ同士の間部分） １０ 回転筒体 ２０ モータ ３０ センサ ４０ 制御装置 ５０ ターゲット ５０ａ ターゲットの中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹部 俊二 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その側面の一部がターゲットに対向させ
   られてなる回転筒体の側面に複数の半導体ウェハを、回
   転方向に相互に離した状態で並べて取り付け、前記回転
   筒体をその中心軸線を回転軸として回転させながら半導
   体ウェハの表面上に薄膜を形成するにあたり、隣り合う
   半導体ウェハ同士の間部分が前記ターゲットの中心に正
   対した時に回転筒体の回転を一旦停止させるか、又はそ
   の間部分が前記ターゲットの中心との正対位置を通過す
   る時に回転筒体の回転速度を一旦低下させることを特徴
   とする薄膜形成方法。
2. 【請求項２】 側面に複数の半導体ウェハを回転方向に
   相互に離した状態で並べて取付け可能な回転筒体と、該
   回転筒体の側面の一部に対向させられてなるターゲット
   と、前記回転筒体をその中心軸線を回転軸として回転可
   能にさせるモータと、前記回転筒体の回転量を検出する
   センサと、該センサからの検出信号に基づいて前記モー
   タの駆動制御を行なう制御装置とを備えてなる薄膜形成
   装置であって、上記モータは、上記回転筒体の側面に取
   り付けられた複数の半導体ウェハのうち隣り合う半導体
   ウェハ同士の間部分が上記ターゲットの中心に正対した
   時に一旦停止するか、又はその間部分が前記ターゲット
   の中心との正対位置を通過する時に回転速度が一旦低下
   するように駆動制御されていることを特徴とする薄膜形
   成装置。