JPH0718433A - Ｉｃｐスパッタリング処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＣＰにより高密度プラズマを得て，このプ
ラズマによりスパッタリングを行うＩＣＰによるスパッ
タリング処理装置を提供する。 【構成】 真空容器２内に高周波電場を誘起させるため
のアンテナ３が真空容器２内に配設され，尚且つアンテ
ナ３がターゲット材を兼ねて構成される。アンテナ形状
を単純な形状に形成してもＩＣＰによるプラズマ発生に
は問題なく，単純形状であるため真空容器２内に配設す
ることができる。同時にアンテナ形状をターゲット材に
適した形状に形成することによってターゲット材を兼ね
たアンテナ３として，発生させるプラズマ内にアンテナ
３とターゲット材とが配設された構成がなされる。アン
テナが真空容器内に配設されるため，従来の真空容器外
からの誘導結合による構成の場合に生じる高周波カット
オフの発生はなく，安定したスパッタリング処理が実施
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，半導体製造プロセスに
おける成膜等の処理に供されるスパッタリング処理装置
に係り，詳しくは，ＩＣＰ（Inductively Coupled Plas
ma）により真空容器内に発生させたプラズマによりスパ
ッタリング処理を行うＩＣＰスパッタリング処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属薄膜を被処理物上に形成させる等の
有効な手段としてスパッタリング処理が広く用いられて
いる。スパッタリング処理を行うためのプラズマを得る
手段として，その装置が比較的簡易なＤＣ放電によるプ
ラズマ処理装置から，強力な磁場とマイクロ波を用いた
装置規模の大きなＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プ
ラズマ処理装置まで様々な手段が採用される。半導体集
積回路の製造では，高集積化が要求される一方で低価格
化が求められ，より効率的に細密な処理ができるプラズ
マ処理装置の開発が待たれている。スパッタリング処理
を行うためのプラズマ処理装置として，現在用いられて
いるＤＣ放電によるプラズマ処理装置は，装置価格が安
価である利点があるもののプラズマの電子密度が低く，
従ってスパッタリング処理速度が遅い問題がある。そこ
で，高密度プラズマが得られるスパッタリング処理装置
として，平行平板型高周波プラズマ，ＥＣＲプラズマ，
ヘリコン波プラズマ等を利用した装置が開発されてい
る。しかしながら，上記従来技術になる高密度プラズマ
を利用したスパッタリング装置は，それぞれに課題を抱
えている。例えば，ＥＣＲプラズマによるスパッタリン
グ処理装置では，処理装置内にマイクロ波を導入するた
めのマイクロ波導入窓にスパッタ粒子が付着するため，
導電体膜を形成する処理を行った場合に，マイクロ波の
導入が阻害される問題点が生じる。又，高磁場を必要と
するため，装置規模が大きく高価格の装置となる問題点
もある。そこで，本願発明者らは，装置構成が比較的簡
単で高密度のプラズマが得られるプラズマ発生の一手段
としてＩＣＰに着目した。このＩＣＰは，円筒状に形成
された石英管による真空容器の外周にコイル状に巻きつ
けたアンテナに高周波電力を供給して，真空容器内に高
周波電場を形成させることにより，真空容器内に導入し
た処理ガスをプラズマ化させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来技術になるＩＣＰによるプラズマ発生手段では，プラ
ズマの発生がアンテナ近傍に限られるため，プラズマ密
度に偏りがあって大口径のプラズマが得られず，大口径
の半導体ウェハーの処理には利用できない問題点があっ
た。又，スパッタリング処理を行ったとき，真空容器内
面にスパッタ粒子が堆積することによる真空容器内への
高周波カットオフの問題点もあった。本願発明者らは真
空容器内に高周波電場を誘起させるアンテナの形状を改
良することによって大口径のプラズマ発生が可能となる
ことに注目して，アンテナの形状及び配設位置を改良す
ることによって上記問題点の解決を図り，本発明をなす
に到った。従って，本発明の目的とするところは，ＩＣ
Ｐにより高密度プラズマを得て，このプラズマによりス
パッタリングを行うＩＣＰスパッタリング処理装置を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は，アンテナから真空容器内に
印加される高周波電力により上記真空容器内に高周波電
場を誘起させ，上記真空容器内に導入された処理ガスを
上記高周波電場によりプラズマ化し，該プラズマにより
生成されたイオンによりバイアス電圧が印加されたター
ゲット材をスパッタリングし，生成されたスパッタ粒子
により上記真空容器内に配置された試料上に薄膜堆積を
行うＩＣＰスパッタリング処理装置において，上記アン
テナが上記ターゲット材で形成され，且つ該アンテナが
上記真空容器内のプラズマ発生領域に上記分解生成物と
接触可能の状態で配設されてなることを特徴とするＩＣ
Ｐスパッタリング処理装置として構成される。

【０００５】

【作用】本発明によれば，ＩＣＰにおいて真空容器内に
高周波電場を誘起させるためのアンテナが真空容器内に
配設され，尚且つアンテナがターゲット材を兼ねて構成
される。アンテナ形状を単純な形状に形成してもＩＣＰ
によるプラズマ発生には問題なく，単純形状であるため
真空容器内に配設することができる。同時にアンテナ形
状をターゲット材に適した形状に形成することによって
ターゲット材を兼ねたアンテナとして，発生させるプラ
ズマ内にアンテナとターゲット材とが配設された構成が
なされる。アンテナが真空容器内に配設されるため，従
来の真空容器外からの誘導結合による構成の場合に生じ
る高周波カットオフの発生はなく，安定したスパッタリ
ング処理が実施できる。

【０００６】

【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明
の技術的範囲を限定するものではない。ここに，図１は
本発明の第１実施例に係るＩＣＰによるスパッタリング
処理装置の構成を示す模式図，図２は本発明の第２実施
例に係るＩＣＰによるスパッタリング処理装置の構成を
示す模式図，図３は実施例に係るアンテナの各種形状例
を示す模式図，図４は実施例装置をインライン型に構成
した場合の模式図である。図１において，第１実施例に
係るスパッタリング処理装置１は，内径３００mmの円筒
状に形成された真空容器２内に，ターゲット材を直径１
００mmの１回巻きループに形成したアンテナ３を配設し
て構成される。上記真空容器２には，図示しない真空排
気装置に接続された排気ポート５と，真空容器２内に処
理ガスを導入するためのガス導入ポート４とが設けら
れ，スパッタリング処理を行う試料９を保持して配設位
置移動可能に構成された試料台６が配設されている。
又，アンテナ３には，高周波電源８が接続されると共
に，ターゲット材を兼ねるアンテナ３に直流バイアスを
印加するためのバイアス電源７が接続される。可変コン
デンサ１０，１１，１２はアンテナ３への高周波電力供
給のマッチング回路を形成すると共に直流阻止回路を構
成している。尚，図示しないが，アンテナ３は中空構造
に形成され水冷構造として構成される。又，図示は省略
しているが真空容器２の絶縁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
は，表面に堆積する金属膜によって電気的に導通しない
よう，絶縁部が容器内から死角位置になる構造に形成さ
れる。

【０００７】ここで，ＩＣＰによるプラズマ生成及びス
パッタリングのプロセスを上記構成に適用して説明す
る。真空容器２内のアンテナ３に高周波電力が印加され
ると，真空容器２内に高周波電場が誘起される。該高周
波電場により，真空容器２内に導入された処理ガスから
自然放射線等によって発生した電子が加速され，中性原
子に衝突することにより該中性原子をイオン化してイオ
ンと電子を生成し，初期プラズマを発生させる。イオン
化によって生成された電子は，更に高周波電場による加
速を繰り返してイオン化を維持する。このような過程が
繰り返されることによってプラズマ密度が上昇し，プラ
ズマ内の電子の移動速度が上昇して高周波電場に追従で
きる速度に上昇した後は，アンテナ３近傍のプラズマ表
面で高周波電場を中和するような電子の運動により，高
周波はプラズマ内を伝播できなくなり，アンテナ３近傍
の電子のみが高周波エネルギーを得て，更に高密度のプ
ラズマを生成し，プラズマ内部に拡散する。従って，ア
ンテナ３の近傍で高いプラズマ密度が得られる。プラズ
マによって生成された処理ガスのイオンは，ターゲット
材であるアンテナに印加されるバイアス電圧により吸引
加速されてアンテナ３に衝突し，イオンの運動エネルギ
ーをターゲット材の金属結晶格子に伝え，金属結晶格子
の結合エネルギーを上回るエネルギーが与えられること
により金属粒子がターゲット材表面から飛び出す。この
金属粒子は真空容器２内に配置された試料９の表面に到
達して，表面で少量移動した後，安定した位置で金属結
晶を再形成して試料９の表面に金属材料を薄膜形成す
る。上記プロセスに示すように，ターゲット材を兼ねた
アンテナ３が真空容器２内に配設されるので，プラズマ
密度の高い領域がターゲット材の近傍に形成され，スパ
ッタリングが効率よくなされると共に，従来技術になる
ＩＣＰの問題点であったスパッタ粒子の容器壁面への堆
積による高周波カットオフは解消される。

【０００８】上記構成により直径１５０mmのシリコンウ
ェハーを試料９として，この表面にアルミニウム薄膜を
形成するスパッタリング処理を行った実施例成果につい
て以下に説明する。試料９を試料台６上に載置して，試
料９がアンテナ３から２００mm離れた位置に配置される
よう試料台６の位置を調節して，真空容器２内にアルゴ
ンガス（Ａｒ）を導入し５×１０^-3Ｔｏｒｒでプラズマ
を発生させた。アンテナ３はターゲット材とするため
１．５％のシリコン（Ｓｉ）を含有したアルミニウム
（Ａｌ）で形成し，高周波電源８から高周波電力５００
Ｗを供給すると共に，バイアス電源７から−６００Ｖの
負電圧を印加した。このときのプラズマ中の電子密度は
１×１０¹²／ｃｍ³ で，試料９上に８００ｎｍ／ｍｉｎ
のＡｌ堆積がなされた。又，このときの堆積速度均一性
はプラスマイナス１０％であった。上記アンテナ３は，
プラズマ生成及びターゲット材としての作用を考慮し
て，図３に示すような多様な形状で構成することができ
る。例えば，図３（ｃ）に示すような円盤状の形態のア
ンテナにより，上記条件のスパッタリング処理を行った
とき，Φ１５０mmシリコンウェハーの試料９上に８００
ｎｍ／ｍｉｎのＡｌ堆積ができ，堆積速度均一性はプラ
スマイナス６％であった。図２に示す構成は，複数の試
料に対して同時にスパッタリング処理を行う第２実施例
の構成である。尚，第１実施例構成と共通する構成要素
には同一の符号を付して，その説明は省略する。図２に
おいて，真空容器２ａ内にはターゲット材を兼ねるアン
テナ３を中心として，試料台６ａ，６ｂが配設され，そ
れぞれ試料９ａ，９ｂを保持して構成される。上記によ
うに，真空容器内に複数の試料を配置できるように構成
することによって，スパッタリング処理の処理工程を効
率化することができる。又，図４に概略図示するよう
に，直線状に構成されたアンテナ３ｄが配設された真空
容器内に連続的に試料９を搬送し，スパッタリング処理
をインラインで実施することもできる。以上説明した実
施例では，シリコンウェハーの表面にアルミニウムの薄
膜を形成するスパッタリング処理の例を示したが，ター
ゲットを兼ねるアンテナ３の材質を変更し，処理ガスを
変更することによって，材質の異なる薄膜形成を行うス
パッタリング処理及び反応性スパッタリングを実施する
ことができる。

【０００９】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，ＩＣ
Ｐにおいて真空容器内に高周波電場を誘起させるための
アンテナが真空容器内に配設され，尚且つアンテナがタ
ーゲット材を兼ねて構成される。アンテナ形状を単純な
形状に形成してもＩＣＰによるプラズマ発生には問題な
く，単純形状であるため真空容器内に配設することがで
きる。同時にアンテナ形状をターゲット材に適した形状
に形成することによってターゲット材を兼ねたアンテナ
として，発生させるプラズマ内にアンテナとターゲット
材とが配設された構成がなされる。アンテナが真空容器
内に配設されるため，従来の真空容器外からの誘導結合
による構成の場合に生じる高周波カットオフの発生はな
く，安定したスパッタリング処理が実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係るＩＣＰによるスパ
ッタリング処理装置の構成を示す模式図。

【図２】 本発明の第２実施例に係るＩＣＰによるスパ
ッタリング処理装置の構成を示す模式図。

【図３】 実施例に係るアンテナ形状の例を示す模式
図。

【図４】 実施例に係る構成をインラインに構成した例
を示す模式図。

【符号の説明】

１，１５…スパッタリング処理装置 ２，２ａ…真空容器 ３…アンテナ（ターゲット材） ４…ガス導入ポート ５…ガス排気ポート ６，６ａ，６ｂ…試料台 ７…バイアス電源 ８…高周波電源 ９，９ａ，９ｂ…試料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナから真空容器内に印加される高
   周波電力により上記真空容器内に高周波電場を誘起さ
   せ，上記真空容器内に導入された処理ガスを上記高周波
   電場によりプラズマ化し，該プラズマにより生成された
   イオンによりバイアス電圧が印加されたターゲット材を
   スパッタリングし，生成されたスパッタ粒子により上記
   真空容器内に配置された試料上に薄膜堆積を行うＩＣＰ
   スパッタリング処理装置において，上記アンテナが上記
   ターゲット材で形成され，且つ該アンテナが上記真空容
   器内のプラズマ発生領域に上記イオンと接触可能の状態
   で配設されてなることを特徴とするＩＣＰスパッタリン
   グ処理装置。