JPH10140343A

JPH10140343A - スパッタ装置

Info

Publication number: JPH10140343A
Application number: JP29214696A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tsuneoka; 正年恒岡; Toshifumi Tokumoto; 敏文徳本; Yoichiro Tanaka; 洋一郎田中; Taketo Tanimoto; 健人谷本
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 1998-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な成膜を行うことができるコンパクトな
スパッタ装置を提供する。【解決手段】本発明は、真空チャンバ２０上部に水平
に配置された平板状のターゲット８０を備えたマグネト
ロンスパッタ装置１０であって、ターゲット８０がスパ
ッタされるスパッタ面の周縁近傍において電界の水平成
分がターゲットの中心軸線から離れる放射方向外向きと
なるよう、ターゲット８０周縁下部から下方に延びた環
状の突起８４が形成されている。すなわち、突起８４
が、突起８４の不存在によりターゲット８０周縁の近傍
に一様に形成可能な電界、特にスパッタ面と平行な成分
を意図的に制御している。電界のこのような成分が外向
きになると、ターゲット８０周縁近傍においても、ター
ゲット８０中央と同様、高密度のプラズマが形成され
る。したがって、大型の装置を用いずにわずかな改良で
比較的大きい被処理物も均一に成膜できることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば平板状のタ
ーゲットを備えたスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ上にＡｌやＴｉ等の薄膜か
らなる電極配線を形成させる半導体製造装置として、例
えばスパッタ装置が従来から知られている。このスパッ
タ装置は、真空チャンバ内においてスパッタ現象を利用
している。すなわち、アルゴンをグロー放電させてイオ
ン化させたものが陰極となるターゲットの表面（以下
「スパッタ面」という）に衝突して、そこからターゲッ
ト原子がはじき出される現象を利用して、半導体ウェハ
上にその原子の堆積がなされるようにしている。しか
し、近年ではこのようなスパッタ装置が単に用いられる
ことはほとんどなく、スパッタ装置に磁界を加えたマグ
ネトロンスパッタ装置が、量産を目的として主に用いら
れている。

【０００３】図６に側断面図が示される平板マグネトロ
ンスパッタ装置１０では、通常のスパッタ装置と同様
に、真空チャンバ２０上部には平板状のターゲット８０
が設置され、真空チャンバ２０の内部にはターゲット８
０と対向してウェハ支持台が配置されている。また、真
空チャンバ２０の内部にはターゲット８０を囲むように
筒状の第１及び第２のシールド７０，７２が接地された
状態で設けられており、真空チャンバ２０の内壁面を保
護するようにしている。さらに、マグネトロンスパッタ
装置１０では、図７に模式的に示されるように、ターゲ
ット８０上部に設けられたマグネットアセンブリ８２に
より、点線の矢印で図示される磁力線が平板状のターゲ
ット８０を介してループ状に形成される。マグネトロン
スパッタ装置ではターゲット８０上において、陰極から
出た電子（ｅ^-）が螺旋運動して閉じ込められる。これ
によって、単なるスパッタ装置と比べて密度の高いプラ
ズマが形成されて、スパッタが起こる割合が高まるよう
になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、マグネトロ
ンスパッタ装置１０で一般的に用いられる平板状のター
ゲット８０では、その周縁近傍において電子が十分に閉
じ込められない場合がある。この場合には、半導体ウェ
ハＷ等の被処理物の外周部において、ターゲット原子が
十分に堆積されにくい。その外周部においても十分な堆
積がなされるために、ターゲット又はスパッタ装置全体
を大きくすることも考えられる。しかしながら、近年の
半導体ウェハやディスプレイパネルの大型化に伴い、タ
ーゲット又はスパッタ装置を際限なく上に述べたように
することは、好ましくない。

【０００５】そこで本発明は、大型化することなく、被
処理物の外周部においても十分堆積がなされうるスパッ
タ装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ装置
は、上記課題を解決するためになされたものであり、平
板状のターゲットを備えるスパッタ装置において、ター
ゲットのスパッタ面の周縁から突出する突起を設けて、
ターゲットの周縁の近傍に電界が、スパッタ面と平行な
方向の成分であってターゲットの中心軸線から離れる放
射方向外向きの成分を有するようにしたことを特徴とし
ている。これによって、ターゲットの周縁の近傍におい
ては、電子がターゲット中央に向かうので従来より高密
度のプラズマが形成される。

【０００７】なお、この突起はターゲットと一体に形成
されることが、装置の製造効率やパーティクルの発生防
止等の点で、好ましい。

【０００８】このような突起は高さ（ｈ）が約１０ｍｍ
以内であり、厚さ（ｄ）が１〜３ｍｍであるのが好適で
ある。また、前記ターゲットのスパッタ面に対する突起
の内周壁面の角度（θ）は６０〜９０゜の範囲にあるの
がより好ましい。

【０００９】また、スパッタ装置を直流型等のマグネト
ロンスパッタ装置にすると、ターゲット上に形成されう
る電界と交叉する磁界が形成されるようになるので、さ
らに高密度のプラズマの形成がターゲット上で実現され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同
一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

【００１１】図１は、本発明のスパッタ装置が適用可能
な平板型のマグネトロンスパッタ装置１０の側断面図で
ある。このマグネトロンスパッタ装置１０では、電気的
に接地された真空チャンバ本体２２上端部に、導電性の
アダプタ２４及び絶縁体２６を介して蓋体２８が取り付
けられて、真空チャンバ２０が構成されている。真空チ
ャンバ２０の内部には、支持手段たる平板状のペディス
タル３０が設けられており、半導体ウェハＷ等の被処理
物を支持するようにしている。ペディスタル３０の下面
には昇降機構（図示せず）を有する駆動軸４０がベロー
４２によって保護された状態で接続され、ペディスタル
３０を上昇又は下降させている。

【００１２】ペディスタル３０の周囲には環状のペディ
スタルカバー５０が配置されており、半導体ウェハＷを
裏面から実際に支持するだけでなく、後述するターゲッ
ト原子がペディスタル３０の上面に回り込むのを防止し
ている。ペディスタルカバー５０の周囲には、環状のク
ランプリング６０が配置されている。ペディスタルカバ
ー５０が昇降機構によってペディスタル３０と共に上昇
し、図１に明示されるように、真空チャンバ２０に対し
て所定の高さ位置で固定された場合、クランプリング６
０はペディスタルカバー５０の上面外周部と係合するよ
うになる。また、ペディスタルカバー５０がペディスタ
ル３０に対し周方向に回転するのを防止するため、ねじ
３２ａ，３２ｂが取り付けられている。

【００１３】また、真空チャンバ２０には、図示されな
いが、Ａｒガス供給源等のプロセスガスの供給源が接続
されており、真空チャンバ２０内を真空にするための真
空ポンプが接続されている。なお、本実施形態のマグネ
トロンスパッタ装置１０では、ＴｉＮの反応性スパッタ
プロセスを行うため、Ａｒガス供給源の他に、Ｎ₂ガス
供給源又はＮＨ₃供給源がさらに真空チャンバ２０に接
続されてもよい。

【００１４】チャンバ本体２２上端部と蓋体２８との間
には介在している環状のアダプタ２４は、その内径が真
空チャンバ２０の内径よりも小さく、且つ、その内周縁
から上方及び下方に延びた上部及び下部フランジ２４
ａ，２４ｂを有している。上部フランジ２４ａにはアダ
プタ２４とペディスタル３０との間を通過して真空チャ
ンバ２０内壁面に進むターゲット原子を遮断するための
筒状の第１のシールド７０が取り付けられている。第１
のシールド７０と同様に、下部フランジ２４ｂにも、ア
ダプタ２４及び真空チャンバ本体２２を保護するための
筒状の第２のシールド７２が取り付けられている。第１
及び第２のシールド７０，７２ではその一端が、それぞ
れ対応した上部及び下部フランジ２４ａ，２４ｂにねじ
２５ａ，２５ｂによって支持されている。

【００１５】真空チャンバ本体２２上端部には蓋体２８
が取り外し可能に取り付けられ、真空チャンバ２０の内
部を容易に確認できるようになっている。また、蓋体２
８には、例えばＴｉやＡｌを一体削り出しで得られた平
板状のターゲット８０がスパッタ面とは反対の裏面から
水平に支持されている。この平板状のターゲット８０は
ペディスタル３０と同軸に対向配置されている。このと
き、その外周面にはテーパが付けられて、ターゲット８
０を蓋体２８に取り付ける際にその位置合わせを容易に
している。

【００１６】ターゲット８０上でスパッタを実現させる
ために、直流電源９０の陰極が電気リード９２及びスイ
ッチ９４を介してターゲット８０に接続されており、そ
の陽極は接地されている。さらに、このマグネトロンス
パッタ装置１０では、ターゲット８０上における電子の
閉じ込め性を増すため、蓋体２８とターゲット８０との
間には、図７に模式的に示されるマグネットアセンブリ
８２が設けられている。そして、これを図示しない回転
機構によって回転させることにより、磁力線が図７の点
線の矢印に示されるように、ターゲット８０の裏面から
スパッタ面を通って再びその裏面に戻るループ状に形成
される。

【００１７】本実施形態では、ターゲット８０周縁近傍
における電子の閉じ込め性をさらに増すため、ターゲッ
ト８０は周縁下部から下方に延びた突起８４を有してい
る。このため、第２のシールド７２に対してターゲット
８０には例えば５００Ｖの負の電圧が印加された場合に
は、ターゲット８０と第２のシールドとの間の電位分布
が等電位線により図２に示されるようになる。このよう
な電位分布の下では、ターゲット８０周縁の近傍におけ
る電界のベクトルＥは、図２のＢ部を拡大した図３に示
すものとなる。この電界のベクトルＥは、ターゲット８
０の中心軸線から離れる放射方向外向きの成分Ｅ_pを有
している。すなわち、ベクトルＥはターゲット８０表面
に垂直な垂直成分Ｅ_vとターゲット８０と平行な水平成
分Ｅ_pとからなるものである。一方、突起８４のないタ
ーゲット８０では、図４に示すような電位分布となり、
また、図５に明示するように、第２のシールド７２から
ターゲット８０周縁近傍まで一様な電界のベクトルＥ’
が形成されるので、ターゲット８０と平行な電界の水平
成分Ｅ_p’は上述のものとは反対に内向きとなる。

【００１８】このように、本実施形態は突起８４によっ
て意図的に電界を制御して、図３の矢印に示される電子
（ｅ^-）の受ける力を、電界のベクトルＥとは反対の内
向き水平成分を有するようにしている。これにより、タ
ーゲット８０周縁近傍における電子の閉じ込め性が向上
し、ターゲット８０周縁におけるスパッタが積極的に行
われる。このような電界を好適に形成するためには、突
起８４は高さ（ｈ）が約１０ｍｍ以下であり、厚さ
（ｄ）が１〜３ｍｍであるのが好適である。また、突起
８４の内周壁面とターゲット８０の実質平坦な面とのな
す角（θ）が、６０〜９０゜の範囲にあればより好適と
なる。さらに、本実施形態では、ターゲット８０から放
出されるスパッタ原子が成膜にできるだけ寄与するた
め、第２のシールドがターゲット８０のスパッタ面より
も下方の部分において、ターゲット８０のスパッタ面に
対して垂直をなして形成されている。なお、突起８４は
ターゲット８０と一体に形成される必要はなく、ターゲ
ットと同一材料の環状体をスパッタ面から上記と同様に
突出した状態で、その外周縁又は外周面に設けてもよ
い。

【００１９】上述したマグネトロンスパッタ装置１０を
用いて、ターゲット材を被処理物の半導体ウェハＷ上に
成膜するには、半導体ウェハＷをペディスタルカバー５
０の上面に支持する。つぎに、真空ポンプにより真空チ
ャンバ２０の内部を真空排気し、所望の真空度まで減圧
した後、真空チャンバ２０内にアルゴンガス供給源から
アルゴンガスを真空チャンバ２０内に供給する。この状
態で、スイッチ９４を閉じて電圧をターゲット８０に印
加し、アルゴンガスによるグロー放電を行い、ターゲッ
ト８０上に電子（ｅ^-）とアルゴンイオン（Ａｒ⁺）から
なるアルゴンプラズマが、図７に示されるように形成さ
れる。

【００２０】つぎに、回転機構によってマグネットアセ
ンブリ８２を回転させて、図７の点線の矢印で示す磁力
線を、平板状のターゲット８０を介してループ状に形成
する。また、このとき、突起８４を有するターゲット８
０では、上述したように水平成分が外向きの電界が形成
されているので、螺旋運動する電子（ｅ^-）はターゲッ
ト８０周縁近傍においても十分に閉じ込められる。この
ため、本実施形態のマグネトロンスパッタ装置１０で
は、ターゲット８０周縁近傍においても、高密度のアル
ゴンプラズマが５００Ｖ程度の低い放電電圧でもって短
時間に生じる。したがって、プロセスガスが比較的低圧
であっても、従来よりも多くのスパッタ原子Ｐが、図７
の実線の矢印のように半導体ウェハＷに向かうので、ス
パッタによる成膜処理が効率的になされうる。特に、タ
ーゲット８０とペディスタル３０との距離が長い場合、
放電電圧及びアルゴン等のプロセスガスの圧力を低くす
ることは、アルゴンイオンとターゲット原子との衝突を
も抑制する。このため、ホール等を有する半導体ウェハ
Ｗに本装置を適用すると、ステップカバレッジの高い膜
が形成される。

【００２１】なお、本発明のスパッタ装置は平板型のマ
グネトロンスパッタ装置に限定されない。例えば本実施
形態で磁界を印加しないようにした平板型のスパッタ装
置においても、電界は上記のように形成されるので、タ
ーゲット周縁におけるスパッタは効率的なものとなる。
また、磁界の印加方法についても、上記実施形態のよう
に限定されないことはもちろんである。さらに、本実施
形態では、スパッタ装置に電圧を印加する際に直流電源
を用いたが、高周波電源を用いても、自己バイアスによ
り上記と同様の電界が形成されるものと解する。

【００２２】

【発明の効果】本発明のスパッタ装置は、ターゲット周
縁の近傍における電界の水平成分をターゲットの中心軸
線から離れる放射方向外向きにしているので、ターゲッ
ト周縁におけるスパッタをも十分に行うことができる。
このため、半導体ウェハ等の成膜において均一に成膜が
実現されうる。また、電界の水平成分を外向きにする際
に、ターゲット周縁に環状の突起を単に設けるだけで、
実現することができる。したがって、装置が大型化され
ることなく、比較的大きな半導体ウェハ等の被処理物に
適用できる。特に、本発明のスパッタ装置をマグネトロ
ンスパッタ装置とした場合には、被処理物の量産化が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタ装置が適用されるマグネトロ
ンスパッタ装置を概念的に示した側断面図である。

【図２】図１に示したマグネトロンスパッタ装置のＡ部
における電位分布を示した詳細断面図である。

【図３】図２のＢ部の電位分布を拡大して示した図であ
る。

【図４】図６に示すマグネトロンスパッタ装置のＤ部に
おける電位分布を示した詳細断面図である。

【図５】図４のＣ部の電位分布を拡大して示した図であ
る。

【図６】従来のスパッタ装置の一つであるマグネトロン
スパッタ装置を概念的に示した側断面図である。

【図７】マグネトロンスパッタ装置におけるスパッタ現
象を模式的に断面図である。

【符号の説明】１０…マグネトロンスパッタ装置、２０…真空チャン
バ、２４…アダプタ、２６…絶縁体、２８…蓋体、３０
…ペディスタル、４０…駆動軸、５０…ペディスタルカ
バー、６０…クランプリング、７０…第１のシールド、
７２…第２のシールド、８０…ターゲット、８２…マグ
ネットアセンブリ、８４…突起、９０…直流電源、Ｗ…
半導体ウェハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳本敏文千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者田中洋一郎千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者谷本健人千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状のターゲットを備えるスパッタ装
置において、前記ターゲットのスパッタ面の周縁から突
出する突起を設けて、前記ターゲットの周縁の近傍に形
成される電界がスパッタ面と平行な方向の成分であって
前記ターゲットの中心軸線から離れる放射方向外向きの
成分を有するようにしたことを特徴とするスパッタ装
置。
【請求項２】前記突起は前記ターゲットと一体形成さ
れた請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】前記突起は、高さ（ｈ）が約１０ｍｍ以
下であり、厚さ（ｄ）が１〜３ｍｍである請求項１又は
２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】前記スパッタ面に対する前記突起の内周
壁面の角度（θ）は、６０〜９０゜の範囲にある請求項
１〜３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項５】前記ターゲット上に形成される電界と交
叉する磁界を形成する磁界形成手段を備えている請求項
１〜４のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項６】真空チャンバと、前記真空チャンバの上部に配置された平板状のターゲッ
トと、前記真空チャンバの内部に前記ターゲットと対向して配
置され、被処理物を支持する支持手段と、前記真空チャンバの内部に前記ターゲットを囲むように
設けられ、前記真空チャンバの内壁面を保護するための
筒状のシールドと、を備えており、前記ターゲットのスパッタ面の周縁から下方に延びる環
状の突起を設けて、前記ターゲットの周縁の近傍に形成
される電界が、前記ターゲットの中心軸線から離れる放
射方向外向きの水平成分を有するようにしたことを特徴
とするスパッタ装置。
【請求項７】前記突起は前記ターゲットと一体形成さ
れた請求項６に記載のスパッタ装置。
【請求項８】前記突起は、高さ（ｈ）が約１０ｍｍ以
下であり、厚さ（ｄ）が１〜３ｍｍである請求項６又は
７に記載のスパッタ装置。
【請求項９】前記スパッタ面に対する前記突起の内周
壁面の角度（θ）は、６０〜９０゜の範囲にある請求項
６〜８のいずれか１項に記載のスパッタ装置。
【請求項１０】前記シールドは、前記スパッタ面より
も下方の部分に、前記スパッタ面と垂直な内周壁を有し
ている請求項６〜９のいずれか１項に記載のスパッタ装
置。
【請求項１１】前記ターゲットは直流電源の陰極に接
続されている請求項６〜１０のいずれか１項に記載のス
パッタ装置。
【請求項１２】前記ターゲット上に形成される電界と
交叉する磁界を形成する磁界形成手段を備えている請求
項６〜１１のいずれか１項に記載のスパッタ装置。