JP2011068965A - Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate treatment device in which the angle of a target can be adjusted. <P>SOLUTION: The substrate treatment device comprises: an ion source generating ions; a target to which an ion beam emitted by the ion source is emitted; a target holder holding the target; a substrate holder holding the substrate at a position to be deposited with target component grains sprung out from the target; and an angle adjustment part adjusting the angle of the target to the ion beam. The angle of the target held in the target holder is adjusted by an angle adjustment part, the ion beam emitted by the ion source is emitted to the target, and the target component sprung out from the target is deposited on the substrate held by the substrate holder. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method.

半導体装置の製造方法において、半導体装置を作り込む基板に薄膜を形成する基板処理装置としては、真空容器内にスパッタリング装置を設けたもの、がある。例えば、特許文献１参照。   In a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing apparatus for forming a thin film on a substrate on which a semiconductor device is formed includes a sputtering apparatus provided in a vacuum vessel. For example, see Patent Document 1.

特開２００６−１２４７９２号公報JP 2006-124792 A

しかしながら、スパッタリング装置のターゲットの角度を調整することができないという問題点があった。   However, there is a problem that the angle of the target of the sputtering apparatus cannot be adjusted.

本発明の目的は、ターゲットの角度を調整することができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of adjusting the angle of a target and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

前記課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。 Typical means for solving the above problems are as follows.
An ion source for generating ions;
A target irradiated with an ion beam emitted by the ion source;
A target holder for holding the target;
A substrate holder for holding the substrate at a position where target component particles ejected from the target are deposited;
An angle adjusting unit for adjusting an angle of the target with respect to the ion beam;
A substrate processing apparatus.

この手段によれば、ターゲットの角度を調整することができる。   According to this means, the angle of the target can be adjusted.

本発明の第一実施形態である基板処理装置を示す正面図である。It is a front view which shows the substrate processing apparatus which is 1st embodiment of this invention. その平面図である。FIG. その側面断面図である。FIG. イオン源を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows an ion source. ターゲットチャックを示しており、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。The target chuck | zipper is shown, (a) is side surface sectional drawing, (b) is a bb arrow line view of (a), (c) is sectional drawing which follows the cc line of (b). ＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the film-forming example of SPRAM. 入射角度別スパッタ粒子分布図である。It is a distribution map of sputtered particles according to incident angle. ターゲットの傾斜角度調整状態を示す各側面図である。It is each side view which shows the inclination angle adjustment state of a target. 本発明の第二実施形態である基板処理装置のターゲットチャックを示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the target chuck | zipper of the substrate processing apparatus which is 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態である基板処理装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。The substrate processing apparatus which is 3rd embodiment of this invention is shown, (a) is front sectional drawing, (b) is side sectional drawing. 本発明の第四実施形態である基板処理装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。The substrate processing apparatus which is 4th embodiment of this invention is shown, (a) is front sectional drawing, (b) is side sectional drawing.

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
図１〜図８は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、半導体装置の一例であるＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory)を製造するものとして構成されている。
ＭＲＡＭはスピン注入磁化反転方式を利用したメモリーである。ＭＲＡＭの製造方法においては、数原子層レベルの薄膜を積層して、ＭＴＪ（Magnetic tunnel Junction) 素子を作製する。絶縁膜（目標値で１ｎｍ以下のＭｇＯ膜（酸化マグネシウム膜））を電子の反転を利用するための磁性膜（ＣｏＦｅＢ膜）によって挟んだ極薄膜が、膜の中心部分である。
本実施形態に係る基板処理装置は、基板としてのシリコンウエハ（以下、ウエハという）に複数の薄膜を積層する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 8 show a first embodiment of the present invention.
In this embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured to manufacture an MRAM (Magnetic Random Access Memory) which is an example of a semiconductor device.
The MRAM is a memory using a spin injection magnetization reversal method. In the manufacturing method of MRAM, a thin film of several atomic layers is stacked to produce an MTJ (Magnetic tunnel Junction) element. An ultra-thin film sandwiching an insulating film (MgO film (magnesium oxide film) having a target value of 1 nm or less) with a magnetic film (CoFeB film) for utilizing inversion of electrons is the central portion of the film.
The substrate processing apparatus according to the present embodiment stacks a plurality of thin films on a silicon wafer (hereinafter referred to as a wafer) as a substrate.

図１〜図３に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、直方体函形状に形成された第一収納容器としての第一真空容器１１を備えており、第一真空容器１１は処理室１２を構成している。第一真空容器１１の正面壁には、処理室１２に基板としてのウエハ１を搬入したり搬出するための開口１３が設けられている。開口１３はゲートバルブ１４によって開閉される。   As shown in FIGS. 1 to 3, the substrate processing apparatus 10 according to the present embodiment includes a first vacuum container 11 as a first storage container formed in a rectangular parallelepiped box shape. The container 11 constitutes a processing chamber 12. The front wall of the first vacuum vessel 11 is provided with an opening 13 for carrying the wafer 1 as a substrate into and out of the processing chamber 12. The opening 13 is opened and closed by a gate valve 14.

処理室１２の右側壁にはチルト装置１５が設置されている。チルト装置１５はチルト軸１６を所定角度旋回可能に構成されており、例えば、９０度だけ往復回転させる。チルト軸１６は処理室１２内に挿入されている。チルト軸１６はチルトブロック１７を処理室１２内において支持する。チルトブロック１７には基板ホルダとしてのウエハホルダ１８が配置されている。チルトブロック１７内には回転装置１９が設置されている。回転装置１９はウエハホルダ１８を回転させる。
チルト装置１５はウエハホルダ１８が保持したウエハ１を、水平姿勢と垂直姿勢との間でチルトさせる。
処理室１２の底壁には昇降装置２０が設置されている。昇降装置２０は処理室１２内に配置された邪魔板２１を昇降させる。邪魔板２１はチルトブロック１７の背面側に配置されており、昇降装置２０によって昇降される。 A tilt device 15 is installed on the right side wall of the processing chamber 12. The tilt device 15 is configured to be able to turn the tilt shaft 16 by a predetermined angle and, for example, reciprocates by 90 degrees. The tilt shaft 16 is inserted into the processing chamber 12. The tilt shaft 16 supports the tilt block 17 in the processing chamber 12. A wafer holder 18 as a substrate holder is disposed on the tilt block 17. A rotation device 19 is installed in the tilt block 17. The rotating device 19 rotates the wafer holder 18.
The tilt device 15 tilts the wafer 1 held by the wafer holder 18 between a horizontal posture and a vertical posture.
A lifting device 20 is installed on the bottom wall of the processing chamber 12. The elevating device 20 elevates and lowers the baffle plate 21 disposed in the processing chamber 12. The baffle plate 21 is disposed on the back side of the tilt block 17 and is lifted and lowered by the lifting device 20.

第一真空容器１１の背面壁には、直方体函形状に形成された第二収納容器としての第二真空容器２２が連結されている。第二真空容器２２はターゲット室２３を構成している。ターゲット室２３の容積は処理室１２の容積よりも大きい。すなわち、処理室１２の容積はターゲット室２３の容積よりも小さい。
第一真空容器１１と第二真空容器２２との合わせ壁は、処理室１２とターゲット室２３とを仕切る隔壁２４を構成している。隔壁２４には連通孔２５が所定の位置に設けられている。所定の位置は、後述するターゲットに照射されて反射したイオンの一部が通過し、他部が隔壁２４の壁面に衝突する位置、である。
第二真空容器２２の背面壁下部には、第一真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ２６と、第二真空ポンプとしてのクライオポンプ２７が設置されている。ターボ分子ポンプ２６およびクライオポンプ２７はターゲット室２３、処理室１２および後述するイオン源室を排気する。 A second vacuum container 22 serving as a second storage container formed in a rectangular parallelepiped box shape is connected to the back wall of the first vacuum container 11. The second vacuum container 22 constitutes a target chamber 23. The volume of the target chamber 23 is larger than the volume of the processing chamber 12. That is, the volume of the processing chamber 12 is smaller than the volume of the target chamber 23.
A mating wall between the first vacuum container 11 and the second vacuum container 22 constitutes a partition wall 24 that partitions the processing chamber 12 and the target chamber 23. The partition wall 24 is provided with a communication hole 25 at a predetermined position. The predetermined position is a position where a part of ions irradiated and reflected by a target described later passes and the other part collides with the wall surface of the partition wall 24.
A turbo molecular pump 26 as a first vacuum pump and a cryopump 27 as a second vacuum pump are installed at the lower part of the back wall of the second vacuum vessel 22. The turbo molecular pump 26 and the cryopump 27 exhaust the target chamber 23, the processing chamber 12, and an ion source chamber described later.

第二真空容器２２の背面壁の上部には回転装置２８が水平方向に設置されている。回転装置２８の回転軸２９はターゲット室２３に前後方向に延在するように水平に挿入されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０をターゲット室２３内で支持している。
ターゲットホルダ３０は錐形状で形成されている。具体的にはターゲットホルダ３０は、八角錐（八方錐）台（切頭八角錐）形状に形成されており、錐の回転軸線（頂点の垂線）３１に回転軸２９が連結されている。図３に示されているように、錐の回転軸線３１と錐面３２とがなす夾角３３は鋭角で設定され、例えば４５度に設定されている。すなわち、回転軸線３１と直交する面３１Ａと錐面３２とがなす夾角３３Ａは、４５度である。
錐面３２は台形形状の側壁面３４を８枚備えている。８枚の側壁面３４は周方向に等間隔にそれぞれ位置している。８枚の側壁面３４には角度調整部としてのターゲットチャック３５が１台ずつ設置されている。図５に示されているように、ターゲットチャック３５はターゲット３６に対して傾斜可能に保持する。側壁面３４に平行に保持されたターゲット３６は、回転軸２９に対して４５度分傾斜する。ターゲット３６は、平板状の正方形で形成されている。
隣り合うターゲット３６、３６の隣接する一端同士は、鋭角としての４０度の夾角を構成する。つまり、隣接するターゲット３６、３６間の間隙が、回転軸線３１を直交する面３１Ａ側の方が回転軸末端側より大きく形成されている。したがって、隣り合うターゲット３６、３６同士は、充分な間隙を挟む。
なお、第二真空容器２２は回転軸線より下方に配置されている。 A rotating device 28 is installed horizontally in the upper part of the back wall of the second vacuum vessel 22. A rotating shaft 29 of the rotating device 28 is horizontally inserted into the target chamber 23 so as to extend in the front-rear direction. The rotating shaft 29 supports the target holder 30 in the target chamber 23.
The target holder 30 is formed in a cone shape. Specifically, the target holder 30 is formed in an octagonal pyramid (octagonal pyramid) base (truncated octagonal pyramid) shape, and a rotation axis 29 is connected to a rotation axis line (vertical perpendicular) 31 of the cone. As shown in FIG. 3, the included angle 33 formed by the rotation axis 31 of the cone and the cone surface 32 is set to an acute angle, for example, 45 degrees. That is, the included angle 33A formed by the surface 31A orthogonal to the rotation axis 31 and the conical surface 32 is 45 degrees.
The conical surface 32 includes eight trapezoidal side wall surfaces 34. The eight side wall surfaces 34 are located at equal intervals in the circumferential direction. One set of target chucks 35 serving as angle adjusting units is installed on each of the eight side wall surfaces 34. As shown in FIG. 5, the target chuck 35 is held to be tiltable with respect to the target 36. The target 36 held parallel to the side wall surface 34 is inclined by 45 degrees with respect to the rotation axis 29. The target 36 is formed as a flat square.
Adjacent one ends of the adjacent targets 36, 36 constitute a depression angle of 40 degrees as an acute angle. That is, the gap between the adjacent targets 36 is formed larger on the side of the surface 31A perpendicular to the rotation axis 31 than on the end side of the rotation axis. Therefore, the adjacent targets 36 and 36 sandwich a sufficient gap.
The second vacuum vessel 22 is disposed below the rotation axis.

第二真空容器２２の底壁には射出孔３９が設けられている。第二真空容器２２の底壁下面にはイオン源４０が設置されている。射出孔３９の上方にはターゲット３６が位置する。４５度傾斜したターゲット３６は射出孔３９と連通孔２５とに対向する。   An injection hole 39 is provided in the bottom wall of the second vacuum vessel 22. An ion source 40 is installed on the lower surface of the bottom wall of the second vacuum vessel 22. A target 36 is located above the injection hole 39. The target 36 inclined at 45 degrees faces the injection hole 39 and the communication hole 25.

図４に示されているように、イオン源４０はイオン源室４１、フィラメント４２、平板状の加速電極４３、平板状の減速電極４４を備えている。
イオン源室４１内はターゲット室２３に射出孔３９によって連通している。フィラメント４２はイオン源室４１内に設けられる。加速電極４３および減速電極４４は射出孔３９を横断するように設けられる。加速電極４３および減速電極４４はフィラメント４２に対向する。フィラメント４２にはフィラメント電源およびアーク電源から電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には加速電源および減速電源から電圧が印加される。
加速電極４３および減速電極４４は耐熱金属、例えば、モリブデン（Ｍｏ）によって形成される。加速電極４３と減速電極４４とは所定間隙ｄを置いて平行に配される。加速電極４３は多数個の加速通過孔４３ａを有する。減速電極４４は多数個の減速通過孔４４ａを有する。
減速通過孔４４ａは対向する加速通過孔４３ａに対して、軸心がずれる（偏心する）ようにそれぞれ配置される。この配置は、加速電極４３からのイオンビーム４５を偏向させるので、図４に示されているように、イオンビーム４５はターゲット３６上において収束する。イオンビーム４５の収束は、イオンビーム密度（電流密度）を高め、成膜速度を増大させるので、不純物の発生を抑制し、ウエハ１の汚染を防止する。また、この配置は、ターゲット３６を小型化し、イオン源４０を小型化する。 As shown in FIG. 4, the ion source 40 includes an ion source chamber 41, a filament 42, a flat plate acceleration electrode 43, and a flat plate reduction electrode 44.
The ion source chamber 41 communicates with the target chamber 23 through the injection hole 39. The filament 42 is provided in the ion source chamber 41. The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are provided so as to cross the injection hole 39. The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 face the filament 42. Electric power is supplied to the filament 42 from a filament power source and an arc power source, and voltages are applied to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 from the acceleration power source and the deceleration power source.
The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are formed of a heat-resistant metal, for example, molybdenum (Mo). The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are arranged in parallel with a predetermined gap d. The acceleration electrode 43 has a plurality of acceleration passage holes 43a. The deceleration electrode 44 has a large number of deceleration passage holes 44a.
The deceleration passage hole 44a is arranged so that the axis is shifted (eccentric) with respect to the opposing acceleration passage hole 43a. This arrangement deflects the ion beam 45 from the acceleration electrode 43, so that the ion beam 45 converges on the target 36 as shown in FIG. Convergence of the ion beam 45 increases the ion beam density (current density) and increases the deposition rate, thereby suppressing the generation of impurities and preventing contamination of the wafer 1. This arrangement also makes the target 36 smaller and the ion source 40 smaller.

イオン源４０にはガス供給源５０が接続されている。ガス供給源５０はイオン化されるガスをイオン源室４１内に供給する。ガスとしては、通常、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
アルゴンガスがイオン源室４１内に供給され、フィラメント４２にアーク電力が供給されると、フィラメント４２とイオン源室４１の側壁との間においてアーク放電が起こる。このアーク放電により、アルゴンのプラスイオン（以下、アルゴンイオンという）と電子とが混在した状態（プラズマ状態）になる。加速電極４３および減速電極４４はアルゴンイオンに運動エネルギを与えることにより、アルゴンイオンを加速通過孔４３ａと減速通過孔４４ａとを通して、ターゲット室２３内に引き出す。
ターゲット室２３に引き出されたアルゴンイオンは、イオンビーム４５となってターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５は、ターゲット３６の構成材料を成分とする粒子（以下、スパッタ粒子という）４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は大きな平均自由行程でターゲット室２３および処理室１２内を飛翔し、処理室１２内のウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ターゲット３６の構成材料を成分とする薄膜を形成する。 A gas supply source 50 is connected to the ion source 40. The gas supply source 50 supplies a gas to be ionized into the ion source chamber 41. As the gas, argon (Ar) gas is usually used.
When argon gas is supplied into the ion source chamber 41 and arc power is supplied to the filament 42, arc discharge occurs between the filament 42 and the side wall of the ion source chamber 41. Due to this arc discharge, argon positive ions (hereinafter referred to as argon ions) and electrons are mixed (plasma state). The accelerating electrode 43 and the decelerating electrode 44 impart kinetic energy to the argon ions, thereby drawing the argon ions into the target chamber 23 through the accelerating passage hole 43a and the decelerating passage hole 44a.
Argon ions extracted into the target chamber 23 become an ion beam 45 and irradiate the target 36. The ion beam 45 irradiated to the target 36 knocks out particles 46 (hereinafter, referred to as sputtered particles) whose components are constituent materials of the target 36 from the target 36. The sputtered particles 46 fly in the target chamber 23 and the processing chamber 12 with a large mean free path, and adhere to the wafer 1 in the processing chamber 12. The sputtered particles 46 adhering on the wafer 1 are deposited to form a thin film containing the constituent material of the target 36 as a component.

図５はターゲットチャックの第一実施形態を示している。
ターゲットチャック３５はボス５１を備えており、ボス５１はターゲットホルダ３０内から側壁面３４に直交するように突き出されている。ボス５１にはボールジョイント５２の一端が三次元方向に回転可能に連結されている。側壁面３４にはベローズ５３が設置されている。ベローズ５３の両端には内側フランジ５４と外側フランジ５５が配置されている。内側フランジ５４は側壁面３４に固定されており、外側フランジ５５には長方形平盤形状のターゲット保持体としてのバッキングプレート５６がねじ５７ａでねじ止めされて、固定されている。バッキングプレート５６の中心であって内面にはボールジョイント５２の他端が固定されており、バッキングプレート５６の外面にはターゲット３６が溶着されている。ベローズ５３、内側フランジ５４、外側フランジ５５により、ボス５１およびボールジョイント５２、冷却水継手５９はターゲット室２３内の雰囲気から隔離されている。
バッキングプレート５６の両端部には一対の調整ボルト５７、５７が位置調整可能にねじ込まれている。一対の調整ボルト５７、５７のねじ込み量を調整することにより、バッキングプレート５６に溶着されたターゲット３６の傾斜角度を調整することができる。
バッキングプレート５６の内部には冷却水路５８が形成されており、冷却水路５８には冷却水継手５９が接続されている。冷却水が冷却水路５８を流れることにより、バッキングプレート５６およびターゲット３６は冷却される。 FIG. 5 shows a first embodiment of the target chuck.
The target chuck 35 includes a boss 51, and the boss 51 protrudes from the target holder 30 so as to be orthogonal to the side wall surface 34. One end of a ball joint 52 is connected to the boss 51 so as to be rotatable in a three-dimensional direction. A bellows 53 is installed on the side wall surface 34. An inner flange 54 and an outer flange 55 are disposed at both ends of the bellows 53. The inner flange 54 is fixed to the side wall surface 34, and a backing plate 56 as a rectangular flat plate-shaped target holder is fixed to the outer flange 55 by screws 57 a. The other end of the ball joint 52 is fixed to the inner surface of the backing plate 56, and the target 36 is welded to the outer surface of the backing plate 56. The boss 51, the ball joint 52, and the cooling water joint 59 are isolated from the atmosphere in the target chamber 23 by the bellows 53, the inner flange 54, and the outer flange 55.
A pair of adjustment bolts 57, 57 are screwed into both ends of the backing plate 56 so that the position can be adjusted. By adjusting the screwing amount of the pair of adjustment bolts 57, 57, the inclination angle of the target 36 welded to the backing plate 56 can be adjusted.
A cooling water channel 58 is formed inside the backing plate 56, and a cooling water joint 59 is connected to the cooling water channel 58. As the cooling water flows through the cooling water channel 58, the backing plate 56 and the target 36 are cooled.

図３に示されているように、基板処理装置１０はコントローラ６０を備えており、コントローラ６０はパーソナルコンピュータまたはパネルコンピュータ等によって構成されている。コントローラ６０はチルト装置１５、ウエハホルダ１８、回転装置１９、昇降装置２０、ターボ分子ポンプ２６、クライオポンプ２７、回転装置２８、イオン源４０およびガス供給源５０等々を制御する。   As shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus 10 includes a controller 60, and the controller 60 includes a personal computer, a panel computer, or the like. The controller 60 controls the tilt device 15, the wafer holder 18, the rotation device 19, the lifting device 20, the turbo molecular pump 26, the cryopump 27, the rotation device 28, the ion source 40 and the gas supply source 50.

以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を、前記構成に係る基板処理装置を使用したＳＰＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) の製造方法における薄膜形成工程について説明する。
ＳＰＲＡＭはＭＲＡＭの一種であり、スピン注入磁化反転するものである。
図６はＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
この成膜例では、ＳｉＯ₂ （二酸化珪素）もしくはＳｉ（シリコン）材で構成されるウエハ上に、Ｔａ（タングステン）膜、Ｔａ膜上にＰｔＭｎ膜、その上にＣｏＦｅ膜、第一のＲｕ（ルテニウム）膜、第一のＣｏＦｅＢ膜、ＭｇＯ膜、第二のＣｏＦｅＢ膜、第二のＴａ膜、第二のＲｕ膜の順に積層され、トータル６種類の膜種にて９層の金属膜が積層される。 Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with respect to a thin film forming step in a method for manufacturing a SPRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) using the substrate processing apparatus having the above-described configuration.
SPRAM is a kind of MRAM and reverses spin injection magnetization.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of SPRAM film formation.
In this film formation example, a Ta (tungsten) film is formed on a wafer made of SiO ₂ (silicon dioxide) or Si (silicon) material, a PtMn film is formed on the Ta film, a CoFe film is formed thereon, and a first Ru ( Ruthenium) film, 1st CoFeB film, MgO film, 2nd CoFeB film, 2nd Ta film, 2nd Ru film in this order, 9 layers of metal films are stacked in total 6 kinds of film types Is done.

以下の基板処理装置の作動はコントローラ６０が制御する。
初期状態において、ゲートバルブ１４は開口１３を閉じている。チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に維持し、ウエハホルダ１８を解除している。回転装置１９は停止している。昇降装置２０は邪魔板２１を下限に位置させている。
ターゲットホルダ３０はホームポジションを維持している。すなわち、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６を保持したターゲットチャック３５をイオン源４０に対向させている。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、クライオポンプ２７の排気により１０^-5Ｐａ（パスカル）以上１０^-7Ｐａ以下に維持されている。 The controller 60 controls the following operations of the substrate processing apparatus.
In the initial state, the gate valve 14 closes the opening 13. The tilt device 15 maintains the tilt block 17 in a horizontal posture and releases the wafer holder 18. The rotating device 19 is stopped. The lifting device 20 has the baffle plate 21 positioned at the lower limit.
The target holder 30 maintains the home position. That is, the target holder 30 makes the target chuck 35 holding the Ta target 36 face the ion source 40.
The internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 ⁻⁵ Pa (pascal) or more and 10 ⁻⁷ Pa or less by exhausting the cryopump 27.

ウエハローディングステップにおいて、コントローラ６０はクライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０^-3Ｐａ以上１０^-4Ｐａ以下に維持する。ゲートバルブ１４の動作により開口１３を開く。ウエハ移載装置（図示せず）はウエハ１を処理室１２内へ予備室（図示せず）から搬入し、ウエハホルダ１８上に移載する。ウエハホルダ１８はウエハ１を保持する。 In the wafer loading step, the controller 60 switches from the cryopump 27 to the turbo molecular pump 26 to maintain the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 at 10 ⁻³ Pa or more and 10 ⁻⁴ Pa or less. The opening 13 is opened by the operation of the gate valve 14. A wafer transfer device (not shown) carries the wafer 1 into the processing chamber 12 from a preliminary chamber (not shown) and transfers it onto the wafer holder 18. The wafer holder 18 holds the wafer 1.

減圧ステップにおいて、コントローラ６０はゲートバルブ１４によって開口１３を閉じた後に、ターボ分子ポンプ２６からクライオポンプ２７に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１を１０^-3Ｐａ以上１０^-4Ｐａ以下の内圧から１０^-6Ｐａに真空引きする。
次いで、クライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６へ切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０^-7Ｐａに維持する。 In the depressurization step, the controller 60 switches the turbo molecular pump 26 to the cryopump 27 after closing the opening 13 by the gate valve 14, and changes the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 to 10 ⁻³ Pa or more and 10 ^−4. Vacuum is pulled from an internal pressure of Pa or lower to 10 ⁻⁶ Pa.
Subsequently, the cryopump 27 is switched to the turbo molecular pump 26, and the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 ⁻⁷ Pa.

成膜（Ｔａ）ステップにおいて、ガス供給源５０はアルゴンガスをイオン源室４１に供給する。フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加される。必要に応じて、中和電源がＯＮされる。
チルト装置１５はチルトブロック１７を処理位置である垂直姿勢に移行させる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電力が供給されると、イオン源４０はイオンビーム４５をＴａで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＴａで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、Ｔａ膜を形成する。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０^-2Ｐａに維持されている。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０^-2Ｐａ以上１０^-3Ｐａ以下に維持される。 In the film forming (Ta) step, the gas supply source 50 supplies argon gas to the ion source chamber 41. Electric power is supplied to the filament 42, and a voltage is applied to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44. If necessary, the neutralization power source is turned on.
The tilt device 15 shifts the tilt block 17 to a vertical posture that is a processing position. The rotating device 19 rotates the wafer 1. The elevating device 20 raises the baffle plate 21 to a predetermined position.
When the arc power is supplied, the ion source 40 irradiates the target 36 composed of Ta with the ion beam 45. The ion beam 45 irradiated to the target 36 knocks out sputtered particles 46 made of Ta from the target 36. The sputtered particles 46 fly into the processing chamber 12 and adhere to the wafer 1 held by the wafer holder 18. The sputtered particles 46 adhered on the wafer 1 are deposited to form a Ta film. At this time, the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 ⁻² Pa.
When a preset processing time has elapsed, the arc power supply is turned off. If the neutralization power is on, turn it off. The internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 at this time are maintained at 10 ⁻² Pa or more and 10 ⁻³ Pa or less.

次の成膜（ＰｔＭｎ）ステップにおいて、回転装置２８はターゲットホルダ３０を回転して、ＰｔＭｎのターゲット３６をイオン源４０およびウエハ１に対向させる。必要に応じて、フィラメント４２の電力値を変更し、加速電極４３および減速電極４４の電圧値を変更する。
続いて、必要に応じて、供給量が調整されて、アルゴンガスがイオン源室４１に供給され、フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加され、必要に応じて、中和電源がＯＮされる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。必要に応じて、昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電源がＯＮされると、イオン源４０はイオンビーム４５をＰｔＭｎで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＰｔＭｎで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１のＴａ膜上に付着する。ウエハ１のＴａ膜上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ＰｔＭｎ膜を形成する。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。 In the next film formation (PtMn) step, the rotating device 28 rotates the target holder 30 so that the PtMn target 36 faces the ion source 40 and the wafer 1. If necessary, the power value of the filament 42 is changed, and the voltage values of the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are changed.
Subsequently, if necessary, the supply amount is adjusted, argon gas is supplied to the ion source chamber 41, power is supplied to the filament 42, voltage is applied to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44, and necessary. Accordingly, the neutralization power source is turned on. The rotating device 19 rotates the wafer 1. If necessary, the lifting device 20 raises the baffle plate 21 to a predetermined position.
When the arc power source is turned on, the ion source 40 irradiates the target 36 composed of PtMn with the ion beam 45. The ion beam 45 irradiated to the target 36 knocks out sputtered particles 46 made of PtMn from the target 36. The sputtered particles 46 fly into the processing chamber 12 and adhere to the Ta film of the wafer 1 held by the wafer holder 18. The sputtered particles 46 adhered on the Ta film of the wafer 1 are deposited to form a PtMn film.
When a preset processing time has elapsed, the arc power supply is turned off. If the neutralization power is on, turn it off.

以降、コントローラ６０は使用するターゲット３６を前述した成膜ステップに準じて切り替えることにより、ウエハ１上に図６に示された各種の膜を順次成膜して積層する。   Thereafter, the controller 60 sequentially forms the various films shown in FIG. 6 on the wafer 1 and stacks them by switching the target 36 to be used according to the film forming step described above.

最後の成膜ステップとして、第二のＲｕ膜成膜ステップが終了すると、コントローラ６０はウエハアンローディグステップを実施する。
ウエハアンローディングステップにおいては、フィラメント４２への電力供給が停止され、加速電極４３および減速電極４４への電圧印加が停止され、必要に応じて、中和電源がＯＦＦされると、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６をホームポジションに戻す。回転装置１９が回転を停止し、昇降装置２０が邪魔板２１を下限位置に下降させると、チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に移行させる。イオン源室４１へのアルゴンガスの供給を停止する。この時、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が１０^-5Ｐａ以上１０^-7Ｐａ以下に維持される。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が、１０^-3Ｐａ以上１０^-4Ｐａ以下に維持されると、ゲートバルブ１４は開口１３を開く。ウエハ移載装置は処理済のウエハ１をウエハホルダ１８上からピックアップし、処理室１２内から予備室へ搬出する（ウエハアンローディグする）。 As the last film formation step, when the second Ru film formation step is completed, the controller 60 performs a wafer unloading step.
In the wafer unloading step, the power supply to the filament 42 is stopped, the voltage application to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 is stopped, and the neutralization power source is turned off as necessary. Return the Ta target 36 to the home position. When the rotation device 19 stops rotating and the elevating device 20 lowers the baffle plate 21 to the lower limit position, the tilt device 15 shifts the tilt block 17 to the horizontal posture. The supply of argon gas to the ion source chamber 41 is stopped. At this time, the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 ⁻⁵ Pa or more and 10 ⁻⁷ Pa or less.
When the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 ⁻³ Pa or more and 10 ⁻⁴ Pa or less, the gate valve 14 opens the opening 13. The wafer transfer device picks up the processed wafer 1 from above the wafer holder 18 and carries it out of the processing chamber 12 to the spare chamber (wafer unloading).

図７はイオンビームの入射角度別スパッタ粒子の角度分布を示している。
図７において、黒丸は実験値を示しており、白丸はコンピュータシミュレーションによる値を示している。
図７（ａ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｂ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角６０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｃ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角８０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｄ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｅ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角６０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｆ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角８０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７によれば、入射角度によってスパッタ粒子の角度分布が異なることが判る。
これは、入射角度の変更によりスパッタ粒子の角度分布を変更可能であることを意味する。
また、ターゲットの種類によってイオンビームの入射角度に対するスパッタ粒子の飛散角度や分布が異なることが知られている。
そこで、図８に示されているように、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整して、ターゲット３６に対するイオンビーム４５の入射角度Θを選定することにより、スパッタ粒子の角度分布を制御することが考えられる。
図８（ａ）は、ターゲットチャック３５をイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角度Θが増加（４５度超）する方向に調整した場合を示している。
図８（ｂ）は、ターゲットチャック３５をイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角度Θが減少（４５度未満）する方向に調整した場合を示している。
例えば、ターゲット３６の構成成分（Ｔａ、ＰｔＭｎ）に対応して、入射角度を選定することにより、スパッタ粒子分布を最適値に制御し、もって、スパッタリング成膜（Ｔａ膜、ＰｔＭｎ膜）の成膜レートおよび膜厚分布均一性を向上させることができる。 FIG. 7 shows the angular distribution of sputtered particles according to the incident angle of the ion beam.
In FIG. 7, black circles indicate experimental values, and white circles indicate values obtained by computer simulation.
FIG. 7A is a graph showing computer simulation results and experimental values when the ion irradiation energy 450 ev is applied to the target 36 held by the target holder 30 at an incident angle of 0 °.
FIG. 7B is a graph showing computer simulation results and experimental values when the ion irradiation energy 450 ev is applied to the target 36 held by the target holder 30 at an incident angle of 60 °.
FIG. 7C is a graph showing computer simulation results and experimental values when the ion irradiation energy 450 ev is applied to the target 36 held by the target holder 30 at an incident angle of 80 °.
FIG. 7D is a graph showing computer simulation results and experimental values when the ion irradiation energy 1 kev is applied to the target 36 held by the target holder 30 at an incident angle of 0 °.
FIG. 7E is a graph showing computer simulation results and experimental values when the ion irradiation energy 1 kev is irradiated onto the target 36 held by the target holder 30 at an incident angle of 60 °.
FIG. 7F is a graph showing computer simulation results and experimental values when the ion irradiation energy 1 kev is applied to the target 36 held by the target holder 30 at an incident angle of 80 °.
According to FIG. 7, it can be seen that the angular distribution of sputtered particles varies depending on the incident angle.
This means that the angular distribution of sputtered particles can be changed by changing the incident angle.
It is also known that the scattering angle and distribution of sputtered particles with respect to the incident angle of the ion beam differ depending on the type of target.
Therefore, as shown in FIG. 8, the angle distribution of the sputtered particles is controlled by adjusting the tilt angle of the target 36 by the target chuck 35 and selecting the incident angle Θ of the ion beam 45 with respect to the target 36. It is possible.
FIG. 8A shows a case where the target chuck 35 is adjusted in a direction in which the incident angle Θ of the ion beam 45 with respect to the target 36 increases (over 45 degrees).
FIG. 8B shows a case where the target chuck 35 is adjusted in a direction in which the incident angle Θ of the ion beam 45 with respect to the target 36 decreases (less than 45 degrees).
For example, by selecting the incident angle corresponding to the constituent components (Ta, PtMn) of the target 36, the sputtered particle distribution is controlled to an optimum value, and thus sputtering film formation (Ta film, PtMn film) is formed. The uniformity of rate and film thickness distribution can be improved.

ところで、イオンビームのアルゴンイオンは高運動エネルギを有するため、ターゲットにおいて反射したアルゴンイオン（以下、反跳粒子という）がウエハに衝突すると、ウエハに悪影響を及ぼすので、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することが望ましい。
一般に、反跳粒子はスパッタ粒子分布と似た分布を持つ、と考えられている。
そこで、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整して、ターゲット３６に対するイオンビーム４５の入射角度Θを選定することにより、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することができる。すなわち、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整することにより、ウエハ上における反跳粒子分布が無くなるように、または、極めて少なくなるように制御する。 By the way, since the argon ions of the ion beam have high kinetic energy, if the argon ions reflected on the target (hereinafter referred to as recoil particles) collide with the wafer, the wafer will be adversely affected, so that the recoil particles collide with the wafer. It is desirable to prevent this.
Generally, recoil particles are considered to have a distribution similar to the distribution of sputtered particles.
Therefore, the recoil particles can be prevented from colliding with the wafer by adjusting the tilt angle of the target 36 by the target chuck 35 and selecting the incident angle Θ of the ion beam 45 with respect to the target 36. That is, by adjusting the inclination angle of the target 36 by the target chuck 35, the control is performed so that the recoil particle distribution on the wafer is eliminated or extremely reduced.

イオンビームは高運動エネルギを有するため、イオンビームがターゲットに衝突すると、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度は上昇する。
そこで、冷却水をバッキングプレート５６内に敷設された冷却水路５８に流すことにより、バッキングプレート５６およびターゲット３６を冷却し、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止する。好ましくは、冷却はイオンビームがターゲットに照射されている時に限らず、常時実施する。
なお、ターゲットホルダ３０内が大気圧に維持されているので、冷却水継手５９は真空環境に晒されていない。したがって、冷却水継手５９にリークが発生しても、冷却水がターゲット室２３に浸入することはない。つまり、冷却水継手５９のシール構造を簡素化することができるし、冷却水継手５９に接続する冷却水配管を樹脂等によって形成することができる。
他面、第二真空容器２２内に大気圧を確保するターゲットホルダ３０を構築するので、重量およびコストが増加する。 Since the ion beam has high kinetic energy, when the ion beam collides with the target, the temperature of the target, the backing plate, and the like increases.
Therefore, the cooling water is allowed to flow through the cooling water channel 58 laid in the backing plate 56 to cool the backing plate 56 and the target 36, thereby preventing the temperature of the target and the backing plate from rising. Preferably, the cooling is not always performed when the target is irradiated with the ion beam, but is always performed.
In addition, since the inside of the target holder 30 is maintained at atmospheric pressure, the cooling water joint 59 is not exposed to a vacuum environment. Therefore, even if a leak occurs in the cooling water joint 59, the cooling water does not enter the target chamber 23. That is, the seal structure of the cooling water joint 59 can be simplified, and the cooling water pipe connected to the cooling water joint 59 can be formed of resin or the like.
On the other side, since the target holder 30 that secures the atmospheric pressure in the second vacuum vessel 22 is constructed, the weight and cost increase.

前記実施形態によれば、次の効果のうち、少なくとも１つ以上の効果が得られる。   According to the embodiment, at least one of the following effects can be obtained.

1) ターゲットチャックによってターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる。 1) Since the sputtered particle distribution can be controlled by adjusting the tilt angle of the target with the target chuck, the film formation rate and the film thickness uniformity can be optimized.

2) ターゲットチャックによってターゲットの傾斜角度を調整することにより、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することができるので、反跳粒子のウエハへの悪影響を防止することができる。 2) By adjusting the tilt angle of the target with the target chuck, it is possible to prevent the recoil particles from colliding with the wafer, so that adverse effects of the recoil particles on the wafer can be prevented.

3) 冷却水をバッキングプレート内に敷設された冷却水路に流すことにより、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止することができる。 3) By causing the cooling water to flow through the cooling water channel laid in the backing plate, it is possible to prevent the temperature of the target and the backing plate from rising.

4) 冷却水継手を真空環境に晒さないので、真空環境への浸水を防止することができ、また、冷却水継手および冷却水配管を簡素化することができる。 4) Since the cooling water joint is not exposed to the vacuum environment, it is possible to prevent water from entering the vacuum environment, and the cooling water joint and the cooling water piping can be simplified.

5) 錐形状のターゲットホルダであって、錐面において複数のターゲットを保持するターゲットホルダを備えているので、ターゲット室の容積を小さくすることができ、スループットの向上やフットプリント拡大の抑制をすることができる。また、複数のターゲット間に充分な間隙を挟むことができるので、種類の異なるターゲットが隣接設置された場合にも、クロスコンタミネーションを抑制することができる。 5) A cone-shaped target holder with a target holder that holds multiple targets on the conical surface, so that the volume of the target chamber can be reduced, improving throughput and suppressing footprint expansion. be able to. In addition, since a sufficient gap can be sandwiched between the plurality of targets, cross contamination can be suppressed even when different types of targets are installed adjacent to each other.

図９は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態は第一実施形態とターゲットチャック、回転軸、ターゲットホルダの形態が異なる。すなわち、本実施形態に係るターゲットチャック３５Ａはブラケット６１を備えており、ブラケット６１はターゲットホルダ３０の側壁面３４に固定されている。ブラケット６１には気密容器からなるケース６２がヒンジ６３によって回動可能に支持されており、ケース６２は調整ボルト６４によってブラケット６１に位置規制される。ケース６２の気密室には大気圧配管６５の一端が接続されており、大気圧配管６５の他端は回転軸２９内を経由して大気に連通されている。ケース６２の外側主面にはバッキングプレート５６が固定されており、バッキングプレート５６の冷却水継手５９に接続された冷却水配管６６は、ケース６２の側壁を貫通して真空室であるターゲット室２３内に引き出されて、回転軸２９内に形成された冷却水路６７に接続されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０の錐の回転軸線（頂点の垂線）上を貫通して設けられている。回転軸２９の末端には冷却水路６７が設けられており、冷却水路６７は、回転軸２９の軸内、軸心をつたってターゲット室２３外の冷却水系統に接続されている。回転軸２９に冷却水路６７より基端側には、大気圧配管６５が接続される大気路６７Ａが設けられている。大気路６７Ａは回転軸２９の軸内であって、冷却水路６７よりも外周側を軸方向につたって、ターゲット室２３外の大気と連通されている。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することができるので、スパッタ粒子分布および反跳粒子分布を制御することができる。
また、冷却水をバッキングプレート内に敷設された冷却水路に流すことができるので、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止することができる。
本実施形態においては、ターゲットホルダを気密容器構造に構築しないで済むので、構造およびメンテナンスを簡単化することができる。他面、冷却水がリークすると、真空環境へ浸水してしまう。 FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in the form of a target chuck, a rotating shaft, and a target holder. That is, the target chuck 35 </ b> A according to the present embodiment includes a bracket 61, and the bracket 61 is fixed to the side wall surface 34 of the target holder 30. A case 62 made of an airtight container is rotatably supported on the bracket 61 by a hinge 63, and the position of the case 62 is regulated by the bracket 61 by an adjustment bolt 64. One end of an atmospheric pressure pipe 65 is connected to the hermetic chamber of the case 62, and the other end of the atmospheric pressure pipe 65 communicates with the atmosphere via the inside of the rotary shaft 29. A backing plate 56 is fixed to the outer main surface of the case 62, and the cooling water pipe 66 connected to the cooling water joint 59 of the backing plate 56 penetrates the side wall of the case 62 and is a target chamber 23 which is a vacuum chamber. It is drawn in and connected to a cooling water passage 67 formed in the rotary shaft 29. The rotation shaft 29 is provided so as to penetrate the cone rotation axis (vertical perpendicular) of the target holder 30. A cooling water channel 67 is provided at the end of the rotating shaft 29, and the cooling water channel 67 is connected to a cooling water system outside the target chamber 23 through the axis and the axis of the rotating shaft 29. An air passage 67 </ b> A to which the atmospheric pressure pipe 65 is connected is provided on the rotating shaft 29 on the base end side from the cooling water passage 67. The atmospheric passage 67A is in the axis of the rotary shaft 29 and communicates with the atmosphere outside the target chamber 23 by connecting the outer peripheral side of the cooling water passage 67 in the axial direction.
Also in this embodiment, since the tilt angle of the target can be adjusted, the sputtered particle distribution and the recoil particle distribution can be controlled.
Further, since the cooling water can flow through the cooling water channel laid in the backing plate, it is possible to prevent the temperature of the target, the backing plate, and the like from rising.
In this embodiment, since it is not necessary to construct the target holder in an airtight container structure, the structure and maintenance can be simplified. On the other side, if the cooling water leaks, it will be immersed in a vacuum environment.

図１０は本発明の第三実施形態を示している。
第三実施形態が第一実施形態と異なる点は、八角柱形状に形成されたターゲットホルダ３０Ａの各側壁面３４Ａにターゲットチャック３５がそれぞれ設置されている点、ターゲットホルダ３０Ａおよびウエハホルダ１８がターゲット室２３に共に設置されている点、である。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる等、第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。 FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
The third embodiment is different from the first embodiment in that a target chuck 35 is installed on each side wall surface 34A of the target holder 30A formed in an octagonal prism shape, and the target holder 30A and the wafer holder 18 are in the target chamber. 23 is installed together.
Also in this embodiment, since the sputtered particle distribution can be controlled by adjusting the tilt angle of the target, the film formation rate and the film thickness uniformity can be optimized. Similar effects can be obtained.

図１１は本発明の第四実施形態を示している。
第四実施形態が第一実施形態と異なる点は、四角柱形状に形成されたターゲットホルダ３０Ｂの各側壁面３４Ｂにターゲットチャック３５がそれぞれ設置されている点、ターゲットホルダ３０Ｂおよびウエハホルダ１８がターゲット室２３に共に設置されている点、である。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる等、第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。 FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention.
The fourth embodiment differs from the first embodiment in that a target chuck 35 is installed on each side wall surface 34B of the target holder 30B formed in a quadrangular prism shape, and the target holder 30B and the wafer holder 18 are in the target chamber. 23 is installed together.
Also in this embodiment, since the sputtered particle distribution can be controlled by adjusting the tilt angle of the target, the film formation rate and the film thickness uniformity can be optimized. Similar effects can be obtained.

なお、本発明は前記実施形態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に変更が可能であることはいうまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、ターゲットホルダは、八角錐（八角錐台を含む。他の錐も同じ）に形成するに限らず、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐、七角錐等々のように多角錐に形成してもよいし、円錐に形成してもよい。
また、ターゲットホルダは、八角柱または四角柱に形成するに限らず、三角柱、五角柱、六角柱、七角柱等々のように多角柱に形成してもよいし、円柱に形成してもよい。 For example, the target holder is not limited to an octagonal pyramid (including an octagonal frustum; other pyramids are the same), but a polygonal pyramid such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a pentagonal pyramid, a hexagonal pyramid, a heptagonal pyramid, etc. You may form in a cone.
The target holder is not limited to an octagonal prism or a quadrangular prism, and may be formed in a polygonal column such as a triangular prism, pentagonal column, hexagonal column, heptagonal column, or the like, or may be formed in a cylindrical shape.

ターゲット間の汚染防止等のために、ターゲットをターゲットホルダに一つ置きに配置してもよい。例えば、異なる材質のターゲットを一つ置きに配置することは、複数種の膜を積層する場合に有効である。
しかし、ターゲットホルダの高速回転の点では不利になる。 In order to prevent contamination between the targets, every other target may be arranged on the target holder. For example, arranging every other target of different materials is effective when laminating a plurality of types of films.
However, this is disadvantageous in terms of high-speed rotation of the target holder.

ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は、各ターゲット毎に相異させてもよい。ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は基本的には４５度であるが、他方で、ターゲットの傾斜角度は均一性等を考慮した成膜条件の一つであるとも考えられる。したがって、ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は、例えば、ターゲットの材質によって最適値を選択することが望ましい。   The inclination angle of the target with respect to the target holder may be different for each target. The tilt angle of the target with respect to the target holder is basically 45 degrees. On the other hand, the tilt angle of the target is considered to be one of the film forming conditions considering uniformity and the like. Therefore, it is desirable to select an optimum value for the tilt angle of the target with respect to the target holder, for example, depending on the material of the target.

基板はウエハに限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等であってもよい。   The substrate is not limited to a wafer, but may be a printed wiring board, a liquid crystal panel, a magnetic disk, a compact disk, or the like.

本発明の好ましい態様を付記する。
（１）イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
（２）ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積する、半導体装置の製造方法。
（３）前記ターゲットホルダは、横断面形状の外郭線が、回転軸からの距離が相対的に長い第一領域と前記回転軸からの距離が相対的に短い第二領域とを複数有し、縦断面形状の外郭線の一部が前記基板ホルダ側に近づくに従って漸次前記回転軸からの距離を短くしている前記第二領域で前記ターゲットを保持するように構成されている（１）の基板処理装置。
（４）前記ターゲットホルダは、前記第二領域に前記ターゲットを載置するターゲット載置部と、該ターゲット載置部を冷却する冷却部とを有する（３）の基板処理装置。 Preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(1) an ion source that generates ions;
A target irradiated with an ion beam emitted by the ion source;
A target holder for holding the target;
A substrate holder for holding the substrate at a position where target component particles ejected from the target are deposited;
An angle adjusting unit for adjusting an angle of the target with respect to the ion beam;
A substrate processing apparatus.
(2) The substrate held by the substrate holder by adjusting the angle of the target held by the target holder by the angle adjusting unit and irradiating the target with the ion beam emitted from the ion source to eject the target component from the target A method of manufacturing a semiconductor device deposited on the substrate.
(3) The target holder has a plurality of first regions having a relatively long distance from the rotation axis and a second region having a relatively short distance from the rotation axis, as the outline of the cross-sectional shape. The substrate according to (1), wherein the target is held in the second region in which the distance from the rotation axis is gradually shortened as a part of the outline of the longitudinal cross-sectional shape approaches the substrate holder side. Processing equipment.
(4) The substrate processing apparatus according to (3), wherein the target holder includes a target placement unit that places the target on the second region, and a cooling unit that cools the target placement unit.

１…ウエハ（基板）、
１０…基板処理装置、１１…第一真空容器、１２…処理室、１３…開口、１４…ゲートバルブ、
１５…チルト装置、１６…チルト軸、１７…チルトブロック、１８…ウエハホルダ（基板ホルダ）、１９…回転装置、
２０…昇降装置、２１…邪魔板、
２２…第二真空容器、２３…ターゲット室、２４…隔壁、２５…連通孔、２６…ターボ分子ポンプ（第一真空ポンプ）、２７…クライオポンプ（第二真空ポンプ）、２８…回転装置、２９…回転軸、３０、３０Ａ、３０Ｂ…ターゲットホルダ、３１…回転軸線（頂点の垂線）、３１Ａ…回転軸線と直交する面、３２…錐面、３３、３３Ａ…夾角、３４、３４Ａ、３４Ｂ…側壁面、３５、３５Ａ…ターゲットチャック、３６…ターゲット、
３９…射出孔、４０…イオン源、４１…イオン源室、４２…フィラメント、４３…加速電極、４４…減速電極、４３ａ…加速通過孔、４４ａ…減速通過孔、４５…イオンビーム、４６…スパッタ粒子（ターゲット成分粒子）、
５０…ガス供給源、
５１…ボス、５２…ボールジョイント、５３…ベローズ、５４…内側フランジ、５５…外側フランジ、５６…バッキングプレート、５７…調整ボルト、５８…冷却水路、５９…冷却水継手、
６０…コントローラ、６１…ブラケット、６２…ケース、６３…ヒンジ、６４…調整ボルト、６５…大気圧配管、６６…冷却水配管、６７…冷却水路。 1 ... wafer (substrate),
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate processing apparatus, 11 ... First vacuum container, 12 ... Processing chamber, 13 ... Opening, 14 ... Gate valve,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Tilt apparatus, 16 ... Tilt axis | shaft, 17 ... Tilt block, 18 ... Wafer holder (substrate holder), 19 ... Rotation apparatus,
20 ... Lifting device, 21 ... Baffle plate,
22 ... second vacuum vessel, 23 ... target chamber, 24 ... partition wall, 25 ... communication hole, 26 ... turbo molecular pump (first vacuum pump), 27 ... cryopump (second vacuum pump), 28 ... rotating device, 29 ... rotating shaft 30, 30A, 30B ... target holder 31 ... rotating axis (vertical perpendicular), 31A ... plane orthogonal to the rotating axis, 32 ... conical surface, 33, 33A ... depression, 34, 34A, 34B ... side Wall surface, 35, 35A ... target chuck, 36 ... target,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 39 ... Injection hole, 40 ... Ion source, 41 ... Ion source chamber, 42 ... Filament, 43 ... Acceleration electrode, 44 ... Deceleration electrode, 43a ... Acceleration passage hole, 44a ... Deceleration passage hole, 45 ... Ion beam, 46 ... Spatter Particles (target component particles),
50 ... Gas supply source,
51 ... Boss, 52 ... Ball joint, 53 ... Bellows, 54 ... Inner flange, 55 ... Outer flange, 56 ... Backing plate, 57 ... Adjustment bolt, 58 ... Cooling water channel, 59 ... Cooling water joint,
60 ... Controller, 61 ... Bracket, 62 ... Case, 63 ... Hinge, 64 ... Adjustment bolt, 65 ... Atmospheric pressure piping, 66 ... Cooling water piping, 67 ... Cooling water channel.

Claims (2)

イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。 An ion source for generating ions;
A target irradiated with an ion beam emitted by the ion source;
A target holder for holding the target;
A substrate holder for holding the substrate at a position where target component particles ejected from the target are deposited;
An angle adjusting unit for adjusting an angle of the target with respect to the ion beam;
A substrate processing apparatus. ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積する、半導体装置の製造方法。   The angle of the target held by the target holder is adjusted by the angle adjusting unit, and the target is ejected from the target by irradiating the target with an ion beam emitted from the ion source, and deposited on the substrate held by the substrate holder. A method for manufacturing a semiconductor device.

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