JPS63103068A - スパツタリング装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明スパッタリング装置に係り、特に膜厚分布制御機
構を備えたスパッタリング装置に関する。

（従来の技術） 近年、薄膜形成装置としてターゲットをスパッタして飛
翔した粒子をたとえば半導体ウェハ等の基板に付着させ
て薄膜を形成するスパッタリング装置が盛んに使用され
ている。

このスパッタリング装置では、ターゲットの形状が成膜
特性に重要な影響を与えるため、その形状に種々の工夫
がなされている。

またターゲットの特性として、ターゲットスパッタ質量
に対する膜付質量の比いわゆる成膜比率が高くしかもタ
ーゲット消耗における成膜効率の変ｆヒが少ないものが
要望されている。そこでこれらの要望を満たすため、タ
ーゲットのスパッタ面を逆円錐リング形状として、この
ターゲットに半導体１ウエハを対向配置してスパッタ処
理を行なうスパッタリング装置が使用されていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしなから、上述したスパッタ面が逆円錐リング形状
のターゲットを使用した場合、スパッタリングにより飛
翔した粒子はターゲット中心下方向へ飛翔するため、基
板中心部への粒子の付着量が外周部に比べて多くなり、
基板中心部の膜厚が外周部に対して厚くなるという問題
があり、さらに基板上の膜厚分布を任意に設定したい場
合には、ターゲットのスパッタ面を希望する膜厚分布が
得られるような形状に変更しなければならず、ターゲッ
トの交換作業が整雑であること、ターゲットが高価であ
るため経済性が悪化すること等の問題から任意の膜厚分
布を設定することは非常に困難であった。

また、スパッタ処理時間の経過にともないターゲットの
スパッタ面が消耗して飛翔粒子の軌跡が変化し初期の成
膜作業を行なうことが困難となることから、通電一定期
間ごとにターゲットの交換が行なわれていた。ところが
ターゲットは高価であるため、経済性向上という観点か
らターゲット交換時期を少しでも長くできる手段が要望
されていた。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
で、ターゲット形状を変えることなく任意の膜厚分布が
得られ、しかも均一な成膜やターゲットの寿命の延命が
はかれるスパッタリング装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明スパッタリング装置は、逆円錐リング形状のスパ
ッタ面を有するターゲットをスパッタして飛翔した粒子
によりターゲットに対向配置した基板上に薄膜を形成す
るスパッタリング装置において、ターゲットと基板間に
ターゲットとほぼ平行にターゲットから基板上に飛翔す
る粒子の一部を阻止する膜厚分布制御板を設けたことを
特徴とするものである。

また上記膜厚分布制御板は表面に格子状の凹凸を形成し
たものが、膜厚分布制御板に付着した薄膜の剥離が防止
でき好適である。

（作　用） ターゲットとこれに対向配置された基板との間に設けら
れたターゲットから基板上に飛翔する粒子の一部を阻止
する膜厚分布ｖ制御板は、その形状、取り付は位置を変
えることで、基板上の膜厚分布を任意に変更することが
でき、ターゲット形状の変更と同等の効果を得ることが
できる。

（実施例） 以下本発明をマグネトロンスパッタリング装置に適用し
た一実施例について説明する。

気密を保持する円筒状の反応槽１内にはそれぞれ同心円
状に構成されたウェハ処理室例えばウェハ挿脱室２、エ
ツチング処理室３、ウェハ加熱室４、第１スパツタ処理
室５および第２スパツタ処理室６がそれぞれ半導体ウェ
ハの処理工程順に並置されている。そして、半導体ウェ
ハはウェハ挿脱室２から図示を省略したウェハ搬送装置
により反応ｌＷｌ内に挿入され、各処理室間３順に送ら
れなから所定の処理が施され、一方つエバ挿脱室２から
は順次処理の完了した半導体ウェハを取り出すとともに
新たな半導体ウェハを挿入する。

上記スパッタ処理室のさらに具体的な構成を第２図ない
し第４図を参照にして説明する。

スパッタ処理室５内にはスパッタ電極部７が反応ＪＭ１
内壁面と平行に設けられており、このスパッタ電極部７
と対向して半導体ウェハ８が配置されている。

スパッタ電極部７側内方向を覆うように円筒状の隔壁９
がスパッタ電極部７背面の反応槽１内壁から延設されて
いる。

隔壁９前縁部と反応槽１内壁との間には、反応槽１内の
雰囲気気体が各処理間を流通可能となるように間隙１０
が設けられている。

スパッタ電極部７は逆円錐リング状スパッタ面のターゲ
ット１１と、このターゲット１１の中心部に配置された
円板状の一方極例えばＮ磁極１２と、ターゲット１１の
外周部を取り囲むように隔壁９前縁部に装着された環状
の他方極例えばＳ磁極１１３とから構成されており、こ
れら磁ｆｆ１１２、１３によりターゲット１１のスパッ
タ面近傍に弧状の磁界Ａを形成する。この弧状の磁界Ａ
は後述する生成されたプラズマ粒子を一時閉じ込める作
用をする。

この実施例では、半導体ウェハ８にアルミニウムの薄膜
を形成する例を示しており、ターゲット１１の材料とし
て高純度のアルミニウムを用いている。

隔壁９前縁部とわずかな間隙をおいて駆動機構１４によ
り隔壁開口を開閉する円板状のシャッタ１５が設けられ
ている。

シャッタ１５のターゲット側には第３図に示すように半
導体ウェハ８と平行に厚さ約３１１、外径的１００Ｉｎ
＋　、内径的７０ｎＩｌのリング状のステンレス製膜厚
分布制御板１６がＮ磁極１２から４本の支持部材１６ａ
に支持されて＼磁極下方４０ｔａｍの位置に配置されて
いる。この膜厚分布制御板１６の表面には薄膜剥離防止
用の格子状浅溝が形成されている。なお、支持部材１６
ａはＮ磁極１２にボルトで固定された支持盤１６ｂに固
着されている。

隔壁９前縁部と反応槽１内壁面との間隙１０には、ウェ
ハ固定用孔１７にクリップ１８で半導体ウェハ８を保持
した回転可能な円板状のトランスファープレート１９と
、トランスファープレート１９の隔壁９側に位置し図示
を省略した密着機構によりトランスファープレート１９
を押圧する円板状のプレッシャープレート２０が反応槽
１内壁と平行に設けられている。これらトランスファー
プレート１９、プレッシャープレート２０および反応槽
１内壁面はそれぞれ離間可能に取り付けられており、半
導体ウェハ８を他の処理室例えば第２スパツタ処理室６
に移動する際には、プレッシャープレート２０を隔壁９
側に後退させてトランスファープレート１つが回転可能
な状態とする。

なお図示した状態はスパッタ処理中を示しており、トラ
ンスファープレート１９がプレッシャープレート２０に
押圧されてその移動が拘束されている状態を示している
。

半導体ウェハ８背面にはウェハ予備加熱用の辷−タブロ
ック２１が配置されており、このし−タブロック２１を
貫通してスパッタリングガス導入管２２が設けられてい
る。スパッタリングガスはこのガス導入管２２内を流れ
て半導体ウェハ８背面外周に設けられた排出口２２ａよ
り反応Ｉｌｌ内に流入する。

このような構成のスパッタリング装置によれば、スパッ
タ処理室５内に半導体ウェハ８を搬送した後、反応槽１
内を真空ポンプ２３により高真空例えば１Ｏ−７Ｔｏｒ
ｒとし、高温のスパッタリングガス例えばアルゴンガス
をガス導入管２２から導入する。

このときスパッタリングガスの熱がヒータブロックを２
１を介して半導体ウェハ８に伝達されこれを加熱する１
次に予め定められたプログラムによる適当なタイミング
でターゲット１１に電力を印加して反応′ＷＩｌ内に導
入したスパッタリングガスをターゲット１１近傍でプラ
ズマ化する。プラズマ化したスパッタリングガスはター
ゲット１１近傍に発生した磁界Ａにより第４図中Ｂで示
す如くターゲット１１のスパッタ面近傍にドーナツ状に
一時閉じ込められ、このとき励起されたプラズマ粒子が
ターゲット１１に衝突してアルミニウム粒子ａをたたき
出す。そしてシャッターラが回転して開いたとき、たた
き出されたアルミニウム粒子ａはスパッタ処理室内に飛
翔し、この飛翔粒子の一部が半導体ウェハ８上に付着堆
積してアルミニウムの薄膜形成が達成される。

ところで本例のようにターゲット１１のスパッタ面が逆
円錐リング状である場合、ターゲット１１から飛翔した
アルミニウム粒子ａの大部分は図中Ｃで示す如くターゲ
ット１１の中心部下方へ向って飛散するため、半導体ウ
ェハ８の中心部が外周部に比べて粒子の付着量が多くな
り、中心部の膜厚が外周部に比べ厚くなってしまい、均
一な成膜作業を行なう上で大きな問題となるが、膜厚分
布制御板１６を設けているのでこのような問題は生じな
い。即ち、膜厚分布制御板１６を半導体ウェハ中心部に
向って飛翔する粒子の軌跡の一部をさえぎるように配置
しているため、半導体ウェハ中心部へ向う飛翔粒子の一
部が膜厚分布制御板１６に捕獲され、半導体ウェハ８に
到達する粒子量が全体的に平均化されるためである。

さて、膜厚分布制御板１６に飛翔粒子が付着堆積して膜
厚分布制御板１６表面に薄膜が形成されると、この薄膜
が剥離して浮遊し、半導体ウェハ８へ付着して薄膜欠陥
を発生させたり、スパッタ電極７近傍で異常放電を誘発
してターゲット１１の破損の原因となるが、第５図に示
すように膜厚分布制御板１６表面に格子状の浅溝３０が
形成されているためこのような問題は発生しない、即ち
、浅溝３０により薄膜３１とａ厚分布制御板１６との接
触面積が大きくなり、両者の密着力が強く薄膜が容易に
剥離しないためである。また膜１ｇ分布制御板１６は支
持盤１６ｂを取り付けているボルトを外すだけで容易に
交換可能であるため、定期的に膜厚分布１制御板を交換
して上記問題を解決してもよい。

ところでスパッタリング装置では、スパッタ処理時間の
経過にともないターゲット１１のスパッタ面が消耗して
変形しスパッタ面からの粒子の飛翔角度が変化するため
、均一な成膜作業がスパッタ処理時間の経過にともない
次第に困難となる。

通常、一定期間ごとにターゲットの交換を行なって上記
問題に対処していたが、本発明の他の実施例として、変
化した飛翔粒子の軌跡を補正するように膜厚分布制御板
を配設すればターゲットを交換することなく均一な成膜
作業が続行できるのでターゲットの寿命が延命し、大福
な経済的効果がはかれる。

本発明は上述実施例に限定されるものではなく、膜厚分
布制御板の取り付は位置、形状を変えることで、ターゲ
ット形状を変更することなく膜厚分布を任意に例えば半
導体ウェハ外周部を厚く中心部を薄くする等の膜厚分布
制御を行なうことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のスパッタリング装置によれ
ば、ターゲット形状を変更することなく任意の膜厚分布
が得られるので、均一な成膜作業が可能で、しかもター
ゲット寿命の延命による経済性の大福な向上がはかれる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用しなマグネトロンスパッタリング
装置のウェハ処理室の配置を示す斜視図、第２図は第１
図のスパッタ処理室の拡大断面図、第３図は第１図のス
パッタ電極部を下方から見た斜視図、第４図は第２図の
部分拡大断面図、第５図は膜厚分布制御板の部分拡大断
面図である。 １・・・・・・反応槽、う・・・・・・第１スパツタ処
理室、７・・・・・・スパッタ電極、８・・・・・・半
導体ウェハ、１１・・・ターゲット、１６・・・・・・
膜厚分布制御板、３０・・・浅溝、３１・・・・・・薄
膜。 出願人　　　　　東京エレクトロン株式会社代理人　弁
理士　須　山　佐　− 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）逆円錐リング形状のスパッタ面を有するターゲッ
   トをスパッタして飛翔した粒子により前記ターゲットに
   対向配置した基板上に薄膜を形成するスパッタリング装
   置において、 前記ターゲットと前記基板間にターゲットとほぼ平行に
   ターゲットから基板上に飛翔する粒子の一部を阻止する
   膜厚分布制御板を設けたことを特徴とするスパッタリン
   グ装置。
2. （２）膜厚分布制御板がリング状の平板でターゲット内
   周部に設けられたアノード電極から吊設されていること
   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。
3. （３）膜厚分布制御板の表面に格子状の凹凸を形成した
   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。