JPS63293162A - プラズマ処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理技術、特に、プラズマを閉じ込
めるための電磁界の形成技術に関し、たとえば、半導体
装置の製造工程において、ウェハ上に金属等の被膜を形
成するスパンタリング装置（スパッタ装置）に利用して
有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、ウェハと呼称される半
導体薄板上に金属膜を形成する工程がある。被膜形成装
置は種々あるが、その一つとしてスパッタリング装置が
知られている。このスパッタリング装置の一つに、プレ
ーナマグネトロンスパッタリング装置がある。このプレ
ーナマグネトロンスパッタリング装置は、高周波電圧ま
たは直流電圧が印加されてプラズマを形成する一対の電
極と、ターゲットに接する電極の裏面側に配設されて公
転する磁石（磁極体）とを備えており、磁石の磁界によ
ってプラズマをターゲット主面近傍に閉じ込めることに
より、電子のウェハ衝撃による温度上昇、半導体デバイ
スへのダメージ等を防止するように構成されている。な
お、スパッタリング技術を述べである例としては、株式
会社工業調査会発行「電子材料Ｊ１９８１年１１月号別
冊、昭和５６年１１月ｌＯ日発行、Ｐ１４５〜Ｐ１４７
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のようなプレーナマグネトロンスパッタリング装置
においては、磁石に対応して局所的に閉じ込められたプ
ラズマが、ターゲットの面内同一場所を公転することに
なるため、ウェハへの成膜速度が低く、ターゲット消耗
が不均一となり、ウェハ内の膜厚分布が不均一になると
いう問題点があることが本発明者によってあきらかにさ
れた。

本発明の目的は、被膜形成分布が均一となるプラズマ処
理技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、ターゲ７）寿命が長くできるプラ
ズマ処理技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、処理速度が早いプラズマ処理技術
を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりであすなわち、本発
明のスパッタ装置にあっては、主面が被処理物であるウ
ェハに対面するターゲットと、このターゲットの主面側
にプラズマを発生させる一対の電極と、前記ターゲット
の裏面側にターゲットに対面して配設されかつ回転制御
されるプレートと、このプレート主面に配設された複数
の磁極体と、からなるとともに、前記磁極体は複数組の
ＳＮ極を有し、かつ各ＳＮ極はプレートの回転中心を中
心とする半径方向に沿って配設され、さらに各磁極体に
おけるＳＮ極の間隔は磁極体によって相互に異なるよう
に構成されている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明のスパッタ装置にあって
は、ターゲット主面側に形成されるプラズマを閉じ込め
るｉｎｓ体は、ターゲットに対面するプレート主面に複
数配−設され、かつ、各磁極体におけるＳＮ極のピッチ
は相互に異なっている。

したがって、プレートの回転によって磁極体によって閉
じ込められたプラズマが、プレートの回転によって経時
的にターゲット主面全域に発生したものとなる。この結
果、スパッタがターゲット全域で行なわれることがらウ
ェハ主面全域に均一に被膜が形成され、かつ被膜形成速
度が早くなる。

また、ターゲットは主面全域が均一に消耗するため、タ
ーゲットの寿命も長くなる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるスパッタ装置の要部を
示す断面図、第２図は同じくプレートの磁極体の配列状
態を示す拡大断面図である。

この実施例のスパッタ装置は、処理室１を備えており、
処理室ｌにはクライオポンプや油拡散ポンプ等の真空ポ
ンプに接続されている排気口２と、アルゴンガス等のガ
スが供給されるガス供給口３と、被処理物としてのウェ
ハ５を出し入れするための開閉口４とが開設されている
。処理室１内には一対の電極６．７がそれぞれ配設され
ており、両電極６．７間には直流電圧または高周波電圧
を印加するための電源８が接続されている。開閉口４側
に配された電極（以下、第１電極とする。）６は、支軸
９によって水平位置と垂直位置との商を矢印に示すよう
に往復回動するように支持されており、開閉口４付近に
おいて水平に倒れてウェハ５を移載するとともに、垂直
に起立した状態でウェハ５を他方の電極（以下、第２電
極とする。

）７に対向させるように構成されている。また、第１電
極６の裏面にはヒータ１０が付設されている。このヒー
タ１０はウェハ５を、たとえば２００℃〜３００℃程度
に加熱し得るように構成されている。

第２電極７は略円板形状の中空体に形成されて処理室１
の一側壁に固設されており、内部に配設された冷却部１
１により冷却されるように構成されている。第２電極７
の外面には、ウェハ５上に被着させるべき金属膜等と同
質の材料を用いて略円板形状に形成されたターゲラ）１
２が前記第１電極６に保持されたウェハ５に対向し得る
ように配設されている。

処理室ｌ外部における第２電極７の中心延長線上に対抗
する位置には、モータ１３が設備されている。このモー
タ１３の回転軸１４は、処理室ｌ壁を通して第２電極７
の内部に挿入されている。

前記回転軸１４の先端は第２電極７の内部において略円
板形状に形成されたプレート１５を支持している。この
プレート１５は前記ターゲット１２と略同心的に配され
ていて、前記回転軸１４の回転によって回転する。前記
プレー）１５の主面、すなわち、前記ターゲット°１２
に対面する面には、複数個（図示例においては４個）の
磁極体１６が周方向に略等間隔に環状に配設されている
。各磁極体１６の配列構成は、磁束１７がそれぞれ直径
方向に形成されるようになっている。したがって、磁束
１７が延在する方向と磁極体１６の移動方向は交差する
。また、それぞれの磁極体１６は、プレート１５の回転
軸１４からの距離が異なるように磁極（Ｓ極、Ｎ極）の
配列ピッチ（Ｓ極とＮ極との間隔）を変えて配設されて
いる。

次にプラズマ処理について説明する。

最初に、第２電極７に所定のターゲラ）１２が装着され
るとともに、第１電極６に処理すべきウェハ５がセント
される。その後、ウェハ５がターゲット１２に対向され
る。

つぎに、処理室ｌが真空排気口２により、たとえば、１
Ｇ−’Ｔｏｒｒと高真空に排気される。

その後、ガス供給口３からアルゴンガスが処理室ｌに供
給される。このアルゴンガスの供給によって、処理室１
内は、たとえば、１Ｇ−”Ｔｏｒｒ程度となる。

つぎに、前記両電極６．７間に電源８により直流電圧が
印加され、また、モータ１３によりプレー１−１５が回
転される。また、両電極６，７間への電圧印加によって
、ターゲット１２の主面側に点々で示されるようにプラ
ズマ１８が形成される。

この際、プラズマ１８は、各磁極体１６が形成する磁束
１７によってそれぞれ束縛されることによってターゲッ
ト１２の近傍に閉じ込められる。そして、各磁極体１６
の束縛によってプラズマはそれぞれ異なる位置に局所的
に形成されることになるが、磁極体１６がプレー）１５
と一体回転するため、各局所的プラズマ領域はターゲラ
）１２の主面側に、ターゲット１２の中心を回転中心と
して公転することになる。この結果、４＆Ｉの磁極体１
６のＳＮ極間のピッチ配列が異なるため、ブラ、ズマ１
８はターゲット１２の主面全域上を（まなく通過するこ
とになる。また、プレート１５の中心から外れるにつれ
てプレー）１５各部の回転速度は速くなる。したがって
、実施例では、磁極体１６の幅を変化させである。この
ような各種の配慮によって、経時的に見れば、ターゲッ
ト１２の主面全域で均一なプラズマ処理ができるように
なっている。

プラズマ１８の励起によって、ターゲット１２がスパッ
タリングされ、被スパツタリング原子がウェハ５上に被
着される。その結果、ウェハ５上には所望の金属膜等が
形成されることになる。このとき、プラズマ１８はター
ゲ−／　ト１２の近傍に閉じ込められるため、電子がウ
ェハ５に衝突することは抑制され、電子のウェハ衝撃に
よる温度上昇、温度上昇によるデバイスのダメージ等が
抑制される。

ところで、１個の磁石がターゲットの中心を中心として
公転するように構成されている場合、その１個の磁石が
形成する局所的プラズマ領域がターゲットの主面上を公
転することになるため、ウェハへの成膜速度が低くなる
とともに、ターゲットの消耗が不均一となり、かつウェ
ハ内の膜厚分布も不均一となる。これらの現象は、局所
的プラズマ領域が１個所であるため、ターゲツト面上の
電子の閉じ込め密度が小さく、ターゲットのスパッタリ
ング寄与率が小さいことによる。また、これは、単一の
プラズマ領域が公転するため、ウェハ上においてそのプ
ラズマ領域の通過顧度が相違する個所が発生することに
よる。

しかし、本実施例においては、プラズマ１８は局所的に
閉じ込められるが、互いにプラズマ領域（プラズマ領域
長さ）の異なる複数領域が公転することにより、経時的
に見ればターゲット１２の全面に対して均一に発生して
いるのと同等となるため、ウェハ５への成膜速度は早く
なるとともに、膜厚分布も均一となる。また、スパッタ
はターゲットの主面全域に亘って行なわれるため、ター
ゲットは主面全域が均一に消耗し、部分的な消耗が生じ
ないことから、寿命が長くなる。

（１）本発明のスパッタ装置にあっては、複数個の磁極
体を電極に対して公転させるように構成しであることか
ら、各磁界によって局所的に閉し込められた複数個のプ
ラズマを公転させることができるため、プラズマを経時
的にターゲット全面に発生させることができ、この結果
、ウェハへの成膜速度を高めることができるとともに、
ターゲツト材の消耗を均一化し、膜厚分布の均一性を向
上させることができるという効果が得られる。

（２）上記（１）により本発明のプラズマ処理装置は、
成膜速度を高めることができるため、生産性の向上を達
成できるという効果が得られる。

（３）上記（１）により本発明のプラズマ処理装置は、
ターゲツト材の使用効率が向上するためターゲットの寿
命が長くなるという効果が得られる。

（４）上記（１）により本発明のプラズマ処理装置は膜
厚分布を均一化させることができるため、製造歩留り、
および製品の品質ならびに信顧性の向上を高めることが
できるという効果が得られる。

（５）上記（１）により本発明のプラズマ処理装置は、
磁石によってプラズマをターゲットの主面側に閉し込め
ることができることから電子がウェハに衝突するのを制
御することができるため、電子のウェハ衝撃による温度
上昇や温度上昇によるデバイスへのダメージ等を防止す
ることができるという効果が得られる。

（６）上記（１）により本発明のプラズマ処理装置はウ
ェハ主面全域に均一に被膜を形成できる構造となってい
ることから、直径１５０ｍｍ〜２００ｍｍあるいはこれ
以上に寸法の大きいウェハ、すなわち、大口径のウェハ
に対しても均一にかつ速い速度で被膜を形成することが
できるという効果が得られる。

（７）上記（１）〜（６）により、本発明によれば、膜
厚均一化、成膜速度向上、ターゲット寿命向上により、
品質の優れた被膜を安価に形成できるという相乗効果が
得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、複数個の磁極
体は電極の中心線の周りを公転するように構成するに限
らず、複数個の磁極を無限軌道帯に配列して電極の裏面
を通過していくように構成してもよい。また、磁極体は
永久磁石を使用するに限らず、電磁石を使用してもよい
。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるプレーナマグネトロ
ンスパッタリング装置に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、５−Ｇｕｎスパッ
タリング装置や同軸マグネトロンスパッタリング装置等
にも通用することができる。また、スパッタリングの成
膜処理に限らず、スパッタエツチング処理はもちろん、
プラズマＣＶＤ処理やドライエツチング処理等にも適用
できる。

本発明は少なくとも、直流電圧または高周波電圧の印加
によりプラズマを形成せしめて処理を行うプラズマによ
る処理技術には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明のスパッタリング装置にあっては、複数個の磁極
体を電極に対して移動するように設けることにより、各
磁界によって局所的に閉じ込めた複数のプラズマを移動
することができるため、プラズマが被処理物の全面にお
いて発生しているのと同等な状態を作り出すことができ
、処理速度を高めることができるとともに、処理を均一
化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスパッタ装置の要部を
示す断面図、 第２図は同じくプレートの磁極体の配列状態を示す拡大
断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ターゲット主面側にプラズマを形成する一対の電極
   と、前記プラズマをターゲット主面上に閉じ込めるＳ極
   およびＮ極からなる磁極を有する磁極体と、前記磁極体
   を移動させる駆動部とを有するプラズマ処理装置であっ
   て、前記磁極体は磁極体の移動方向に交差する方向に沿
   って複数配設されていることを特徴とするプラズマ処理
   装置。 ２、前記各磁極体は磁極体の移動方向に交差する方向に
   磁場を形成するように構成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。 ３、前記各磁極体は回転するプレートに同心円的に配列
   されているとともに、各磁極体におけるＳ極およびＮ極
   は半径方向に沿って配設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。 ４、前記磁極体は複数組の磁極を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第３項記載のプラズマ処
   理装置。 ５、前記各磁極体におけるＳ極とＮ極の間隔は各磁極体
   において相互に異なるように構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第３項若しくは第４
   項記載のプラズマ処理装置。 ６、前記磁極体によって形成される磁場の一部は、磁極
   体群の移動によってほかの磁極体による磁場の一部の軌
   跡と重なることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は３項乃至第５項いずれか記載のプラズマ処理装置。