JPH0790575A - Sputtering film forming device, method for forming plural-layer film and device therefor - Google Patents

Sputtering film forming device, method for forming plural-layer film and device therefor

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JPH0790575A
JPH0790575A JP22737793A JP22737793A JPH0790575A JP H0790575 A JPH0790575 A JP H0790575A JP 22737793 A JP22737793 A JP 22737793A JP 22737793 A JP22737793 A JP 22737793A JP H0790575 A JPH0790575 A JP H0790575A
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JP
Japan
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sputtering
target
film
electrode
substrate
Prior art date
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JP22737793A
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Japanese (ja)
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Hideaki Shimamura
英昭 島村
Hide Kobayashi
秀 小林
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To surely improve the traveling of a sputtered grain in a straight line by specifying the gas pressure in a sputtering chamber and allowing a sputtering electrode to generate an electric discharge within the limits of the gas pressure. CONSTITUTION:This sputtering film forming device is provided with a sputtering electrode 11, a target 15 to be sputtered by the electrode and a substrate 13 opposed to the target and on which a film is formed by depositing the sputtered grain at a desired position. A directional filter 12 is furnished between the target 15 and substrate 13 to direct the sputtered grain. These members are placed in a sputtering chamber 1. The chamber 1 is kept at a specified sputtering gas pressure by a gas introducing means 17. The gas pressure in the chamber 1 is controlled to 1X10<-5> to 10<-2>Torr to allow the electrode 11 to generate an electric discharge within the limits of the gas pressure. As a result, a component to be adhered to the filter is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングにより
半導体ウエハのコンタクトホール部に所定の厚みで成膜
するスパッタ成膜装置、及びそのスパッタ成膜装置を利
用して複数層を効率的に成膜する複数層成膜方法並びに
その装置に係り、特にスパッタ粒子(成膜粒子)に指向
性を付与するフィルタ部材を有するものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering film forming apparatus for forming a film with a predetermined thickness on a contact hole of a semiconductor wafer by sputtering, and to efficiently form a plurality of layers using the sputtering film forming apparatus. The present invention relates to a multi-layer film forming method and an apparatus therefor, and more particularly to a device having a filter member that imparts directivity to sputtered particles (film-forming particles).

【0002】[0002]

【従来の技術】64MbDRAM以降の配線形成工程で
は図12に示すように、CVDタングステンの配線膜3
1が多用されるが、その配線膜31の下地膜としてはタ
ングステン膜32がスパッタリング法によって形成され
ている。このスパッタリングによるタングステン膜32
はウエハに対し、直角に凹んでいてかつ深さのある急峻
な形状のスルーホール33の底部に均一に形成される必
要がある。このため、従来のスパッタ装置では、ウエハ
とスパッタターゲットとの間にフィルタが設けられ、該
フィルタをスパッタ粒子が通過することにより、スパッ
タ粒子に指向性が付与され、結果的にスパッタ粒子がス
ルーホール33の底部は勿論、その側壁にも均一に付着
して下地膜として一様な成膜を得るようにしたものがあ
る。この場合、スパッタ電極としては、比較的低電圧で
高電力を投入できることから早い成膜速度が得られ、加
えてウエハ内での高い膜厚均一性を得ることのできるプ
レーナマグネトロン型が一般的に用いられている。この
電極では安定したプラズマ動作を得るためのガス圧とし
てmTorrオーダの不活性ガス圧力(例えばArガ
ス)が必要である。
2. Description of the Related Art In a wiring forming process for a 64 Mb DRAM and thereafter, as shown in FIG.
1 is often used, but a tungsten film 32 is formed by a sputtering method as a base film of the wiring film 31. Tungsten film 32 formed by this sputtering
Must be uniformly formed at the bottom of the through hole 33 having a steep shape that is recessed at right angles to the wafer and has a depth. For this reason, in the conventional sputtering apparatus, a filter is provided between the wafer and the sputter target, and the sputtered particles pass through the filter to give directivity to the sputtered particles. There is one in which 33 is uniformly attached not only to the bottom portion but also to the side wall thereof to obtain a uniform film as a base film. In this case, as the sputter electrode, a planar magnetron type is generally used, which can obtain a high film formation rate because a high power can be applied at a relatively low voltage and can also obtain a high film thickness uniformity in the wafer. It is used. This electrode requires an inert gas pressure (for example, Ar gas) of the order of mTorr as a gas pressure for obtaining stable plasma operation.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
スパッタ成膜装置では、スパッタ粒子に指向性を付与す
るフィルタを用いた場合、スパッタ粒子のフィルタに対
する付着が著しくなり、そのため、フィルタ無しの場合
に比較すると、成膜速度が1/10以下に低下する問題
がある。即ち換言すれば、スパッタ粒子の9/10がフ
ィルタに付着していることとなる。また、フィルタに付
着したスパッタ粒子が剥離し、その剥離によってウエハ
に異物として発生するので、歩留まりの低下を招く問題
がある。この問題を解消しようとすると、異物の発生度
合いがある基準値を越えた場合、フィルタを交換した
り、メンテナンスする必要がある。しかし、交換やメン
テナンスしても、その度に装置が停止することとなって
しまうので、装置の稼働率がそれだけ低下し、結果的に
生産性が著しく低下する問題がある。
By the way, in the sputter film forming apparatus described above, when a filter for giving directivity to sputtered particles is used, the sputtered particles are significantly attached to the filter. There is a problem that the film forming rate is reduced to 1/10 or less as compared with the above. That is, in other words, 9/10 of the sputtered particles are attached to the filter. Further, the sputtered particles attached to the filter are peeled off and are generated as foreign matter on the wafer due to the peeling off, which causes a problem of lowering the yield. In order to solve this problem, when the degree of foreign matter generation exceeds a certain reference value, it is necessary to replace the filter or perform maintenance. However, even if the device is replaced or maintained, the device will be stopped each time, so that there is a problem that the operating rate of the device is reduced by that much, and as a result, the productivity is significantly reduced.

【0004】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、指向性フィルタを用いてあっても、成膜速度が低
下するのを抑えると共に、生産性が低下するのも防止し
得るスパッタ成膜装置を提供することにあり、他の目的
は、スパッタリングによる下地膜とその上に形成される
CVD膜とを良好な状態で確実に成膜し得る複数層成膜
方法を提供することにあり、さらに他の目的は、上記方
法を的確に実施し得る複数層成膜装置を提供することに
ある。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to suppress the reduction of the film forming rate and to prevent the productivity from being reduced even if a directional filter is used. Another object of the present invention is to provide a film forming apparatus, and another object of the present invention is to provide a multi-layer film forming method capable of surely forming a base film by sputtering and a CVD film formed thereon in a good state. And, it is still another object to provide a multi-layer film forming apparatus capable of accurately implementing the above method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ成膜装
置においては、スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極,ターゲット,成膜対象基板,指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、1×10-5〜10-3
Torrにすると共に、前記スパッタ電極がそのガス圧
の範囲内で放電し得るように構成している。
In a sputtering film forming apparatus of the present invention, a sputter electrode, a target on which sputtered particles fly by the sputter electrode, and a position facing the target are provided, and the sputtered particle is placed at a desired position. Target substrate for depositing and depositing a film, a directional filter installed between the target and the target substrate for imparting directivity to sputtered particles from the target, the sputter electrodes, the target, and the target substrate for film deposition A sputtering chamber for accommodating each of the directional filters and a gas introduction unit for maintaining the inside of the sputtering chamber at a predetermined sputtering gas pressure, and the gas pressure in the sputtering chamber is 1 × 10 -5 to 10 -3.
The pressure is set to Torr, and the sputtering electrode is configured to be capable of discharging within the range of its gas pressure.

【0006】[0006]

【作用】本発明では、上述の如く、スパッタガス圧を1
×10-5〜10-3Torrにし、プレーナマグネトロン
スパッタ電極のときより低い圧にしてるので、該ガス圧
の分子の平均自由工程が長くなり、そのため、スパッタ
粒子が指向性フィルタを通過する前は勿論の他、その通
過時や通過後においてもガスの分子と衝突するのを防ぎ
得る。特に指向性フィルタによって揃えられたスパッタ
粒子が、スパッタガス圧の分子と衝突するのを防止し得
る。即ち、指向性フィルタを通過したスパッタ粒子は、
スパッタガスの分子によって散乱されることが殆どない
ので、スパッタガス圧が高い場合に比較すると、スパッ
タ粒子の直進性が確実に向上でき、ターゲットから成膜
対象基板まで直線的に飛翔する成分が多くなり、しかも
指向性フィルタに付着する成分を低減することができ
る。
In the present invention, the sputter gas pressure is set to 1 as described above.
Since the pressure is set to × 10 -5 to 10 -3 Torr and lower than that of the planar magnetron sputter electrode, the mean free path of the molecules of the gas pressure becomes longer, so that before the sputtered particles pass through the directional filter, of course. In addition, it can prevent collision with gas molecules during or after the passage. In particular, it is possible to prevent the sputtered particles aligned by the directional filter from colliding with the molecules of the sputter gas pressure. That is, the sputtered particles that have passed through the directional filter are
Since it is rarely scattered by the molecules of the sputter gas, compared to when the sputter gas pressure is high, the straightness of the sputter particles can be reliably improved, and many components fly straight from the target to the film formation target substrate. In addition, the component attached to the directional filter can be reduced.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図10によ
り説明する。図1乃至図4は本発明によるスパッタ成膜
装置の第一の実施例を示す。図1及び図2に示す実施例
のスパッタ成膜装置は、スパッタ電極11と、該スパッ
タ電極11によってスパッタリングされるターゲット1
5と、成膜対象基板として例えば64DbRAMなどか
らなるシリコンウエハ13と、該シリコンウエハ13及
びターゲット15間に設置され、スパッタ粒子に指向性
を付与する指向性フィルタ12とを有し、これらがスパ
ッタチェンバ1内の所定位置に配置されている。また、
スパッタチェンバ1には排気ポート16が接続されると
共にガス導入ポート17が接続され、スパッタリングに
際し、図示しない真空排気手段により排気ポート16を
介しスパッタチェンバ1内を高真空引き(約10-7To
rr以下)した後、また図示しないガス供給手段により
ガス導入ポート17を介しスパッタチェンバ1内にAr
ガスを供給し、該スパッタチェンバ内を所定の圧にする
ようにしている。従って、真空排気手段とガス供給手段
とをも有して構成されている。ターゲット15はスパッ
タ電極11の外周側に設置され、タングステンの材質か
らなっている。指向性フィルタ12はスパッタ粒子の飛
翔方向に沿い約1cmの厚みを有し、またスパッタ粒子
が通過する開口部を約1cm角の井桁形状に形成されて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4 show a first embodiment of a sputtering film forming apparatus according to the present invention. The sputter film forming apparatus of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes a sputter electrode 11 and a target 1 sputtered by the sputter electrode 11.
5, a silicon wafer 13 made of, for example, 64 DbRAM or the like as a film formation target substrate, and a directional filter 12 provided between the silicon wafer 13 and the target 15 for imparting directivity to sputter particles. It is arranged at a predetermined position in the chamber 1. Also,
An exhaust port 16 and a gas introduction port 17 are connected to the sputter chamber 1, and at the time of sputtering, the inside of the sputter chamber 1 is evacuated to a high vacuum (about 10 -7 To) by a vacuum exhaust unit (not shown) through the exhaust port 16.
rr) or less) and Ar is introduced into the sputtering chamber 1 through the gas introduction port 17 by a gas supply means (not shown).
A gas is supplied so that the inside of the sputtering chamber has a predetermined pressure. Therefore, it is configured to also have a vacuum exhaust means and a gas supply means. The target 15 is installed on the outer peripheral side of the sputter electrode 11 and is made of a tungsten material. The directional filter 12 has a thickness of about 1 cm along the flight direction of the sputtered particles, and the opening through which the sputtered particles pass is formed in a cross beam shape of about 1 cm square.

【0008】ところで、指向性フィルタ12をウエハ1
3から遠い位置にした場合、スパッタ粒子は指向性フィ
ルタ12を通過してからウエハ13に到達するまでの
間、スパッタガスとの衝突確率が増加するので、スパッ
タ粒子の飛程の指向性が低下する。従って、指向性を低
下させないためには、逆にウエハ13に指向性フィルタ
12を近づけることがわるが、その際、指向性フィルタ
12をウエハ13に近づけ過ぎると、該ウエハに指向性
フィルタ12による影が形成されることによって膜厚分
布の差が発生する。そのため、膜厚分布の均一性を確保
する上では、指向性フィルタ12とウエハ13とターゲ
ット13との位置関係を考慮することが重要である。本
例では、ターゲット15とウエハ13との距離を10c
mとし、また指向性フィルタ12の位置をウエハ13か
ら3cm離して膜厚分布が均一となるようにしている。
By the way, the directional filter 12 is mounted on the wafer 1.
When the position is far from 3, the probability of collision of the sputtered particles with the sputter gas increases after passing through the directional filter 12 and reaching the wafer 13, so that the directivity of the range of the sputtered particles decreases. To do. Therefore, in order not to reduce the directivity, the directional filter 12 may be brought closer to the wafer 13 on the contrary. At that time, if the directional filter 12 is brought too close to the wafer 13, the directional filter 12 may cause the wafer to move. The formation of the shadow causes a difference in film thickness distribution. Therefore, in order to ensure the uniformity of the film thickness distribution, it is important to consider the positional relationship among the directional filter 12, the wafer 13 and the target 13. In this example, the distance between the target 15 and the wafer 13 is 10c.
m and the position of the directional filter 12 is 3 cm away from the wafer 13 so that the film thickness distribution is uniform.

【0009】また、ガス供給手段によるスパッタガス圧
を、プレーナマグネトロンスパッタ電極の場合よりも低
い圧力にすると共に、前記スパッタ電極11を、その低
いスパッタガス圧で放電可能なものに構成している。即
ち、一般に、プラズマ放電の為のガス圧力が低いほど分
子の平均自由工程が長くなり、スパッタ粒子がターゲッ
ト15からウエハ13までの飛行中にガスの分子に衝突
して散乱する確率を低減し得ることから、スパッタ電極
11の放電可能なガス圧として、10-5〜10-3Tor
rにしている。そして、前記スパッタ電極11としては
シリンドリカルマグネトロンタイプのものからなってお
り、プレーナマグネトロンスパッタ電極より低いArガ
ス圧で確実に放電し得る。
Further, the sputtering gas pressure by the gas supply means is set to be lower than that in the case of the planar magnetron sputtering electrode, and the sputtering electrode 11 is configured to be capable of discharging at the low sputtering gas pressure. That is, in general, the lower the gas pressure for plasma discharge is, the longer the mean free path of molecules becomes, and the lower the probability that the sputtered particles collide with the molecules of the gas and fly during the flight from the target 15 to the wafer 13. Therefore, the dischargeable gas pressure of the sputter electrode 11 is 10 −5 to 10 −3 Tor.
It is r. The sputter electrode 11 is of a cylindrical magnetron type and can surely discharge at a lower Ar gas pressure than the planar magnetron sputter electrode.

【0010】このようなスパッタ成膜装置は、スパッタ
チェンバ1内を真空排気手段によって高真空引きされた
後、ガス供給手段により所定圧のArガスをスパッタチ
ェンバ1内に導入し、その雰囲気中でスパッタ電極に直
流電源を投入することによってスパッタリングすると、
ターゲット15からのスパッタ粒子が図1に細線にて示
す矢印の如く飛翔し、その飛翔したスパッタ粒子が指向
性フィルタ12に衝突して付着する一方、指向性フィル
タ12を通過した他のスパッタ粒子が同図に示す如くウ
エハ13に付着し、成膜することとなる。この場合、ス
パッタ粒子は指向性フィルタ12を通過する前,その通
過時、さらに通過後においてガスの分子と衝突すること
によってその飛翔方向が図11に細線にて示す如く散乱
し、成膜速度が著しく低下するおそれがある。しかし実
施例では、上述の如く、Arガス圧を例えば通常のプレ
ーナマグネトロンスパッタ電極のときに比べ低い圧と
し、Arガス圧の分子の平均自由工程が長くなるので、
スパッタ粒子が指向性フィルタ12を通過する前は勿論
の他、その通過時や通過後においてもガスの分子と衝突
するのを防ぎ得、特に指向性フィルタ12によって揃え
られたスパッタ粒子が、Arガス圧の分子と衝突するの
を防止し得る。即ち、指向性フィルタ12を通過したス
パッタ粒子は、Arガスの分子によって散乱されること
が殆どないので、スパッタガス圧が高い場合に比較する
と、スパッタ粒子の直進性が確実に向上でき、ターゲッ
ト15からウエハ13まで直線的に飛翔する成分が多く
なり、しかも指向性フィルタ12に付着する成分を低減
することができる。なお、実際には、スパッタ粒子同士
の衝突があり、この衝突によってもスパッタ粒子の飛翔
方向が散乱するが、このスパッタ粒子同士の散乱作用は
Arガス圧の大小に関わらず存在するので、その場合を
考慮しないものとする。因みに、Arガス圧を、従来技
術のプレーナマグネトロンスパッタ電極の場合(約2m
Torr)の約1/10である0.2mTorrとする
と、Arガス分子の平均自由工程は計算上で10倍(約
25mm→約250mm)となり、かなり長くなること
がわかる。また、指向性フィルタ12へのスパッタ粒子
の不要な付着を成膜速度で比較した結果を下記表1に示
す。
In such a sputtering film forming apparatus, the inside of the sputtering chamber 1 is evacuated to a high vacuum by the vacuum evacuation means, and then the Ar gas having a predetermined pressure is introduced into the sputtering chamber 1 by the gas supply means, and in the atmosphere thereof. When sputtering by turning on DC power to the sputter electrode,
Sputtered particles from the target 15 fly as shown by the thin arrows in FIG. 1, and the flying sputtered particles collide with and adhere to the directional filter 12, while other sputtered particles passing through the directional filter 12 As shown in the figure, the film is attached to the wafer 13 to form a film. In this case, the sputtered particles collide with gas molecules before, during, and after passing through the directional filter 12, so that the flight direction thereof is scattered as shown by the thin line in FIG. It may decrease significantly. However, in the embodiment, as described above, the Ar gas pressure is set to be lower than that in the case of a normal planar magnetron sputtering electrode, and the mean free path of molecules of the Ar gas pressure becomes long,
It is possible to prevent the sputtered particles from colliding with gas molecules not only before passing through the directional filter 12 but also during or after passing through the directional filter 12. It may prevent collisions with pressure molecules. That is, since the sputtered particles that have passed through the directional filter 12 are hardly scattered by the Ar gas molecules, the straightness of the sputtered particles can be surely improved as compared with the case where the sputtered gas pressure is high, and the target 15 The number of components that fly linearly from the substrate to the wafer 13 increases, and the components that adhere to the directional filter 12 can be reduced. Actually, the sputtered particles collide with each other and the flight direction of the sputtered particles is also scattered by this collision, but since the scattering action of the sputtered particles exists regardless of the magnitude of the Ar gas pressure, in that case Shall not be considered. By the way, in the case of the conventional planar magnetron sputter electrode (about 2 m
At 0.2 mTorr, which is about 1/10 of Torr), the mean free path of Ar gas molecules is calculated to be 10 times (about 25 mm → about 250 mm), which is considerably long. Table 1 below shows the results of comparison of unnecessary deposition of sputtered particles on the directional filter 12 at the film formation rate.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】上記表1によれば、スパッタ電極11でA
rガス圧力2mTorrでスパッタすると、指向性フィ
ルタ12がない場合、スパッタ電極3kWで200nm
/分であり、指向性フィルタ12をターゲット15とウ
エハ13との間に設置した場合、20nm/分となり、
フィルタ無しに比較すると1/10となることがわか
る。これに対し、Arガス圧を0.2mTorrに下げ
ると、指向性フィルタ12がない場合には同一投入電力
で成膜速度が20nm/分となり、Arガス圧が2mT
orrの場合と同一結果であったが、フィルタ12を設
置しても50nm/分となり、フィルタ無しに比較する
と1/4であって2.5倍速い成膜速度を実現できたこ
とがわかる。従って、Arガス圧が2mTorr,0.
2mTorrの場合で夫々9/10,3/4の割合で指
向性フィルタ12に付着するので、該フィルタ12に付
着するスパッタ粒子の割合の比は、(3/4)/(9/
10)となる。そしてさらに、Arガス圧を1/10に
低減できることで成膜速度が2.5倍向上できることと
なり、フィルタに付着する時間内に処理できるウエハ枚
数が2.5倍となる。従って、一枚のウエハに成膜する
膜厚を一定とすると、ウエハ一枚当たりにヨウする時間
が1/2となるので、ウエハを一枚処理したときにフィ
ルタに付着する割合の比は、(3/4)/(9/10)
/2.5=1/3となる。換言すれば、ウエハの処理枚
数が同一のとき、フィルタのメンテナンス間隔を3倍に
延長することとなる。
According to Table 1 above, the sputtering electrode 11 is
When sputtered at r gas pressure of 2 mTorr, 200 nm at 3 kW of sputter electrode without directional filter 12.
/ Min, and when the directional filter 12 is installed between the target 15 and the wafer 13, it becomes 20 nm / min,
It turns out that it becomes 1/10 when compared without a filter. On the other hand, when the Ar gas pressure is reduced to 0.2 mTorr, the film formation rate becomes 20 nm / min at the same input power without the directional filter 12, and the Ar gas pressure becomes 2 mT.
Although the result was the same as in the case of orr, it was found that even when the filter 12 was installed, the film formation rate was 50 nm / min, which was 1/4 compared with the case without the filter, and a film formation rate 2.5 times faster was realized. Therefore, the Ar gas pressure is 2 mTorr, 0.
In the case of 2 mTorr, since the particles adhere to the directional filter 12 at the ratios of 9/10 and 3/4, the ratio of the ratio of the sputtered particles adhered to the filter 12 is (3/4) / (9 /
10). Furthermore, since the Ar gas pressure can be reduced to 1/10, the film formation rate can be improved by 2.5 times, and the number of wafers that can be processed within the time of adhering to the filter is 2.5 times. Therefore, if the film thickness deposited on a single wafer is constant, the time required for yawing per wafer is halved, so the ratio of the rate of adhesion to the filter when processing one wafer is: (3/4) / (9/10)
/2.5=1/3. In other words, when the number of processed wafers is the same, the maintenance interval of the filter will be tripled.

【0013】ここで、図3にウエハ処理枚数に対する異
物密度の推移を示す。同図において、符号41,42は
Arガス圧が夫々2mTorr,0.2mTorrの場
合を表し、縦軸は異物密度の許容限界値(43)を1と
した場合の任意の単位で表している。Arガス圧が2m
Torrの場合、500枚のウエハを処理した辺りで許
容限界値を上回る異物密度となっているのに対し、Ar
ガス圧が0.2mTorrの場合には、1000枚を若
干越えた辺りで許容限界値に達する異物密度となってい
る。従って、ウエハの処理枚数は略2倍となることがわ
かる。なお、メンテナンス間隔が3倍に延びると計算し
たが、処理枚数が3倍に向上しない理由として、指向性
フィルタ12以外の部位(例えばウエハホルダ18等)
から発生している異物については、スパッタ粒子の直進
性の向上によっても改善されないためであることに起因
する。しかしながら、図3の結果から明らかなように、
0.2mTorrのような低圧のArガス圧でも放電し
得るスパッタ電極11を用いれば、指向性フィルタ12
のメンテナンス間隔を確実に延ばすことができる。
Here, FIG. 3 shows the transition of the foreign matter density with respect to the number of processed wafers. In the figure, reference numerals 41 and 42 represent cases where the Ar gas pressures are 2 mTorr and 0.2 mTorr, respectively, and the vertical axis represents arbitrary units when the allowable limit value (43) of the foreign matter density is 1. Ar gas pressure is 2m
In the case of Torr, the density of foreign matter exceeds the allowable limit value around the processing of 500 wafers, whereas Ar
When the gas pressure is 0.2 mTorr, the density of the foreign matter reaches the allowable limit value in the vicinity of slightly over 1000 sheets. Therefore, it can be seen that the number of processed wafers is almost doubled. Although it is calculated that the maintenance interval is tripled, the reason why the number of processed sheets is not tripled is that the parts other than the directional filter 12 (for example, the wafer holder 18).
This is because the foreign matter generated from the above is not improved even if the straightness of the sputtered particles is improved. However, as is clear from the result of FIG.
By using the sputter electrode 11 capable of discharging even at a low Ar gas pressure such as 0.2 mTorr, the directional filter 12 can be obtained.
The maintenance interval can be reliably extended.

【0014】図4は同一形状のスルーホールにおいてA
rガス圧を変化させた場合について示したものである。
図4から、Arガス圧が2mTorrの場合、指向性フ
ィルタ12を用いないと、同図(a)に示すように、ス
ルーホールの上端部に大きなオーバーハング形状が形成
され、このオーバーハング形状によってスルーホールの
開口面積が小さくなるので、スルーホール底部への成膜
量が殆どないことがわかる。また図4(b)では、同図
(a)の場合と同一のガス圧であってかつ指向性フィル
タ12を用いた場合であり、オーバーハング形状が若干
形成されることがわかる。図4(c)では、Arガス圧
が0.2mTorrであってかつ指向性フィルタ12を
用いた場合であり、オーバーハング形状が殆ど発生しな
いことがわかる。スルーホール以外の平坦な部分でのい
わゆる一般的な成膜膜厚に対するスルーホール底部での
最低の膜厚の割合を付き廻り性と呼ぶ、この付き廻り性
は、図4(a)の如くArガス厚が2mTorrでかつ
フィルタ未使用の場合では、0.05となり、同図
(b)の如く同じガス圧でかつフィルタ使用時の場合で
は、0.3となり、同図(c)の如く0.2mTorr
でかつフィルタ使用時の場合では、0.5となり、高い
値の方が良好な成膜膜厚を得られる。
FIG. 4 shows a through hole A of the same shape.
The figure shows the case where the r gas pressure is changed.
From FIG. 4, when the Ar gas pressure is 2 mTorr, if the directional filter 12 is not used, a large overhang shape is formed at the upper end portion of the through hole as shown in FIG. Since the opening area of the through hole is small, it can be seen that there is almost no film formation on the bottom of the through hole. Further, in FIG. 4B, it can be seen that the gas pressure is the same as that in FIG. 4A and the directional filter 12 is used, and the overhang shape is slightly formed. In FIG. 4C, it is understood that the Ar gas pressure is 0.2 mTorr and the directional filter 12 is used, and almost no overhang shape is generated. The ratio of the minimum film thickness at the bottom of the through hole to the so-called general film thickness on a flat portion other than the through hole is called throwing power. This throwing power is Ar as shown in FIG. When the gas thickness is 2 mTorr and the filter is not used, the value is 0.05, and when the gas pressure is the same as shown in FIG. 7B and the filter is used, the value is 0.3, and 0 as shown in FIG. .2 mTorr
In addition, when the filter is used, the value is 0.5, and the higher the value, the better the film thickness can be obtained.

【0015】図5乃至図8は本発明によるスパッタ成膜
装置の他の例を夫々示している。図5に示す実施例にお
いては、前記第一の実施例と基本的には同様の構成であ
り、前記第一の実施例と異なるのはスパッタ電極51の
形状が異なる点にある。即ち、図5に示すスパッタ電極
51は、成膜対象基板であるウエハ13と対向する平面
51′を有する長丸形状(略楕円)に形成されている。
従って、その外周側に設けられるターゲット52もスパ
ッタ電極51に対応し、長丸形状としている。一般に、
第一の実施例のスパッタ電極11のように真円の形状で
あっても、ターゲット及びウエハ間を好適な距離に設定
すればウエハの均一性が得られる。しかしながら、上述
の如く、スパッタ電極51,ターゲット52双方のウエ
ハ13と対向する平面51′をもち、しかもその平面部
分の面積を大きくすると、ウエハ13に対しそれだけス
パッタ粒子の飛翔性が良好となり、しかもよりターゲッ
ト52及びウエハ13間の距離をより短くしても膜厚分
布の均一性を得ることができる。因みに、直径6インチ
のウエハを用い、ターゲット及びウエハ間の距離と、そ
の距離に応じた成膜速度の比較を表2に示す。
5 to 8 show other examples of the sputtering film forming apparatus according to the present invention. The embodiment shown in FIG. 5 has basically the same configuration as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment in that the shape of the sputter electrode 51 is different. That is, the sputter electrode 51 shown in FIG. 5 is formed in an oval shape (substantially elliptical) having a flat surface 51 ′ facing the wafer 13 which is the substrate for film formation.
Therefore, the target 52 provided on the outer peripheral side also corresponds to the sputter electrode 51 and has an oval shape. In general,
Even if the sputtering electrode 11 of the first embodiment has a perfect circular shape, if the distance between the target and the wafer is set to a suitable distance, the uniformity of the wafer can be obtained. However, as described above, when both the sputter electrode 51 and the target 52 have the flat surface 51 ′ facing the wafer 13 and the area of the flat portion is increased, the flying property of sputtered particles to the wafer 13 is improved, and Even if the distance between the target 52 and the wafer 13 is further shortened, the uniformity of the film thickness distribution can be obtained. Incidentally, Table 2 shows a comparison between the distance between the target and the wafer and the film-forming speed according to the distance, using a wafer having a diameter of 6 inches.

【0016】[0016]

【表2】 [Table 2]

【0017】上記表2によれば、膜厚分布の許容範囲を
±5%とした場合、ターゲット/ウエハ間の距離は、第
一の実施例のような真円形状のターゲット電極11では
10cmであるのに対し、本例のような長丸形状のター
ゲット電極51では6cmであった。また第一の実施例
の場合と同一の投入電力(3kW)での成膜速度は、距
離が短くなった分だけ、夫々50nm/分,110nm
/分と向上できた。
According to Table 2 above, when the allowable range of the film thickness distribution is ± 5%, the distance between the target and the wafer is 10 cm for the perfect circular target electrode 11 as in the first embodiment. On the other hand, the target electrode 51 having an oblong shape as in this example had a length of 6 cm. Further, the film forming rates at the same input power (3 kW) as in the case of the first embodiment are 50 nm / min and 110 nm, respectively, as the distance becomes shorter.
I was able to improve with / minutes.

【0018】図6に示す実施例は、ウエハ内の膜厚分布
の均一性を向上させるためのものである。即ち、その一
として、スパッタ電極の磁界を発生させるための磁石5
1a,51bを軸方向(ウエハ13と対向する面)に沿
って複数設け、これらの磁力によって発生するプラズマ
19をスパッタ電極51の外周方向に拡大させることに
より、スパッタ粒子の飛び出し面積を大きくさせるよう
にしている。またその二として、図示していないが、上
記磁石51a,51bを移動させる手段を設け、該移動
手段によって磁石51a,51bを矢印71に示す如
く、スパッタ電極51の軸方向に移動させるようにして
いる。さらにその三として、ウエハ13を搭載したウエ
ハホルダ18に駆動手段を連結し、該駆動手段によって
ウエハホルダ18及びウエハ13を、図示矢印72に示
す如くスパッタ電極51の軸方向に沿って移動させ、或
いは図示矢印73に示す如くスパッタ電極51の軸方向
と平行な面上で軸周りに回転させるようにしている。上
記一〜三においては、少なくとも何れか一方を採用すれ
ば、ウエハ13上に形成される成膜の膜厚を均一にする
ことができる。そして、上記一〜三の他、指向性フィル
タ12を図示しない手段によって矢印74の如く往復移
動させ、或いは図示しない手段によって矢印75の如く
回転させると、ウエハ13上で指向性フィルタ12によ
って影となる部分の膜厚が不均一になるのを解消するこ
とができる。なお、図6に示す実施例において、磁場の
発生手段としては永久磁石や電磁石コイルを用いても何
等問題はない。
The embodiment shown in FIG. 6 is for improving the uniformity of the film thickness distribution within the wafer. That is, as one of them, the magnet 5 for generating the magnetic field of the sputtering electrode is used.
A plurality of 1a and 51b are provided along the axial direction (the surface facing the wafer 13), and the plasma 19 generated by the magnetic force of these is expanded in the outer peripheral direction of the sputter electrode 51 to increase the spouting particle ejection area. I have to. As the second, although not shown, means for moving the magnets 51a, 51b is provided, and the magnets 51a, 51b are moved by the moving means in the axial direction of the sputtering electrode 51 as shown by an arrow 71. There is. Thirdly, a driving means is connected to the wafer holder 18 on which the wafer 13 is mounted, and the wafer holder 18 and the wafer 13 are moved by the driving means along the axial direction of the sputter electrode 51 as shown by an arrow 72 in the drawing, or in the drawing. As shown by an arrow 73, the sputter electrode 51 is rotated about its axis on a plane parallel to the axial direction. If at least one of the above 1 to 3 is adopted, the film thickness of the film formed on the wafer 13 can be made uniform. In addition to the above-mentioned one to three, when the directional filter 12 is reciprocally moved by an unillustrated means as indicated by an arrow 74 or rotated by an unillustrated means as indicated by an arrow 75, the directional filter 12 causes a shadow on the wafer 13. It is possible to solve the problem that the film thickness of the portion where the difference occurs is not uniform. In the embodiment shown in FIG. 6, there is no problem even if a permanent magnet or an electromagnet coil is used as a magnetic field generating means.

【0019】図7に示す実施例では、磁界発生用の磁石
51a,51bをウエハ13から遠ざかるようにずらし
ている。即ち、磁石51a,51bは、連結棒81によ
りスパッタ電極51の軸方向に沿って繋げられ、しかも
スパッタ電極51において、ターゲット52のウエハ1
3と対向する面との間の距離85が、ターゲット52の
ウエハ13と反対側(対向しない面)との間の距離86
より大きくなるように配置する。そして、磁界によって
ターゲット52上には図示の如く、ウエハ13と対向す
る側にプラズマ82が発生すると共に、ウエハ13と反
対側にプラズマ83が発生するが、距離85と距離86
の大小関係により、プラズマ82側のインピーダンスが
プラズマ83側のそれよりも高くなり、結果的にウエハ
13に面した側の成膜速度が、ウエハ13に面しない側
のそれより大きくなるようにしている。従って、ターゲ
ット52のウエハ13に対向した部分を有効に活用する
ことができる。
In the embodiment shown in FIG. 7, the magnets 51a and 51b for generating a magnetic field are displaced away from the wafer 13. That is, the magnets 51a and 51b are connected by the connecting rod 81 along the axial direction of the sputter electrode 51, and at the sputter electrode 51, the wafer 1 of the target 52 is attached.
The distance 85 between the surface facing the wafer No. 3 and the surface facing the wafer 3 is a distance 86 between the wafer 52 of the target 52 and the other surface (the surface not facing).
Arrange to be larger. Then, as shown in the drawing, the plasma 82 is generated on the side of the target 52 facing the wafer 13 and the plasma 83 is generated on the side of the target 52 opposite to the wafer 13 by the magnetic field.
The impedance on the side of the plasma 82 becomes higher than that on the side of the plasma 83, and as a result, the film formation rate on the side facing the wafer 13 becomes higher than that on the side not facing the wafer 13. There is. Therefore, the portion of the target 52 facing the wafer 13 can be effectively utilized.

【0020】図8に示す実施例では、スパッタ電極51
を楕円(或いは長丸)形状に形成すると共に、そのスパ
ッタ電極51に対応する形状にターゲット52も形成す
ることにより、ターゲット52に二つの平面部52′,
52′を設ける。そして、二つの平面部52′,52′
と対向するよう二組のウエハ13,13′及び指向性フ
ィルタ12,12′を配置する。これにより、二組のウ
エハ13,13′に同時に成膜できるので、ターゲット
52の利用効率を上げることができる。この場合、ター
ゲット52がスパッタ電極51に対応して平面部52′
を有するので、図5に示す実施例と略同様に成膜膜厚の
均一性も向上できる。なお、このような二組のウエハ1
3,13′及び指向性フィルタ12,12′を有する構
造では、スパッタ電極,ターゲットが真円の形状の場
合、その周囲四方向にウエハ及び指向性フィルタを夫々
配置して成膜することも可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 8, the sputter electrode 51 is used.
Is formed into an elliptical shape (or an oval shape), and the target 52 is also formed into a shape corresponding to the sputter electrode 51.
52 'is provided. Then, the two flat parts 52 ', 52'
Two sets of wafers 13 and 13 'and directional filters 12 and 12' are arranged so as to face each other. As a result, it is possible to simultaneously form a film on the two sets of wafers 13 and 13 ', so that the utilization efficiency of the target 52 can be improved. In this case, the target 52 corresponds to the sputter electrode 51 and the flat surface portion 52 '.
Therefore, it is possible to improve the uniformity of the film thickness of the film formed in the same manner as in the embodiment shown in FIG. In addition, such two sets of wafers 1
In the structure having 3,3 'and the directional filters 12, 12', when the sputter electrode and the target have a perfect circle shape, the wafer and the directional filter can be respectively arranged in four directions around the sputtering electrode and the target to form a film. Becomes

【0021】図9は本発明による複数層成膜方法を実施
するための複数層成膜装置の一実施例を示している。こ
の複数層成膜装置の実施例は、成膜対象基板としてのウ
エハの供給室108,その取出し室107を設けた給排
室101と、ウエハを成膜に必要なクリーニングする前
処理室102と、クリーニングされたウエハにスパッタ
リングによって下地膜を成膜するスパッタ室103と、
下地膜が形成されたウエハにCVD膜を形成するCVD
室104と、これら給排室101,前処理室102,ス
パッタ室103,CVD室104と互いに連絡し、かつ
ウエハを各々の室101〜104に搬送する搬送ロボッ
ト106を有する搬送室105と、これら各室101〜
105を真空排気する真空手段(図示せず)とを備えて
構成されている。前記スパッタ室103には、ウエハホ
ルダ18に搭載されたウエハ13,指向性フィルタ1
2,スパッタ電極51,ターゲット52等からなるスパ
ッタ成膜装置が内蔵され、スパッタリング時、スパッタ
ガスとしてのArガス圧が10-5〜10-3のような低圧
にされると共に、その低圧の雰囲気中でスパッタ電極5
1によってスパッタリングし得るように構成されてい
る。このスパッタ成膜装置は図示例に限らず、図1に示
す実施例のもの、図5乃至図8に示す実施例のものであ
ってもよい。そして、給排室101の供給室108にウ
エハ13が供給されると、該ウエハ13を搬送ロボット
106により搬送室105を介し前処理室102に搬送
し、該前処理室102にて所定のクリーニングが終了す
ると、搬送ロボット106によりウエハ13を前処理室
102からスパッタ室103に搬送し、該スパッタ室1
03においてウエハ13に、主配線膜の下地膜として例
えばタングステンを所定の膜厚(約100nm)で形成
する。その後、搬送ロボット106によりウエハ13を
スパッタ室103からCVD室104に搬送し、そこで
ウエハ13に主配線膜となるタングステン膜を所定の膜
厚(約400nm)で形成し、しかる後、そのウエハ1
3を搬送ロボット106により給排室101に戻すこと
により、成膜されたウエハ13を取り出す。以下、上述
の動作を繰り返し実行することにより、ウエハ13の成
膜を連続的に行うことができる。スパッタ成膜装置とC
VD装置とが独立的に稼働すると、夫々の装置のメンテ
ナンス間隔に応じ装置の台数や工程の管理が個々に必要
となってしまい、そのため、従来技術のスパッタ成膜装
置のようにメンテナンス間隔の短い装置にあっては前述
の如く稼働率が低下する問題があり、しかもメンテナン
ス間隔の短いスパッタ成膜装置をそのままCVD装置と
組み合わせることができなかった。本実施例では、前述
した実施例の如く、スパッタ成膜装置における指向性フ
ィルタ12のメンテナンス間隔を延長させることができ
るので、上述の如くスパッタ成膜装置とCVD装置とを
組み合わせることができ、これにより、主配線膜を連続
的に形成できる。また、スパッタ成膜装置によって下地
膜の付き廻り性を向上できるので(図4参照)、その上
に形成するCVD膜の成膜プロセスを容易なものとする
ことができる。上記下地膜は、CVD膜と下層物質との
接着としての機能を果たすのに加え、CVD膜形成の際
に、CVDガスが下地膜の下層の物質を侵食することで
起きる電流リーク不良を解消する機能も果たす。上記付
き廻り性を向上できることにより、その侵食反応を阻止
するバリア膜としての特性を向上させることができ、引
いては歩留まり向上も実現し得る。さらに、従来のよう
に下地膜の形成とCVD膜の形成とを夫々独立した装置
で行うと、ウエハを両装置間で移送する際に大気中に触
れることとなり、そのため、不確定な下地膜に不確定な
厚みの自然酸化膜が形成されてしまう。該自然酸化膜
は、CVD反応の核形成の誘導時間の遅延を引き起こす
ものであり、その酸化膜厚のばらつきが最終的に形成さ
れるCVD膜厚のばらつきを大きくする。本実施例では
上述の如く、スパッタ室103とCVD室104とが真
空状態に保たれ、搬送ロボット106によりウエハを両
室内間で搬送できるので、下地膜形成後に生成される自
然酸化膜の膜厚を極めて薄いものに抑制でき、これによ
り安定したかつ良質の成膜を実現し得る。
FIG. 9 shows an embodiment of a multi-layer film forming apparatus for carrying out the multi-layer film forming method according to the present invention. In this embodiment of the multi-layer film forming apparatus, a supply chamber 108 for supplying a wafer as a film formation target substrate, a supply / discharge chamber 101 provided with an unloading chamber 107, and a pretreatment chamber 102 for cleaning a wafer necessary for film formation. A sputtering chamber 103 for forming a base film on the cleaned wafer by sputtering,
CVD for forming a CVD film on a wafer on which a base film is formed
A chamber 104, a transfer chamber 105 that communicates with the supply / discharge chamber 101, the pretreatment chamber 102, the sputtering chamber 103, and the CVD chamber 104, and that has a transfer robot 106 that transfers a wafer to each of the chambers 101 to 104. Each room 101-
And a vacuum means (not shown) for evacuating 105. In the sputtering chamber 103, the wafer 13 mounted on the wafer holder 18 and the directional filter 1
2, a sputter film forming apparatus including a sputter electrode 51, a target 52, etc. is built in, and during sputtering, the Ar gas pressure as sputter gas is set to a low pressure such as 10 −5 to 10 −3 , and the low pressure atmosphere Sputtering electrode 5
1 so that sputtering can be performed. The sputtering film forming apparatus is not limited to the illustrated example, but may be the one shown in FIG. 1 or the one shown in FIGS. When the wafer 13 is supplied to the supply chamber 108 of the supply / discharge chamber 101, the wafer 13 is transferred by the transfer robot 106 to the pretreatment chamber 102 via the transfer chamber 105, and a predetermined cleaning is performed in the pretreatment chamber 102. When the process is completed, the transfer robot 106 transfers the wafer 13 from the pretreatment chamber 102 to the sputtering chamber 103, and the sputtering chamber 1
In 03, a predetermined film thickness (about 100 nm) of, for example, tungsten is formed on the wafer 13 as a base film of the main wiring film. After that, the wafer 13 is transferred from the sputtering chamber 103 to the CVD chamber 104 by the transfer robot 106, and a tungsten film serving as a main wiring film is formed on the wafer 13 to a predetermined film thickness (about 400 nm).
3 is returned to the supply / discharge chamber 101 by the transfer robot 106 to take out the film-formed wafer 13. Hereinafter, the film formation on the wafer 13 can be continuously performed by repeatedly executing the above operation. Sputtering film forming device and C
When the VD apparatus is operated independently, it is necessary to individually manage the number of apparatuses and processes according to the maintenance intervals of the respective apparatuses, and therefore the maintenance intervals are short as in the conventional sputtering film forming apparatus. In the apparatus, there is a problem that the operating rate is lowered as described above, and further, the sputter film forming apparatus having a short maintenance interval cannot be directly combined with the CVD apparatus. In this embodiment, since the maintenance interval of the directional filter 12 in the sputter film forming apparatus can be extended as in the above-described embodiments, the sputter film forming apparatus and the CVD apparatus can be combined as described above. Thereby, the main wiring film can be continuously formed. Further, since the throwing power of the base film can be improved by the sputtering film forming apparatus (see FIG. 4), the film forming process of the CVD film formed thereon can be facilitated. The base film not only functions as an adhesive between the CVD film and the underlying material, but also eliminates a current leakage defect caused by the CVD gas eroding the underlying material of the underlying film during the formation of the CVD film. It also functions. By improving the throwing power, it is possible to improve the characteristics of the barrier film that prevents the erosion reaction, and eventually, the yield can be improved. Furthermore, if the formation of the base film and the formation of the CVD film are performed by independent devices as in the conventional case, the wafer is exposed to the atmosphere during the transfer between the two devices, and thus an indeterminate base film is formed. A natural oxide film with an indefinite thickness is formed. The natural oxide film causes a delay in the induction time of the nucleation of the CVD reaction, and variations in the oxide film thickness increase variations in the finally formed CVD film thickness. In this embodiment, as described above, the sputtering chamber 103 and the CVD chamber 104 are kept in a vacuum state, and the wafer can be transferred between the two chambers by the transfer robot 106. Therefore, the film thickness of the native oxide film formed after the base film is formed. Can be suppressed to be extremely thin, and stable and high quality film formation can be realized.

【0022】図10は本発明による複数層成膜方法を実
施するための複数層成膜装置の他の実施例を示す。この
実施例において前記図9に示す実施例と異なるのは、指
向性フィルタのメンテナンス時期を検出する検出手段
と、該検出手段が検出した時点で、指向性フィルタを交
換する交換機構とを設けた点にある。即ち、前記検出手
段は、ターゲット52に流れる電流を計測し、その電流
に基づいて電圧を検出するセンサ110と、該センサ1
10の検出の大小に基づき指向性フィルタ12に付着し
ているスパッタ粒子の大きさを判定する制御部111と
からなっている。前記交換機構は詳細に図示していない
が、指向性フィルタ12を複数取付た回転体112と、
該回転体を駆動し、回転体112上の所望の指向性フィ
ルタをウエハ13とターゲット52間に位置決めする駆
動体113とからなっている。そして、制御部111は
センサ110の検出に基づき、今現在使用している指向
性フィルタ12に対するスパッタ粒子の量が基準値を越
えたと判定すると、交換機構の駆動体113を介し回転
体112を駆動することにより、使用している指向性フ
ィルタ12をウエハ13,ターゲット52間から待避さ
せると共に、使用していない清浄状態の指向性フィルタ
をウエハ13,ターゲット52間に位置決めさせるよう
にしている。そして、待避した指向性フィルタは取り外
されて清掃されることにより、予備の指向性フィルタと
して回転体112に装着されることとなる。これは、指
向性フィルタ12に付着したスパッタ粒子量が多くなる
と、ターゲット52を流れる電流が変化することに着目
したものである。従って、この実施例によれば、使用し
ている指向性フィルタ12がメンテナンス時期に達する
と、これを待避させて別の清浄な指向性フィルタを位置
決めするので、指向性フィルタの交換時期のみならずそ
の交換も自動化できるので、メンテナンス時期をいちい
ち管理する必要もない。しかも、回転体112,駆動体
113からなる交換機構がスパッタ室103内に設置さ
れているので、指向性フィルタの交換を真空状態を維持
したままで行えるので、下地膜に悪影響を及ぼすほどの
厚みの自然酸化膜が形成されるおそれもない。
FIG. 10 shows another embodiment of the multi-layer film forming apparatus for carrying out the multi-layer film forming method according to the present invention. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 9 in that a detecting means for detecting the maintenance time of the directional filter and an exchanging mechanism for exchanging the directional filter when the detecting means detects it are provided. In point. That is, the detection means measures the current flowing through the target 52 and detects the voltage based on the current, and the sensor 110.
The control unit 111 determines the size of the sputtered particles adhering to the directional filter 12 based on the magnitude of the detection of 10. Although the exchange mechanism is not shown in detail, a rotating body 112 having a plurality of directional filters 12 attached thereto,
It comprises a driving body 113 which drives the rotating body and positions a desired directional filter on the rotating body 112 between the wafer 13 and the target 52. Then, based on the detection of the sensor 110, the control unit 111 determines that the amount of sputtered particles for the directional filter 12 currently used exceeds the reference value, and drives the rotating body 112 via the driving body 113 of the exchange mechanism. By doing so, the used directional filter 12 is retracted from between the wafer 13 and the target 52, and the unused directional filter in the clean state is positioned between the wafer 13 and the target 52. Then, the retracted directional filter is removed and cleaned to be attached to the rotating body 112 as a spare directional filter. This is because the current flowing through the target 52 changes as the amount of sputtered particles attached to the directional filter 12 increases. Therefore, according to this embodiment, when the directional filter 12 being used reaches the maintenance time, it is retracted and another clean directional filter is positioned, so that not only the directional filter replacement time is required. Since the replacement can be automated, there is no need to manage each maintenance period. Moreover, since the exchange mechanism including the rotating body 112 and the driving body 113 is installed in the sputtering chamber 103, the exchange of the directional filter can be performed while maintaining the vacuum state, and the thickness is such that the underlying film is adversely affected. There is no possibility of forming a natural oxide film.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1及
び2によれば、スパッタガス圧をプレーナマグネトロン
スパッタ電極のときより低い圧にし、該ガス圧の分子の
平均自由工程が長くなるように構成したので、スパッタ
粒子が指向性フィルタを通過する前は勿論の他、その通
過時や通過後においてもガスの分子と衝突するのを防ぎ
得る結果、スパッタガス圧が高い場合に比較すると、ス
パッタ粒子の直進性が確実に向上でき、ターゲットから
成膜対象基板まで直線的に飛翔する成分が多くなり、し
かも指向性フィルタに付着する成分を低減することがで
きる効果があり、特に、請求項2によれば、スパッタ電
極をシリンドリカルマグネトロンスパッタ電極で構成し
たので、低圧のスパッタガスでも確実に放電させること
ができると云う効果もある。また請求項3〜5によれ
ば、成膜対象基板に形成される成膜膜厚の均一性を向上
することができる効果がある。そして、請求項6によれ
ば、スパッタ成膜装置とCVD装置とを容易に組み合わ
せることができるので、効率的な成膜を実現することが
でき、しかも自然酸化物の発生を極力抑制できるので、
品質の良好なかつ信頼性の高い成膜を得ることができる
効果がある。請求項7及び8によれば、請求項6の方法
を的確に実施し得ると云う効果もある。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the sputtering gas pressure is set lower than that of the planar magnetron sputtering electrode, and the mean free path of the molecules of the gas pressure becomes longer. Since it is configured as described above, it is possible to prevent the sputtered particles from colliding with gas molecules not only before passing through the directional filter but also during or after passing through the directional filter. In addition, the straightness of sputtered particles can be surely improved, the amount of components flying linearly from the target to the film formation target substrate is increased, and the components attached to the directional filter can be reduced. According to item 2, since the sputtering electrode is composed of the cylindrical magnetron sputtering electrode, it is possible to reliably discharge even the low pressure sputtering gas. There is also. According to the third to fifth aspects, there is an effect that the uniformity of the film thickness of the film formed on the film formation target substrate can be improved. Further, according to claim 6, since the sputtering film forming apparatus and the CVD apparatus can be easily combined, efficient film formation can be realized, and generation of natural oxides can be suppressed as much as possible.
There is an effect that a film of good quality and high reliability can be obtained. According to claims 7 and 8, there is also an effect that the method of claim 6 can be carried out accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるスパッタ成膜装置の第一の実施例
を示す説明用平面図。
FIG. 1 is an explanatory plan view showing a first embodiment of a sputtering film forming apparatus according to the present invention.

【図2】同じくスパッタ成膜装置の説明用正面図。FIG. 2 is a front view for explaining the sputter film forming apparatus.

【図3】スパッタガス圧の大きさに応じたウエハ処理枚
数と異物検出度との関係を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of processed wafers and the foreign matter detection degree according to the magnitude of the sputtering gas pressure.

【図4】スパッタガス圧の大きさと指向性フィルタの有
無とに応じたスルーホールの付き廻り性を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the throwing power of through holes depending on the magnitude of the sputtering gas pressure and the presence or absence of a directional filter.

【図5】本発明によるスパッタ成膜装置の第二の実施例
を示す説明用平面図。
FIG. 5 is an explanatory plan view showing a second embodiment of the sputtering film forming apparatus according to the present invention.

【図6】本発明によるスパッタ成膜装置の第三の実施例
を示す説明用正面図。
FIG. 6 is an explanatory front view showing a third embodiment of the sputtering film forming apparatus according to the present invention.

【図7】本発明によるスパッタ成膜装置の第四の実施例
を示す説明用正面図。
FIG. 7 is an explanatory front view showing a fourth embodiment of the sputtering film forming apparatus according to the present invention.

【図8】本発明によるスパッタ成膜装置の他の実施例を
示す説明用平面図。
FIG. 8 is an explanatory plan view showing another embodiment of the sputtering film forming apparatus according to the present invention.

【図9】本発明による複数層成膜方法を実施するための
複数層成膜装置の一実施例を示す概略図。
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a multi-layer film forming apparatus for carrying out the multi-layer film forming method according to the present invention.

【図10】同じく複数層成膜装置の他の実施例を示す概
略図。
FIG. 10 is a schematic view showing another embodiment of the multi-layer film forming apparatus.

【図11】従来技術のスパッタ成膜装置の一構成例を示
す正面図。
FIG. 11 is a front view showing a configuration example of a conventional sputtering film forming apparatus.

【図12】従来技術のスパッタ成膜装置によって形成さ
れたタングステン配線膜を示す説明用拡大図。
FIG. 12 is an enlarged view for explaining a tungsten wiring film formed by a conventional sputtering film forming apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,51…スパッタ電極、12…指向性フィルタ、1
3…成膜対象基板としてのウエハ、101…給排室、1
02…前処理室、103…スパッタ室、104…CVD
室、105…搬送室、106…搬送ロボット、110,
111…検出手段、112…交換機構の回転体。
11, 51 ... Sputtering electrode, 12 ... Directional filter, 1
3 ... Wafer as substrate for film formation, 101 ... Supply / discharge chamber, 1
02 ... Pretreatment chamber, 103 ... Sputtering chamber, 104 ... CVD
Chamber, 105 ... Transport chamber, 106 ... Transport robot, 110,
111 ... Detection means, 112 ... Rotating body of exchange mechanism.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極,ターゲット,成膜対象基板,指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、1×10-5〜10-3
Torrにすると共に、前記スパッタ電極がそのガス圧
の範囲内で放電し得ることを特徴とするスパッタ成膜装
置。
1. A sputter electrode, a target on which sputter particles are ejected by the sputter electrode, a substrate which is installed at a position facing the target and which deposits sputter particles at a desired position to form a film, and a target. And a substrate to be film-formed, which is provided between the target and the film-forming substrate, and which gives directivity to sputtered particles from the target, a sputtering chamber for accommodating the sputter electrode, the target, the substrate to be film-formed, and the directional filter, and the sputtering device. A gas introducing unit for keeping the inside of the chamber at a predetermined sputtering gas pressure, and the gas pressure inside the sputtering chamber is 1 × 10 −5 to 10 −3.
A sputtering film forming apparatus characterized in that the sputtering electrode can be discharged within the range of the gas pressure while being set to Torr.
【請求項2】 スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極,ターゲット,成膜対象基板,指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、1×10-5〜10-3
Torrにすると共に、前記スパッタ電極を、そのガス
圧の範囲内で放電し得るシリンドリカルマグネトロンス
パッタ電極で構成したことを特徴とするスパッタ成膜装
置。
2. A sputter electrode, a target on which sputtered particles are ejected by the sputter electrode, a substrate which is placed at a position facing the target and which deposits sputtered particles at a desired position to form a film, and a target. And a substrate to be film-formed, which is provided between the target and the film-forming substrate, and which gives directivity to sputtered particles from the target, a sputtering chamber for accommodating the sputter electrode, the target, the substrate to be film-formed, and the directional filter, and the sputtering device. A gas introducing unit for keeping the inside of the chamber at a predetermined sputtering gas pressure, and the gas pressure inside the sputtering chamber is 1 × 10 −5 to 10 −3.
A sputtering film forming apparatus characterized in that the sputtering electrode is composed of a cylindrical magnetron sputtering electrode capable of discharging within a range of gas pressure thereof while being set to Torr.
【請求項3】 スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極,ターゲット,成膜対象基板,指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、1×10-5〜10
−3Torrにし、かつ前記スパッタ電極を、そのガス
圧の範囲内で放電し得るシリンドリカルマグネトロンス
パッタ電極で構成すると共に、成膜対象基板と対向する
平面を有する長丸形状に形成し、前記ターゲットをスパ
ッタ電極の長丸形状に対応する形状に形成したことを特
徴とするスパッタ成膜装置。
3. A sputter electrode, a target on which sputter particles fly by the sputter electrode, a substrate which is placed at a position facing the target and which deposits sputter particles at a desired position to form a film, and a target. And a substrate to be film-formed, which is provided between the target and the film-forming substrate, and which gives directivity to sputtered particles from the target, a sputtering chamber for accommodating the sputter electrode, the target, the substrate to be film-formed, and the directional filter, and the sputtering device. A gas introducing unit for keeping the inside of the chamber at a predetermined sputtering gas pressure, and the gas pressure inside the sputtering chamber is 1 × 10 −5 to 10
-3 Torr, and the sputtering electrode is composed of a cylindrical magnetron sputtering electrode capable of discharging within the range of the gas pressure thereof, and is formed into an oval shape having a flat surface facing the film formation target substrate, and the target is formed. A sputtering film forming apparatus, which is formed in a shape corresponding to the oblong shape of a sputtering electrode.
【請求項4】 スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極,ターゲット,成膜対象基板,指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段と、少なくと
もスパッタ電極の磁場発生手段をスパッタ電極の軸線に
沿って移動する手段,成膜対象基板をスパッタ電極の軸
線に沿って移動手段,成膜対象基板をスパッタ電極の軸
線に沿う平面上で回転させる回転手段,指向性フィルタ
をスパッタ電極の軸線に沿って移動する手段,指向性フ
ィルタをスパッタ電極の軸線に沿う平面上で回転させる
回転手段の何れか一方の手段とを有し、前記スパッタチ
ャンバ内のガス圧を、1×10−5〜10-3Torrに
すると共に、前記スパッタ電極を、そのガス圧の範囲内
で放電し得るシリンドリカルマグネトロンスパッタ電極
で構成することを特徴とするスパッタ成膜装置。
4. A sputter electrode, a target on which sputtered particles fly by the sputter electrode, a substrate which is placed at a position facing the target and which deposits sputtered particles at a desired position to form a film, and a target. And a substrate to be film-formed, which is provided between the target and the film-forming substrate, and which gives directivity to sputtered particles from the target, a sputtering chamber for accommodating the sputter electrode, the target, the substrate to be film-formed, and the directional filter, and the sputtering device. Gas introducing means for keeping the inside of the chamber at a predetermined sputtering gas pressure, means for moving at least the magnetic field generating means of the sputtering electrode along the axis of the sputtering electrode, means for moving the film formation target substrate along the axis of the sputtering electrode, A rotating means for rotating the film target substrate on a plane along the axis of the sputter electrode, and a directional filter are provided for the axis of the sputter electrode. And a means for moving the directional filter on a plane along the axis of the sputtering electrode, and a gas pressure in the sputtering chamber of 1 × 10 −5. A sputtering film forming apparatus characterized in that the sputtering electrode is a cylindrical magnetron sputtering electrode capable of discharging within a range of gas pressure thereof while having a pressure of -10 -3 Torr.
【請求項5】 スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極,ターゲット,成膜対象基板,指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、1×10-5〜10-3
Torrにし、かつ前記スパッタ電極を、そのガス圧の
範囲内で放電し得るシリンドリカルマグネトロンスパッ
タ電極で構成すると共に、成膜対象基板と対向する平面
を有する長丸形状に形成し、前記ターゲットをスパッタ
電極の長丸形状に対応する形状に形成し、前記スパッタ
電極の磁場発生手段の軸線をスパッタ電極内においてウ
エハから遠ざかる位置に配置していることを特徴とする
スパッタ成膜装置。
5. A sputter electrode, a target on which sputter particles are ejected by the sputter electrode, a substrate which is placed at a position facing the target and which deposits sputter particles at a desired position to form a film, and a target. And a substrate to be film-formed, which is provided between the target and the film-forming substrate, and which gives directivity to sputtered particles from the target, a sputtering chamber for accommodating the sputter electrode, the target, the substrate to be film-formed, and the directional filter, and the sputtering device. A gas introducing unit for keeping the inside of the chamber at a predetermined sputtering gas pressure, and the gas pressure inside the sputtering chamber is 1 × 10 −5 to 10 −3.
Torr and the sputtering electrode is composed of a cylindrical magnetron sputtering electrode capable of discharging within the range of the gas pressure thereof, and is formed into an oval shape having a flat surface facing the film formation target substrate, and the target is the sputtering electrode. The sputtering film forming apparatus is formed in a shape corresponding to the oblong shape, and the axis of the magnetic field generating means of the sputtering electrode is arranged at a position away from the wafer in the sputtering electrode.
【請求項6】 真空引きされたスパッタ室内の成膜対象
基板に、1×10-5〜10-3Torrのスパッタガス圧
の雰囲気中でスパッタリングにより下地膜を形成し、次
いでその成膜対象基板をスパッタ室内からCVD室に真
空状態を維持したままで搬送し、その後、CVD室内の
成膜対象基板の下地膜の上にCVD膜を形成することを
特徴とする複数層成膜方法。
6. An underlayer film is formed by sputtering on a substrate to be film-formed in a vacuumed sputtering chamber in a sputtering gas pressure of 1 × 10 −5 to 10 −3 Torr, and then the substrate to be film-formed. Is transferred from the sputtering chamber to the CVD chamber while maintaining a vacuum state, and then a CVD film is formed on the base film of the substrate to be film-formed in the CVD chamber.
【請求項7】 成膜対象基板の給排室と、成膜対象基板
をクリーニングする前処理室と、クリーニングされた成
膜対象基板に下地膜を成膜するスパッタ成膜装置を内蔵
したスパッタ室と、下地膜が形成された成膜対象基板に
CVD膜を形成するCVD装置を内蔵したCVD室と、
これら給排室,前処理室,スパッタ室,CVD室と互い
に連絡し、かつ成膜対象基板を前記各室に搬送する搬送
手段を有する搬送室と、これら各室を真空排気する真空
手段(図示せず)とを備え、前記スパッタ成膜装置は、
スパッタ電極と、該スパッタ電極によってスパッタ粒子
が飛翔されるターゲットと、ターゲットと対向する位置
に設置され、所望位置にスパッタ粒子を付着して成膜す
る前記成膜対象基板と、ターゲットと成膜対象基板間に
設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に指向性を付
与する指向性フィルタと、スパッタ室内を所定のスパッ
タガス圧に保つガス導入手段とを有し、前記スパッタチ
ャンバ内のガス圧を、1×10-5〜10-3Torrにす
ると共に、前記スパッタ電極がそのガス圧の範囲内で放
電し得ることを特徴とする複数層成膜装置。
7. A sputtering chamber having a supply / discharge chamber for a film formation target substrate, a pretreatment chamber for cleaning the film formation target substrate, and a sputter film formation device for forming an underlayer film on the cleaned film formation target substrate. And a CVD chamber having a built-in CVD apparatus for forming a CVD film on a film formation target substrate on which a base film is formed,
A transfer chamber that communicates with the supply / discharge chamber, the pretreatment chamber, the sputtering chamber, and the CVD chamber, and that has a transfer unit that transfers the substrate for film formation to the chambers, and a vacuum unit that evacuates these chambers (see FIG. (Not shown), the sputter film forming apparatus,
A sputter electrode, a target on which sputter particles are ejected by the sputter electrode, a film formation target substrate which is installed at a position facing the target and deposits sputter particles at a desired position to form a film, a target and a film formation target It has a directional filter installed between the substrates to give a directivity to the sputtered particles from the target, and a gas introducing means for keeping the sputter chamber at a predetermined sputter gas pressure, and the gas pressure in the sputter chamber is set to 1 A multi-layer film forming apparatus, characterized in that the sputtering electrode is capable of discharging within the range of the gas pressure thereof, while having a pressure of × 10 -5 to 10 -3 Torr.
【請求項8】 指向性フィルタに付着したスパッタ粒子
量の大小に基づき、該指向性フィルタのメンテナンス時
期を検出する検出手段と、該検出手段が検出した時点
で、指向性フィルタを交換する交換機構とを有すること
を特徴とする請求項7に記載の複数層成膜装置。
8. A detection means for detecting the maintenance time of the directional filter based on the amount of sputtered particles adhering to the directional filter, and a replacement mechanism for replacing the directional filter at the time when the detection means detects the maintenance time. The multi-layer film forming apparatus according to claim 7, further comprising:
JP22737793A 1993-09-13 1993-09-13 Sputtering film forming device, method for forming plural-layer film and device therefor Pending JPH0790575A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100531991B1 (en) * 1996-10-21 2006-01-27 가부시키가이샤 아루박 Sputtering device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100531991B1 (en) * 1996-10-21 2006-01-27 가부시키가이샤 아루박 Sputtering device

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