JPS6119774A - スパツタリング装置 - Google Patents

スパツタリング装置

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JPS6119774A
JPS6119774A JP13996984A JP13996984A JPS6119774A JP S6119774 A JPS6119774 A JP S6119774A JP 13996984 A JP13996984 A JP 13996984A JP 13996984 A JP13996984 A JP 13996984A JP S6119774 A JPS6119774 A JP S6119774A
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JP
Japan
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substrate
sputtering
target
center
sputtering target
Prior art date
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Application number
JP13996984A
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English (en)
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Hiroaki Kitahara
洋明 北原
Nobuyuki Takahashi
信行 高橋
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Canon Anelva Corp
Anelva Corp
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Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp, Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Priority to JP13996984A priority Critical patent/JPS6119774A/ja
Publication of JPS6119774A publication Critical patent/JPS6119774A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/225Oblique incidence of vaporised material on substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置等の製造において、基板上に膜付け
を行なうときに用いる枚葉処理型のスパッタリング装置
に関する。
(従来技術とその問題点) 従来、この種の装置では第4図に示されるように1個の
スパッタリングターゲット1と、被膜されるべき1枚の
基板2とを、それぞれの表面が平行になるように対向さ
せ、かつ、ターゲット1の中心軸4と基板2の中心軸5
が一致するように配置し、膜付は処理中は基板2を静止
させるような構成がとられている。特に半導体用薄膜製
造の為のスパッタリング装置では生産性を上げると共に
良aな薄膜を再現性良く生産するためK、カセット・ト
ウ・カセット方式の枚葉処理型スパッタリング装置が発
達し、第4図の配置でシリコンウェハ上に一枚づつ薄膜
を形成することが行なわれている。
この種の枚葉処理型スパッタリング装置の大きな長所は
2点ある。1つは、ウェハ一枚づつの膜付は処理である
為に成膜速度が大きくとれ、不純物ガスの影響な低く押
えることができる点であり、良質な薄膜を生産すること
が可能である。他の長所はウェハ一枚毎に同じ仕方で膜
付けが行なわれる為、ウェハ毎の処理の管理が可能で−
よく行き届き、形成される薄膜のウェハ内のプロフィル
がすべてのウェハで同一になる点である。
しかし、半導体技術の急速な進歩は、この装置で作成さ
れる薄膜でもなお満足せず、より高品質な薄膜が要求さ
れるようになっている。現在この種のスパッタリング装
置が直面している最大の問題は、ウェハ内の膜質の均一
性向上である。特に膜厚分布及びステップカバレージ(
段差被膜度)の均一性向上が重要な課題となっている。
例えば、現在この種の装置ではウェハ内膜厚分布は±5
%程度のものが得られているが、将来はこの値が±1−
程度になることが要求される見通しにある。
この段差部にスパッタリング法で薄膜2oを被膜する場
合、通常は、平坦部での膜厚23に比べて段差部での膜
厚が薄くなる現象を生ずる。この場合の平坦部での膜厚
23に対する段差部21の最も薄い部分の膜厚24の割
合をステ、ブカバレージと呼んでいる。半導体用薄膜で
はステップカバレージが大きいこと、すなわち段差部で
の最小膜厚24が平坦部での膜厚23に比べて極端に薄
くならないことが重要である。現在の半導体技術では、
段差の高さ22が0.3〜1μ乳程度、立上り角度ψは
50°〜70°程度に作られているが、半導体。
を子の微細化が進むに従い、立上り角度ψは80゜〜9
0″ ど、より急角度になり、゛ステップカバレージが
\\低下する傾向にある。ステップカバレージが低下す
る場合には段差部21に施された配線の信頼性が低下す
る。すなわち段差部乞1で膜厚24等が薄くなる蝙為、
この部分の電流密度が増加し、その結果配線寿命が短く
なるのである。従って、段差部21への被膜度すなわち
ステラ朧ブカバレージをできる限り大きくすることがこ
れらの半導体製造技術では重要なテーマとなってくる。
・さらに、段差部の被膜では、現在の装置は第6図に示
されるような問題もかかえ【いる。すなわち基板20表
面上に形成された段のうち、基板中央部に形成された段
31と基板の外周近くに形成された段32のステ、プヵ
バレージが互いに異なるという問題である。基板中央部
に形成された段31の左右の段差33.34に対するス
テップカバレージは殆んどその差を生じない。ところが
、基板外周近くに形成された段32の左右の段差35.
36に対しては、基板中心方向の段差35のステップカ
バレージと基板外周方向の段差36のステップカバレー
ジとでは大差が現われ、基板外周方向の段差36のステ
ップカバン、−ジが低下する。この理由は基板の中心方
向から飛来するスパッタ原子37の量に比べて基板外周
方向から飛来するスパッタ原子380景が少なくなるた
めである。このスパッタ原子の飛来量の差は、第4図に
おけるターゲット1と基板2の位置関係を見れば明白で
ある。
更に付営すると、半導体技術の急速な進歩はウェハの径
をも急速に大きくしている。その結果、大きいウェハ上
に均一な膜を形成するためには大径のウェハに見合うだ
けの大径のカソード、′犬径のターゲットを必要とし、
必然的に装置の大型化をまねく。従って如何にすれば小
屋の装置で大径のウェハ上に均一な膜、均一なステ、プ
ヵバレージを形成するかは、大きい技術課題となってい
る。
(発明の目的) 本発明は現在の枚葉処理型スパッタリング装置が直面し
ている前述の問題を解決し、小型の装置で大径のウェハ
上に均一な膜厚、均一なステップカバレージの膜を形成
できる装置の提供を目的とする。
(発明の構成) 本発明は、基板はその表面と直交する回転軸のまわりに
所定速度で回転せしめ、スパッタリングターゲットの中
心からターゲットの表面に立てた垂線は前記基板表面と
交叉せしめ、前記基板と前記スパッタリングターゲット
とを非平行に対向配置する構成のスパッタリング装置に
よって、上記目的を達成したものである。
(実施例) 筑1図は本発明の実施例であり、基板2はスパックリン
グターゲット1と対向配置されているが、従来の装置と
違って、基板2の表面とスパッタリングターゲット19
表面は平行でない。又、基板2は、その中心51を通り
基板表面に垂直な回転軸50のまわりに一定速度で回転
している。この基板の中心51は、スパックリングター
ゲット1の中心軸40蕉長上に雷がれ、基板の回転軸5
゜はスパッタリングターゲットの中心軸4に対し角度θ
だゆ傾いている。この構成によれば、基板中央部に入射
するスパッタリング原子52の量及び角度と、基板外周
部に入射するスパッタリング原子53の平均入射角度及
び平均入射量をはぼ等しくすることができ、前述したス
テップカバレージ分布の問題を解決することができる。
基板2は回転軸50の周囲を一定速度奪で回転している
為基板上半径方向の膜厚分布は、従来よりもはるかに均
一にすることができる。
回転軸50とスパッタリングターゲットの中心軸4のな
す角度θは、基板2内の膜厚分布及びステップカバレー
ジが最良になるような値に設定される。ステップカバレ
ージに対する最適なスパッタリング原子の入射角度につ
いては、I参A・Blech (so目d  5tat
e  technology/日本版/March 1
984 )に詳細な報告がありそのデーターを参考にし
てその最適値を決定することができる。I ” A I
IBlechによれば最適なステップカバレージを得る
ためには、スパッタリング原子の入射角度の分布を現わ
す気相分布関数を求め、その中心角(気相分布関数のピ
ークとなる入射角度−最も多くの原子が入射してくる角
度)及び半値角(気相分布関数の広がりを示す角度)を
適値に設定すべきである。
それらの値は段差の形状によっても異なるが、中心角は
306〜60″、半値角は40″〜60°程度が良いと
している。この値を本発明にあてはめると、中心角は回
転軸50と中心軸4のなす角θに相当し、半値角は、ス
パッタリングターゲット1の大きさ、スパッタリングタ
ーゲット1と基板2との距離、そしてスパッタリングガ
スの圧力によって変化する債となる(すなわち回転軸5
0−と中心軸4のなす角度θは30″〜60°の間の任
意の値に設定すれば良く、一方半値角は、スパッタリン
グターゲット1の大きさ、ス/くツタリングターゲット
1と基板2との距離、そしてスパッタリングガスの圧力
等によって適値を選定することになる。
基板内膜厚分布に対しても、同様に、スパッタリングタ
ーゲット1の大きさ、スパッタリングターゲット1と基
板2との距離等によって膜厚分布が最良になるような角
度θを設定する。但しこの場合の角度θは先に述べた3
0°〜60°とは必ずしも一致しないが、両者の間には
障害を生ずるほどの相違具は見られない。
基板の回転に関して言えば、基板内の径方向に対する膜
質の均一化を図る為には膜付は処理の開始から終了まで
に、数回転から数十回転することb′−望ましく、例え
ば膜付は時間が一分間程度であれば回転速度は毎分数回
転から数十回転の速度を採用すべきである。
第2図は本発明の別の実施例であり第1図の実施例と同
様に、基板2はその中心51を通り基板表面に乎直な回
転軸50を軸にして一定速度で回転し、回転軸50はス
パッタリングターゲット1の中心軸4とは角度θだゆ傾
いている。この実施例が先の実施例と異なる点は、中心
軸4の延長線が基板2の中心51を外れて点55を通過
することである。この構成により、基板内の膜厚分布及
びステップカバレージ分布の均一化をより精度のよ℃・
ものにすることができる。
第3図は本発明の更に別の実施例であり先の二つの実施
例と同様に基板2はその中心51を通り基板表面に垂直
な回転軸50を軸にして一定速度で回転し、回転軸50
はスパッタリングターゲット1の中心軸4とは角度θだ
け傾いている。第3図の実施例が第1図の実施例と異な
る点は、先づ、第2図のときと同様に、中心軸4の市長
線が基板2の中心51と外周54を結ぶ直綾の中央付近
56を通過することである。そしてこれに加えて、本実
施例の場合はスパッタリングターゲット1の径が基板2
の径の約半分の大きさよりも若干大きい程度の小径にな
り装置を小型化している。この構成の装flKよる処理
では、基板2上には、スパッタリングターゲット1に面
した部分にのみ膜が形成されることになるが、基板2は
回転軸51を中心に回転している為、結果的には基板面
全面に均一な膜を付けることができる。
第4図に示した従来の実施例あるいは第1図に示した本
発明の実施例では、均一な膜質な得るためにスパッタリ
ングターゲット1の径は基板2の径の約2倍稈度の大き
さであることが必要である。
これに対して第3図の実施例の構成では、ステップカバ
レージの分布に関しては、第1図の実施例で述べたと同
程度の性能を維持したままスパッタリングターゲット1
の大きさを小さくすることができる。
更にこの図の実施例においては、上記のほかに、スパッ
タリングターゲットlと基板2の間にスパッタ原子を遮
蔽する遮蔽板57を設けている。この付設によってば、
これが無い場合に較べて、膜厚分布、ステップカバレ−
ジ分布を修正補償することができ、均一化を一層高める
効果が生まれる。
この遮蔽板57の付設は、第1図、第2図の実施例の場
合にも効果を生ずる。しかし最も効果が大きいのは第3
図の実施例の場合である。
(発明の効果) 本発明によれば、基板内の膜厚分布、ステップカバレー
ジ分布の均一化が図れると共に、基板が大きくなった場
合にでもスパッタリングターゲットを犬にすることなく
、、J−型の装置で良質のスパッタリング膜を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例の枚葉処理型スパッタリング
itのスパッタリングターゲットと基板の位置関係を表
わした断面図。 第2図は、別の実施例の同様の図。 第3図は、更に別の実施例の同様の図。 第4図は、従来の装置の同種の図。 第5図は、ステップカバレージを説明する断面図。 第6図は、ノ&板上に形成されている段差に対する薄膜
のステップカバレージの分布を示す断面図。 1・・・スパッタリングターゲット、  2・・・基 
板3・・・スパッタリン゛グカンード、 4・・・スパッタリングターゲットの中心線、50・・
・基板の回転軸、 51・・・基板の中心、54・・・
基板の外周、   56・・・基板の中心と外周を結ぶ
直線の中間付近の位潅、57・・・スパッタ粒子の遮蔽
板、  θ・・・基板の回転軸とターゲットに立てた垂
iaのなす角。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)1個のスパッタリングターゲットと、該スパッタ
    リングターゲットから飛来するスパッタリング原子によ
    って被膜されるべき1個の基板とが対向配置される構成
    のスパッタリング装置において、該基板はその表面と直
    交する回転軸の回りに所定の速度で回転せしめ、該スパ
    ッタリングターゲットの中心からその表面に立てた垂線
    は、該回転運動をする基板表面と交叉せしめ、該基板と
    該スパッタリングターゲットとを非平行に対向配置した
    ことを特徴とするスパッタリング装置。
  2. (2)該垂線が回転運動する該基板表面と交叉する点は
    該基板面のほぼ中心であり、さらに該基板の回転軸は該
    基板面のほぼ中心を通過するような構造である特許請求
    の範囲第1項記載のスパッタリング装置。
  3. (3)該垂線が回転運動する該基板表面と交叉する点は
    該基板のほぼ中心と外周との中間であり、さらに該基板
    の回転軸は該基板面のほぼ中心を通過するような構造で
    ある特許請求の範囲第1項記載のスパッタリング装置。
  4. (4)回転運動する該基板及び静止する該ターゲットは
    いずれも円板形状をしており、該ターゲットよりも小さ
    くかつ該基板の直径 の直径は該基板の直径よりも小さくかつ該基板の直径の
    1/2よりも大きい寸法であって、該基板上に均一な厚
    みの膜が形成されるよう該基板表面と該ターゲット表面
    のなす角が選定されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第3項記載のスパッタリング装置。
  5. (5)該基板と該ターゲットの間に、スパッタ粒子の飛
    行を制限する遮蔽板を設けたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のスパッタリング装置。
JP13996984A 1984-07-06 1984-07-06 スパツタリング装置 Pending JPS6119774A (ja)

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Cited By (4)

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