JPH07252655A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スパッタリングによる薄膜形成において、ター
ゲットの消耗にかかわらず略一定の品質の薄膜を形成す
るための薄膜形成装置を提供する。 【構成】薄膜材料からなるターゲット３と、該ターゲッ
ト３に対向する基板１とを配設し、放電を利用して該基
板１上に薄膜３ａを形成する薄膜形成装置において、上
記ターゲット３と基板１との間の距離を変更し得るよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜形成装置に係り、特
に半導体装置の製造に使用する薄膜を、放電を利用する
スパッタリングによって基板上に形成するための薄膜形
成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造や光ディス
ク、磁気ディスク、更にはハードディスク等のディスク
の製造ではシリコンウェハーその他の半導体ウェハーや
金属板、硝子板、更には合成樹脂からなる基板の表面
に、スパッタリングや蒸着、又はＣＶＤ法によって薄膜
を形成することが頻繁に行われている。この薄膜形成工
程においては、基板は真空装置内又は大気圧の下で基板
支持装置により支持され、スパッタリングターゲットや
蒸着装置の蒸発源と対向して配置される。

【０００３】上述した薄膜形成に使用する薄膜形成装置
の従来の一例として、図５にマグネトロン型スパッタリ
ング装置の構成図を示した。このマグネトロン型スパッ
タリング装置はウェハー１を設置するための基板ホルダ
ー２とこの基板ホルダー２と対向して配置され、薄膜材
料のターゲット３が設置される上部電極４とで主に構成
される。図中１０は薄膜形成室としてのチャンバーを示
す。このスパッタリング薄膜形成装置では、スパッタリ
ング作用を発生させるガスがガス導入口５からチャンバ
ー１０内に導入され、図示されない排気装置により排気
口６から排気される。上部電極４の内部にはマグネット
７が設置されており、上部電極４に高周波電源８により
高周波を印加することによって、電場と磁場の相互作用
によりマグネトロン放電が発生しターゲット３がスパッ
タされ、基板ホルダー２上に設置されているウェハー１
上にターゲット材料３の薄膜３ａが形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このタイプのスパッタ
リング装置においては、スパッタ処理枚数が増加するに
つれ、ターゲットの消耗も多くなりターゲット３の厚さ
が減少し、ターゲット３の材料表面と基板ホルダー２と
の間の距離が増大することによってウェハー１上に到達
する薄膜材料が減少し、図６に示した関係のように薄膜
形成速度が低下するという問題が発生する。ウェハー１
上への薄膜形成速度が低下すると処理能力が低下し、延
ては半導体装置を生産する上でコストアップにつなが
る。

【０００５】この問題は、薄膜形成速度が低下する前ま
ではスパッタリングパワーをアップすることによって解
決できる。すなわち、スパッタリングターゲットの消耗
に伴い、パワーを順次アップさせることにより薄膜形成
速度を一定に保つことは可能である。しかしながら基板
ホルダーの温度を一定にしていても、スパッタリングパ
ワーアップに伴いウェハーの表面温度は上昇し、形成さ
れる薄膜の材料の均一性を一定に保つのは困難であっ
た。

【０００６】上記課題を考慮して本発明はスパッタリン
グによる薄膜形成において、ターゲットの消耗にかかわ
らず、略一定の品質の薄膜を形成するための薄膜形成装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項１に係る薄膜形成装置は、薄膜材料から
なるターゲットと、該ターゲットに対向する基板とを配
設し、放電を利用して該基板上に薄膜を形成する薄膜形
成装置において、上記ターゲットと基板との間の距離を
変更し得るようにしたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明の請求項２に係る薄膜形成装
置は請求項１において、薄膜形成時の上記ターゲットの
消耗に対応して上記ターゲットと基板との間の距離を短
縮することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の請求項３に係る薄膜形成装
置は請求項１において、薄膜形成時の放電を行う積算電
力に対応して上記ターゲットと基板との間の距離を短縮
することを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項４に係る薄膜形成装置は、
上記基板を載置する基板ホルダーを可動とすることによ
って上記ターゲットと基板との間の距離を変更すること
を特徴とする。

【００１１】更にまた、本発明の請求項５に係る薄膜形
成装置は、上記ターゲットを可動とすることによって該
ターゲットと基板との間の距離を変更することを特徴と
する。

【００１２】

【作用】本発明によれば、図１に示すように基板として
のウェハー１が基板ホルダー２に接続された可動装置９
ａによって可動となっている。そのため、ターゲットの
消耗に対応してターゲット３とウェハー１の間の距離を
短縮するようにすれば、図４に示すように相対薄膜形成
速度は一定となり、ウェハー１上に品質的に均一な薄膜
３ａを得ることができる。

【００１３】また、本発明によれば図２に示すように薄
膜材料からなるターゲット３が上部電極４を介して可動
装置９ｂに接続されている。そのため、上述の場合と同
様にターゲット３の消耗に対応してターゲット３をウェ
ハー１に近づけ形成薄膜の均一性を図ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】実施例１ 図１は本発明の第１実施例としてのマグネトロンスパッ
タリング（薄膜形成）装置を示す構成図である。図１に
示したマグネトロンスパッタリング（薄膜形成）装置で
は、基板としてのウェハー１を設置する基板ホルダー２
に対向するように薄膜材料からなるターゲット３を配し
た上部電極４が従来と同様に設置されている。本第１実
施例では、ウェハー１を保持する基板ホルダー２には可
動装置９ａが接続されており、基板ホルダー１の上下の
移動を可能にしている。図中１０は薄膜形成室としての
チャンバーである。

【００１６】薄膜を形成する際、スパッタリング作用を
有するアルゴン（Ａｒ）ガスをガス導入口５からチャン
バー１０内に導入する。他方排気装置（図示せず）を用
いて排気口６から排気し、チャンバー１０内の圧力を減
圧に維持する。上部電極４にはマグネット７が設けら
れ、Ａｒの放電を行う。

【００１７】上部電極４の上方に配置された高周波電源
８を用いて、高周波を上部電極４に印加することにより
チャンバー１０内のＡｒガスの放電が発生し、マグネト
ロン放電によりターゲット材料３がスパッタされ、対向
しているウェハー１上に薄膜３ａが形成される。

【００１８】図３はスパッタリング時の従来装置での積
算電力と薄膜形成速度の関係を示す図である。図３に示
すように、スパッタリング時の積算電力が増大するにつ
れ、薄膜形成速度は低下する。スパッタリングの積算電
力とはスパッタ作用を行っている時の電力の積算であ
り、本例ではターゲット材料の消耗を表している。従来
のスパッタ装置では、前に説明したようにターゲットが
消耗するにつれ、ターゲット表面とウェハー表面との間
の距離が増大し、相対的な薄膜形成速度は低下してい
た。

【００１９】本第１実施例では、上述したように基板ホ
ルダー２が可動装置９ａにより可動式となっている。そ
のため、ターゲット３の表面とウェハー１の表面との間
の距離を調整することができる。本第１実施例では、タ
ーゲットの消耗によりターゲット３の表面とウェハー１
の表面との間の距離が増大するのに伴う薄膜形成速度低
下を防止するため、スパッタリングの積算電力が増大す
るにつれ基板ホルダー２を上昇させて（方向Ａ）ウェハ
ーとターゲット間の距離を縮小させる。

【００２０】このようにして本実施例では、図４に示す
ように、スパッタリング時の積算電力が増大するにつれ
てウェハー１とターゲット３の距離を縮小することによ
りターゲットが消耗してもスパッタリングパワーを増大
することなく、薄膜形成速度を一定にすることが可能と
なり、基板の温度も一定にすることが可能になった。

【００２１】実施例２ 図２は、本発明の第２実施例としてのマグネトロンスパ
ッタリング（薄膜形成）装置を示す構成図である。本第
２実施例の構成は、第１実施例の基板ホルダー２を可動
式とした構成の代わりにスパッタリングターゲット３を
可動式にした以外は第１実施例と同様である。従って、
図１に示した要素と同一の要素は図２においても同一符
号で示す。

【００２２】本第２実施例の薄膜形成装置はウェハー１
を設置する基板ホルダー２に対向するようにターゲット
３を配した上部電極４が設置されており、上部電極４は
この上部電極４に接続された可動装置９ｂによって可動
式となっている。この上部電極４を上下することによ
り、ウェハー１とターゲット３の表面間の距離を変更す
ることが可能となっている。スパッタリング作用を有す
るＡｒガスをガス導入口５からチャンバー１０内に導入
し、排気装置により減圧に維持されている。高周波電源
８を用いて高周波を上部電極４に印加することによりＡ
ｒガスの放電が発生し、マグネトロン放電によりターゲ
ット材料３がスパッタされ、対向しているウェハー１上
に薄膜３ａが形成される。スパッタの積算電力が増大す
ると、ターゲット表面とウェハー表面との間の距離が増
大し薄膜形成速度が低下するが、本実施例ではそれに応
じて可動装置９ｂを用いて上部電極４を下降させ、スパ
ッタレートが同一になるようにターゲット表面とウェハ
ー表面の距離を調整した。

【００２３】本第２実施例ではターゲットが消耗した
分、上部電極を下降（矢印Ｂ）させることによって、タ
ーゲットとウェハー間の距離を一定にし、ほぼ薄膜形成
速度を一定にすることが可能となった。本第２実施例で
はターゲットが消耗した状態を放電の積算電力で代表
し、上部電極４の位置を下降させたが、予め積算電力と
電極の動作量との相関データを取ることによってより薄
膜形成速度を一定にすることも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればス
パッタリング薄膜形成工程において薄膜形成に伴うター
ゲットの消耗があっても、ターゲット３とウェハー１と
の間の距離を略一定にすることができる。その結果、薄
膜形成速度を一定にでき、生産能率の低下を防止するこ
とができる。

【００２５】更に又、本発明によればターゲット消耗に
よる薄膜形成速度の低下を防止するため、スパッタリン
グパワーを上昇させる必要がない。そのため基板に対す
る放電による軸射熱を一定に維持でき、一定品質の薄膜
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスパッタリング薄膜形成装置の第
１実施例を示す構成図である。

【図２】本発明に係るスパッタリング薄膜形成装置の第
２実施例を示す構成図である。

【図３】従来装置での積算電力を相対薄膜形成速度の関
係を示す図である。

【図４】本発明における積算電力と相対薄膜形成速度の
関係を示す図である。

【図５】従来のスパッタリング薄膜形成装置の構成図で
ある。

【図６】従来装置でのウェハーとターゲット間の距離に
対する相対薄膜形成速度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ ウェハー ２ 基板ホルダー ３ ターゲット ３ａ 薄膜 ４ 上部電極 ５ ガス導入口 ６ 排気口 ７ マグネット ８ 高周波電源 ９ 可動装置 １０ チャンバー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜材料からなるターゲットと、該ター
   ゲットに対向する基板とを配設し、放電を利用して該基
   板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、 上記ターゲットと基板との間の距離を変更し得るように
   したことを特徴とする薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 薄膜形成時の上記ターゲットの消耗に対
   応して上記ターゲットと基板との間の距離を短縮するこ
   とを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 【請求項３】 薄膜形成時の放電を行う積算電力に対応
   して上記ターゲットと基板との間の距離を短縮すること
   を特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
4. 【請求項４】 上記基板を載置する基板ホルダーを可動
   とすることによって上記ターゲットと基板との間の距離
   を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   に記載の薄膜形成装置。
5. 【請求項５】 上記ターゲットを可動とすることによっ
   て該ターゲットと基板との間の距離を変更することを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の薄膜形成装
   置。