JP2011068966A - 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 footprint can be suppressed. <P>SOLUTION: The substrate treatment device includes: a substrate holder holding a substrate; an ion source generating ions; a target irradiated with ions generated from the ion source; a rotary shaft arranged in such a manner that the substrate holder is located in the elongating direction of the shaft; a plurality of elongating parts elongating to directions vertical to the rotary shaft and also to the different directions; target chucks respectively provided at the elongating parts and holding each target in such a manner that the distance between the rotary shaft and the target is shortened as it is made close to the substrate holder side; and a rotary device rotating the rotary shaft. <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多層膜を形成する基板処理装置としては、搬送槽に複数のスパッタリング装置を設けたもの（以下、マルチチャンバ装置という）がある。例えば、特許文献１参照。   In a method for manufacturing a semiconductor device, as a substrate processing apparatus for forming a multilayer film on a substrate on which a semiconductor device is formed, there is one in which a plurality of sputtering apparatuses are provided in a transfer tank (hereinafter referred to as a multi-chamber apparatus). For example, see Patent Document 1.

特開２００６−１２４７９２号公報JP 2006-124792 A

しかしながら、マルチチャンバ装置においては、フットプリント（占有床面積）が大きくなるという問題点があった。   However, the multi-chamber apparatus has a problem that the footprint (occupied floor area) becomes large.

本発明の目的は、フットプリントを抑制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 suppressing a footprint and a method of 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。
基板を保持する基板ホルダと、
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源から発生するイオンが照射されるターゲットと、
前記基板ホルダが軸延長方向に位置するように配置される回転軸と、
該回転軸に対して垂直方向であって異なる方向に複数延在する延在部と、
該延在部それぞれに設けられ、前記ターゲットを前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持するターゲットチャックと、
前記回転軸を回転させる回転装置と、
を有する基板処理装置。 Typical means for solving the above problems are as follows.
A substrate holder for holding the substrate;
An ion source for generating ions;
A target irradiated with ions generated from the ion source;
A rotating shaft arranged so that the substrate holder is positioned in the axial extension direction;
A plurality of extending portions extending in different directions perpendicular to the rotation axis;
A target chuck that is provided in each of the extending portions and holds the target so that the distance between the rotating shaft and the target decreases as the target approaches the substrate holder side;
A rotating device for rotating the rotating shaft;
A substrate processing apparatus.

この手段によれば、フットプリントを抑制することができる。   According to this means, the footprint can be suppressed.

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. イオン源の他の実施形態を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows other embodiment of an ion source. 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. スパッタリング後のアルゴンイオンの軌跡を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the locus | trajectory of the argon ion after sputtering. 本発明の第二実施形態である基板処理装置を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows 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の第一例を示す一部省略正面図である。It is a partially-omission front view which shows the 1st example of the substrate processing apparatus which is 3rd embodiment of this invention. 同じく第二例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which similarly shows a 2nd example. 本発明の第四実施形態である基板処理装置の第一例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the 1st example of the substrate processing apparatus which is 4th embodiment of this invention. 同じく第二例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which similarly shows a 2nd example.

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５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 5 show a first embodiment of the present invention.
In the present 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は磁気シールによって気密封止されている。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。
延在部としてのターゲットホルダ３０は、回転軸２９に対して垂直方向であって、異なる方向に複数延在している。具体的には、ターゲットホルダ３０は、錐形状に構成されている。例えば、ターゲットホルダ３０は八角錐（八方錐）台（切頭八角錐）形状に形成されている。錐の回転軸線（頂点の垂線）３１に回転軸２９がターゲットホルダ３０を貫通して連結されている。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。側壁面３４は回転軸２９に対して垂直方向であって、異なる方向に８枚延在する延在部を構成している。８枚の側壁面３４にはターゲットチャック３５が１台ずつ設置されている。ターゲットチャック３５はターゲット３６を側壁面３４と平行に保持する。したがって、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は平板形状の直方体で形成されている。また、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。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。
ターゲットチャック３５には冷却水路（図示せず）が回転軸２９の中空部を経由して配管されている。冷却水はターゲット３６のイオン照射による発熱を抑える。 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 is hermetically sealed with a magnetic seal. The rotating shaft 29 supports the target holder 30 in the target chamber 23.
A plurality of target holders 30 serving as extending portions are perpendicular to the rotation axis 29 and extend in different directions. Specifically, the target holder 30 has a conical shape. For example, the target holder 30 is formed in an octagonal pyramid (octagonal pyramid) platform (truncated octagonal pyramid) shape. A rotation shaft 29 is connected to a cone rotation axis (vertical perpendicular) 31 through the target holder 30. 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. The side wall surface 34 is in a direction perpendicular to the rotating shaft 29 and constitutes an extending portion extending in eight different directions. One target chuck 35 is installed on each of the eight side wall surfaces 34. The target chuck 35 holds the target 36 parallel to the side wall surface 34. Accordingly, the target 36 is inclined by 45 degrees with respect to the rotating shaft 29. The target 36 is formed as a flat rectangular parallelepiped. Further, adjacent ends of the adjacent targets 36 and 36 constitute a depression angle of 40 degrees as an acute angle. Therefore, the adjacent targets 36 and 36 sandwich a sufficient gap.
A cooling water channel (not shown) is piped to the target chuck 35 via the hollow portion of the rotating shaft 29. The cooling water suppresses heat generation due to ion irradiation of the target 36.

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はイオン源の他の実施形態を示している。
本実施形態に係るイオン源４０Ａにおける加速電極４７および減速電極４８は、ターゲット３６に対向する面が凹面となるように弯曲した球面形状に形成されている。加速電極４７および減速電極４８にそれぞれ穿たれた多数個の加速通過孔４７ａと多数個の減速通過孔４８ａとは、一つずつが互いに対向している。対向した一対の加速通過孔４７ａと減速通過孔４８ａとは、同一軸心上に位置し、その軸心は球面の中心に向っている。
凹面に弯曲した加速電極４７および減速電極４８はイオンビーム４５を収束する。したがって、本実施形態に係るイオン源４０Ａは前記実施形態に係るイオン源４０と同様の作用および効果を奏する。 FIG. 5 shows another embodiment of the ion source.
The acceleration electrode 47 and the deceleration electrode 48 in the ion source 40A according to the present embodiment are formed in a spherical shape that is curved so that the surface facing the target 36 is a concave surface. The multiple acceleration passage holes 47a and the multiple deceleration passage holes 48a formed in the acceleration electrode 47 and the deceleration electrode 48 respectively face each other. The opposed pair of acceleration passage hole 47a and deceleration passage hole 48a are located on the same axis, and the axis is directed to the center of the spherical surface.
The accelerating electrode 47 and the decelerating electrode 48 that are curved on the concave surface converge the ion beam 45. Therefore, the ion source 40A according to the present embodiment has the same operations and effects as the ion source 40 according to the embodiment.

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。
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。
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。 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.
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.
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.

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).

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がウエハに衝突すると、ウエハに悪影響を及ぼす。悪影響としては、次のような例がある。ウエハに形成した多層膜相互間の界面を暈す。多層膜に圧縮応力を生じさせる。意図しない結晶（例えば、柱状結晶) が成長する。
これらを抑制するためには、以下のいずれか１つ好ましくは複数の構成を採用するとよい。
（１）イオンビームのエネルギを低減する。例えば、加速電極の印加電圧を下げる。
（２）不活性ガスのうちアルゴンよりもキセノンのような質量が大きいイオン源ガスを選択する。
（３）ターゲットとウエハとの位置関係を調整して、アルゴンイオン（キセノンイオン）がウエハに衝突し難くする。 By the way, since the argon ions of the ion beam have high kinetic energy, when the argon ions reflected on the target collide with the wafer, the wafer is adversely affected. Examples of adverse effects include the following. The interface between the multilayer films formed on the wafer is given. Compressive stress is generated in the multilayer film. Unintended crystals (for example, columnar crystals) grow.
In order to suppress these, any one of the following, preferably a plurality of configurations may be employed.
(1) The energy of the ion beam is reduced. For example, the applied voltage of the acceleration electrode is lowered.
(2) Among the inert gases, an ion source gas having a larger mass such as xenon than argon is selected.
(3) The positional relationship between the target and the wafer is adjusted to make it difficult for argon ions (xenon ions) to collide with the wafer.

ここで、スパッタリング後のアルゴンイオンのウエハに対する軌跡を、図７について説明する。
ターゲット室２３および処理室１２の内圧が低いので、スパッタリング後のアルゴンイオンの平均自由行程は長い。したがって、イオンビーム４５がターゲット３６に衝突した後に反射し、アルゴンイオン４９はウエハ１に到達する可能性がある。また、ターゲット３６に入射したアルゴンイオン４９がターゲット３６内で電気的に中性化して残留し、ターゲット３６を構成する原子（例えば、Ｔａ、ＰｔＭｎ）のスパッタ粒子と共に、スパッタリングされて、ウエハ１に到達する可能性もある。
一般に、ターゲット３６からウエハ１に到達するスパッタ粒子４６のスパッタ粒子密度分布は、ｃｏｓΘ曲線分布に近似する。このΘはイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角である。したがって、アルゴンイオン４９は、図７に破線斜線で示された末広がりの範囲内の何処かに存在する確率が高く、特に、破線斜線の中心線付近に最も多く存在する確率が高い。
そのため、好ましくは、破線斜線の中心線上に垂直姿勢にウエハホルダ１８に保持されたウエハ１が位置しないようにウエハホルダ１８の位置を設定するとよい。これにより、アルゴンイオン４９によるウエハ１への悪影響を低減することができる。換言すれば、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１に到達するアルゴンイオン４９よりもウエハ１以外に到達するアルゴンイオンの方が多くなるような位置にウエハホルダ１８を設定するとよい。
また、アルゴンイオンはスパッタ粒子である金属粒子より軽い。そのため、アルゴンイオンは、図７に示された破線斜線の中心線に対し下方側より上方側に多く存在する確率が高い。一方、スパッタ粒子は、破線斜線の中心線に対し、上方側よりも下方側に多く存在する確率が高い。そのため、好ましくは、破線斜線の中心線より下方側に垂直姿勢にウエハホルダ１８に保持されたウエハ１が位置するように、ウエハホルダ１８の位置を設定するとよい。さらに好ましくは、図７に示すように、破線斜線に示された範囲のうち、破線斜線の中心線に対し上方側のアルゴンイオンが処理室１２内に通過しないように、連通孔２５の位置を設定するとよい。 Here, the locus of argon ions after sputtering with respect to the wafer will be described with reference to FIG.
Since the internal pressures of the target chamber 23 and the processing chamber 12 are low, the average free path of argon ions after sputtering is long. Therefore, the ion beam 45 is reflected after colliding with the target 36 and the argon ions 49 may reach the wafer 1. Further, the argon ions 49 incident on the target 36 are electrically neutralized and remain in the target 36 and are sputtered together with sputtered particles of atoms (for example, Ta and PtMn) constituting the target 36. There is also a possibility of reaching.
In general, the sputtered particle density distribution of sputtered particles 46 reaching the wafer 1 from the target 36 approximates the cos Θ curve distribution. This Θ is an incident angle of the ion beam 45 with respect to the target 36. Therefore, there is a high probability that the argon ions 49 exist somewhere within the range of the end spread shown by the broken line in FIG. 7, and in particular, there is a high probability that the argon ion 49 exists most in the vicinity of the center line of the broken line.
Therefore, preferably, the position of the wafer holder 18 is set so that the wafer 1 held by the wafer holder 18 is not positioned in a vertical posture on the center line of the hatched line. Thereby, the bad influence to the wafer 1 by the argon ion 49 can be reduced. In other words, the wafer holder 18 may be set at a position where the number of argon ions reaching other than the wafer 1 is larger than the argon ions 49 reaching the wafer 1 held by the wafer holder 18.
Argon ions are lighter than metal particles that are sputtered particles. For this reason, there is a high probability that argon ions are present more in the upper side than in the lower side with respect to the center line of the broken line shown in FIG. On the other hand, there is a high probability that sputtered particles are present more on the lower side than on the upper side with respect to the center line of the broken line. Therefore, it is preferable to set the position of the wafer holder 18 so that the wafer 1 held by the wafer holder 18 is positioned in a vertical posture below the center line of the hatched line. More preferably, as shown in FIG. 7, the position of the communication hole 25 is set so that argon ions on the upper side with respect to the center line of the dashed diagonal line do not pass into the processing chamber 12 within the range indicated by the dashed diagonal line. It is good to set.

また、スパッタ粒子はアルゴンイオン４９にくらべて重いため、スパッタ粒子密度分布領域に対応する図７の破線斜線範囲よりも下方にも飛散し、衝突する可能性がある。この下方への飛散は、不均一なため、ウエハ１上へ成膜する際の膜厚均一性の悪化や同じ膜厚を成膜する再現性を悪化させてしまう。そのため、好ましくは、ウエハ１のスパッタ粒子密度分布領域外、特に、ウエハホルダ１８に垂直姿勢に保持されたウエハ１の中心より下方側を邪魔板２１によって被覆するとよい。これにより、膜厚均一性や再現性の悪化を防止することができる。換言すれば、スパッタ粒子密度分布領域外を飛翔する金属粒子がウエハ１に衝突する確率は、邪魔板２１の被覆によって無くなる。
邪魔板２１はスパッタ粒子密度分布領域内外のスパッタ粒子４６を遮るので、必然的に、ウエハ１に堆積する膜の膜厚分布均一性を制御することができる。
邪魔板２１の高さは昇降装置２０によって制御する。邪魔板２１の遮蔽範囲および形状は、実験、コンピュータシミュレーション等によって評価して最適なものを選択することが望ましい。
なお、邪魔板２１がチルトブロック１７に干渉するのを防止するために、チルトブロック１７が所定の位置（例えば、ウエハ１が垂直になる位置）に無い場合には、チルト装置１５は昇降装置２０を作動させないインタロックを設けることが望ましい。 Further, since the sputtered particles are heavier than the argon ions 49, there is a possibility that the sputtered particles may be scattered and collide with the sputtered particle density distribution region below the shaded area of the broken line in FIG. Since the downward scattering is non-uniform, the film thickness uniformity is deteriorated when the film is formed on the wafer 1 and the reproducibility of forming the same film thickness is deteriorated. Therefore, it is preferable that the baffle plate 21 covers the outside of the sputtered particle density distribution region of the wafer 1, in particular, the lower side from the center of the wafer 1 held in the vertical posture by the wafer holder 18. Thereby, it is possible to prevent deterioration of film thickness uniformity and reproducibility. In other words, the probability that the metal particles flying out of the sputtered particle density distribution region collide with the wafer 1 is eliminated by the coating of the baffle plate 21.
Since the baffle plate 21 blocks the sputtered particles 46 inside and outside the sputtered particle density distribution region, it is inevitably possible to control the film thickness distribution uniformity of the film deposited on the wafer 1.
The height of the baffle plate 21 is controlled by the lifting device 20. As for the shielding range and shape of the baffle plate 21, it is desirable to select an optimum one by evaluating it by experiment, computer simulation, or the like.
In order to prevent the baffle plate 21 from interfering with the tilt block 17, when the tilt block 17 is not in a predetermined position (for example, a position where the wafer 1 is vertical), the tilt device 15 includes the lifting device 20. It is desirable to provide an interlock that does not actuate.

なお、アルゴンイオンのウエハへの衝突を防止する手段としては、ウエハ１の傾斜角を変更することも有効である。ちなみに、ウエハ１の傾斜角を変更することは、均一に成膜する手段としても有効である。
しかしながら、スパッタリングによって形成した膜の膜質の悪化が懸念される。なぜならば、スパッタ粒子の入射角が浅くなることにより、結晶の成長に影響が及ぶ可能性があるためである。 Note that it is also effective to change the tilt angle of the wafer 1 as a means for preventing the collision of argon ions with the wafer. Incidentally, changing the tilt angle of the wafer 1 is also effective as a means for uniformly forming a film.
However, there is a concern about deterioration of the film quality of the film formed by sputtering. This is because the growth of crystals may be affected by the shallow incident angle of sputtered particles.

ところで、ターゲットはアルゴンおよび他のターゲットのスパッタ粒子によって汚染される可能性がある。したがって、ターゲットをプレクリーニングすることが望ましい。プレクリーニングは１枚のウエハ処理毎でもよいし、複数枚のウエハ処理毎でもよい。
プレクリーニングはアルゴンをターゲットに照射することにより実施する。
なお、窒素（Ｎ₂ ）ガスはターゲット室２３および処理室１２等を大気復帰させる場合にのみ使用される。
ちなみに、アルゴンガスがイオン源室４１に導入されていない時に、フィラメント４２の電源をＯＮさせないインタロックを設けることが望ましい。これは、アルゴンガスを導入しない状態で、フィラメント電源をＯＮすると、蒸気圧の関係からフィラメント４２の寿命が短くなるので、これを避けるためである。 By the way, the target may be contaminated by the sputter particles of argon and other targets. Therefore, it is desirable to preclean the target. The pre-cleaning may be performed every time one wafer is processed, or may be processed every plural wafers.
Pre-cleaning is performed by irradiating the target with argon.
Nitrogen (N ₂ ) gas is used only when the target chamber 23, the processing chamber 12, etc. are returned to the atmosphere.
Incidentally, it is desirable to provide an interlock that does not turn on the filament 42 when the argon gas is not introduced into the ion source chamber 41. This is to avoid this because if the filament power supply is turned on without introducing argon gas, the life of the filament 42 is shortened due to the vapor pressure.

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) マルチチャンバ装置に比べてフットプリントを小さく抑えることができる。また、真空を封止するシール部を減少させることできるので、マルチチャンバ装置に比べてイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。 1) The footprint can be kept small compared to the multi-chamber device. Moreover, since the seal part for sealing the vacuum can be reduced, the initial cost and the running cost can be reduced as compared with the multi-chamber apparatus.

2) ウエハホルダをターゲットホルダ側方に配置しているので、ターゲットホルダ等に付着した異物がウエハ上に落下してウエハを汚染するのを防止することができる。すなわち、超高真空のターゲット室では重力の影響を大きく受けるために、ターゲットホルダ等に付着した異物は真下に落下するが、ウエハはターゲットホルダ等の真下にないので、ウエハ上には落下しない。 2) Since the wafer holder is arranged on the side of the target holder, it is possible to prevent foreign matter adhering to the target holder or the like from falling on the wafer and contaminating the wafer. That is, in the ultra-high vacuum target chamber, since it is greatly affected by gravity, the foreign matter attached to the target holder or the like falls directly below, but since the wafer is not directly below the target holder or the like, it does not fall on the wafer.

3) イオンビームをターゲットに収束させて照射しているので、ターゲットからのスパッタ粒子の無駄な飛散を抑制することができる。したがって、高価なターゲットの表面積を小さく抑制することができる。また、スパッタ粒子の飛散領域を小さくすることができるので、ターゲット室内が汚染するのを防止することができる。 3) Since the ion beam is focused and irradiated, it is possible to suppress unnecessary scattering of sputtered particles from the target. Therefore, the surface area of the expensive target can be suppressed small. In addition, since the spattered particle scattering region can be reduced, the target chamber can be prevented from being contaminated.

4) イオン源がターゲット室の下側に設置されているので、イオン源のメンテナンスを簡単化することができる。 4) Since the ion source is installed below the target chamber, maintenance of the ion source can be simplified.

5) 材質が異なる複数のターゲットが同一のターゲットホルダに保持されているので、ターゲットを順番に交換することにより、材質が異なる膜をウエハに順番に積層して行くことができる。 5) Since a plurality of targets having different materials are held by the same target holder, films having different materials can be sequentially stacked on the wafer by sequentially changing the targets.

6) ターゲットをイオンビームによってスパッタリングして成膜するので、マグネトロンスパッタリングによって成膜するのに比較して、良好な平坦性および膜質を得ることができ、しかも、プラズマダメージを回避することができる。処理室（成膜室）とプラズマ発生室（イオン源室およびターゲット室）とが分離されていることにより、プラズマダメージが無くなるので、平坦性が良くなり、また、ターゲットに照射するイオンビームのエネルギおよびイオン密度を最適値に制御することにより、成膜（スパッタリング）条件を適正かつ精密に制御することができるので、膜質を向上させることができる。 6) Since the film is formed by sputtering the target with an ion beam, better flatness and film quality can be obtained and plasma damage can be avoided as compared with film formation by magnetron sputtering. Since the processing chamber (deposition chamber) and the plasma generation chamber (ion source chamber and target chamber) are separated, plasma damage is eliminated, so that the flatness is improved and the energy of the ion beam applied to the target is improved. In addition, by controlling the ion density to an optimum value, the film formation (sputtering) conditions can be controlled appropriately and precisely, so that the film quality can be improved.

7) スパッタリングに際してウエハを邪魔板によって遮蔽することができるので、成膜の膜厚均一性を向上させることができる。 7) Since the wafer can be shielded by a baffle plate during sputtering, the film thickness uniformity of the film formation can be improved.

8) 回転軸に対して垂直方向であって、異なる方向に複数延在する延在部と、該延在部それぞれに設けられ、ターゲットを基板ホルダ側に近づくにしたがって回転軸とターゲットホルダとの距離が短くなるように保持するターゲットチャックを備えているので、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を抑制することができる。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。 8) A plurality of extending portions that are perpendicular to the rotation axis and extend in different directions, and are provided in each of the extension portions, and as the target approaches the substrate holder side, the rotation shaft and the target holder Since the target chuck that holds the distance so as to be short is provided, the volume of the target chamber can be reduced, and the throughput can be improved and the footprint can be suppressed. Further, since a sufficient gap can be sandwiched between a plurality of targets, cross contamination can be suppressed even when different types of targets are adjacent to each other.

図８は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、ターゲットホルダ３０のターゲットチャック３５、３５間に遮蔽板３７を備える点、である。好ましくは、遮蔽板３７は、側壁面３４から、ターゲット３６の上面より高い位置に至るまで設けるとよい。
本実施形態によれば、遮蔽板３７が隣のターゲット３６側へのコンタミネーションの浮遊を抑制するので、クロスコンタミネーションを抑制することができる。 FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
The present embodiment is different from the first embodiment in that a shielding plate 37 is provided between the target chucks 35 and 35 of the target holder 30. Preferably, the shielding plate 37 may be provided from the side wall surface 34 to a position higher than the upper surface of the target 36.
According to this embodiment, since the shielding plate 37 suppresses the floating of the contamination to the adjacent target 36 side, the cross contamination can be suppressed.

図９および図１０は本発明の第三実施形態を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、本処理（スパッタリング）に使用するイオン源（以下、本処理イオン源という）４０とは別に、プレクリーニングに使用するイオン源（以下、クリーニングイオン源という）４０Ａが配置されている点、である。
図９が示す例においては、第二真空容器２２の底壁に配置された本処理イオン源４０とは別に、クリーニングイオン源４０Ａが第二真空容器２２の一側壁に配置されている。
図１０が示す例においては、クリーニングイオン源４０Ａが第二真空容器２２の正面壁に配置されている。
本実施形態によれば、本処理前（スパッタリング前）にターゲット３６をクリーニングイオン源４０Ａによってプレクリーニングすることができるので、ターゲット３６を清浄に維持することができる。特に、複数の膜を順番に形成する場合において、本処理イオン源４０による本処理中（スパッタリング中）に、次に使用するターゲット３６をクリーニングイオン源４０Ａによってプレクリーニングすることができるので、スループットの低下を防止しつつ、ターゲット３６を清浄に維持することができる。 9 and 10 show a third embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in that an ion source (hereinafter referred to as a cleaning ion source) used for pre-cleaning is separate from an ion source (hereinafter referred to as a present process ion source) 40 used for the main processing (sputtering). 40A is disposed.
In the example shown in FIG. 9, a cleaning ion source 40 </ b> A is disposed on one side wall of the second vacuum container 22, separately from the main processing ion source 40 disposed on the bottom wall of the second vacuum container 22.
In the example shown in FIG. 10, the cleaning ion source 40 </ b> A is disposed on the front wall of the second vacuum vessel 22.
According to this embodiment, since the target 36 can be pre-cleaned by the cleaning ion source 40A before the main processing (before sputtering), the target 36 can be kept clean. In particular, when a plurality of films are formed in sequence, the target 36 to be used next can be pre-cleaned by the cleaning ion source 40A during the main processing (during sputtering) by the main processing ion source 40. The target 36 can be kept clean while preventing the decrease.

図１１および図１２は本発明の第四実施形態を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、本処理イオン源４０とは別に、ウエハをスパッタリングするイオン源（以下、ウエハスパッタリング源という）４０Ｂが配置されている点、である。
図１１が示す例においては、ウエハスパッタリング源４０Ｂが第一真空容器１１のウエハ１をスパッタリング可能な位置に配置されている。
図１２が示す例においては、ウエハスパッタリング源４０Ｂが第二真空容器２２のウエハ１をスパッタリング可能な位置に配置されている。
本実施形態によれば、本処理前（スパッタリング前）に、ウエハ１をウエハスパッタリング源４０Ｂによってスパッタリングすることにより、ウエハ１上の不純物を除去したり、クリーニングしたりすることができる。また、本処理中（スパッタリング中）に、ウエハ１をウエハスパッタリング源４０Ｂによって直接的にスパッタリングすることにより、ターゲット３６からのスパッタ粒子４６をイオン種に活性化することにより、ウエハ１への成膜をアシストすることができる。例えば、ＭｇＯ成膜時にＭｇとＯとの割合を見て、酸素（Ｏ₂ ）が不足している場合に、酸素のイオンビームをウエハ１に当てアシストすることができる。 11 and 12 show a fourth embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in that an ion source (hereinafter, referred to as a wafer sputtering source) 40B for sputtering a wafer is disposed separately from the processing ion source 40.
In the example shown in FIG. 11, the wafer sputtering source 40 </ b> B is arranged at a position where the wafer 1 of the first vacuum vessel 11 can be sputtered.
In the example shown in FIG. 12, the wafer sputtering source 40 </ b> B is disposed at a position where the wafer 1 of the second vacuum vessel 22 can be sputtered.
According to the present embodiment, before the processing (before sputtering), the wafer 1 is sputtered by the wafer sputtering source 40B, whereby impurities on the wafer 1 can be removed or cleaned. Further, during the present process (during sputtering), the wafer 1 is directly sputtered by the wafer sputtering source 40B, and the sputtered particles 46 from the target 36 are activated to ion species, thereby forming a film on the wafer 1. Can assist. For example, when the ratio of Mg and O is observed at the time of forming the MgO film, when oxygen (O ₂ ) is insufficient, the wafer 1 can be assisted by applying an ion beam of oxygen.

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。   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, quadrangular pyramid, pentagonal pyramid, hexagonal pyramid, heptagonal pyramid, etc. You may form in a cone.

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）基板を保持する基板ホルダと、
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源から発生するイオンが照射されるターゲットと、
前記基板ホルダが軸延長方向に位置するように配置される回転軸と、
該回転軸に対して垂直方向であって異なる方向に複数延在する延在部と、
該延在部それぞれに設けられ、前記ターゲットを前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持するターゲットチャックと、
前記回転軸を回転させる回転装置と、
を有する基板処理装置。
（２）前記ターゲットチャックは、少なくとも隣接する前記ターゲットチャックとの間の間隙が、相対的に短い前記基板ホルダ側の一端と、前記間隙が相対的に長い前記基板ホルダ側とは反対側の他端と、を有している請求項（１）の基板処理装置。
（３）少なくとも前記ターゲットおよび前記ターゲットチャックが収納される第一収納容器と、該第一収納容器の前記回転軸の延長方向に隣設され、前記基板ホルダが収納される第二収納容器とを有し、前記第二収納容器は前記第一収納容器よりも小さい容積で形成されている請求項（１）の基板処理装置。
（４）前記第二収納容器は前記回転軸の軸延長上より下方に配置されている請求項（３）の基板処理装置。
（５）前記イオン源にイオン化されるガスを供給するガス供給源を有し、前記第一収納容器は前記第二収納容器側の第一壁面に前記第二収納容器と連通させる連通孔を有し、該連通孔は前記ガス供給源から前記イオン源に供給され前記ターゲットで反射した前記イオンの一部が通過し、前記イオンの他部が前記第一壁面に衝突する位置に配置されている請求項（３）の基板処理装置。
（６）前記イオン源にイオン化されるガスを供給するガス供給源を有し、前記基板ホルダは、前記ガス供給源から前記イオン源に供給され前記ターゲットで反射した前記イオンのうち、前記基板ホルダに保持された基板に到達するイオン量より前記基板以外に到達するイオン量が多くなる位置に配置されている請求項（３）の基板処理装置。
（７）前記ターゲットチャックは、そのターゲット保持面の平行方向延長線と、前記回転軸の軸方向延長線との交差する角度が鋭角となるように構成されている請求項（１）の基板処理装置。
（８）隣接する前記ターゲットチャックに保持された前記ターゲット同士を仕切る仕切部を有する請求項（１）の基板処理装置。
（９）基板ホルダが軸延長方向に位置するように配置される回転軸と、該回転軸に対して垂直方向であって異なる方向に複数延在する延在部と、該延在部それぞれに設けられたターゲットチャックのうちの第一ターゲットチャックに、前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持された第一ターゲットにイオン源が発生させたイオンを照射させて前記第一ターゲットからのターゲット成分が前記回転軸の軸延長方向に位置するように配置される前記基板ホルダに保持された前記基板に堆積する堆積ステップと、
前記回転軸を回転装置により回転させて前記第一ターゲットが配置されていた位置に、前記ターゲットチャックのうちの第二ターゲットチャックに前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持された第二ターゲットを配置する配置ステップと、
を有する半導体装置の製造方法。
（１０）前記配置ステップの後に、前記第二ターゲットに前記イオン源が発生させたイオンを照射させて前記第二ターゲットからのターゲット成分が前記基板ホルダに保持された基板に堆積する堆積ステップ、
をさらに有する（９）の半導体装置の製造方法。 Preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(1) a substrate holder for holding a substrate;
An ion source for generating ions;
A target irradiated with ions generated from the ion source;
A rotating shaft arranged so that the substrate holder is positioned in the axial extension direction;
A plurality of extending portions extending in different directions perpendicular to the rotation axis;
A target chuck that is provided in each of the extending portions and holds the target so that the distance between the rotating shaft and the target decreases as the target approaches the substrate holder side;
A rotating device for rotating the rotating shaft;
A substrate processing apparatus.
(2) The target chuck has at least one end on the substrate holder side where the gap between the adjacent target chucks is relatively short, and the other side opposite to the substrate holder side where the gap is relatively long. The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising an end.
(3) A first storage container in which at least the target and the target chuck are stored, and a second storage container that is provided adjacent to the first storage container in the extending direction of the rotation shaft and stores the substrate holder. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the second storage container is formed with a smaller volume than the first storage container.
(4) The substrate processing apparatus of (3), wherein the second storage container is disposed below the axial extension of the rotating shaft.
(5) having a gas supply source that supplies gas to be ionized to the ion source, and the first storage container has a communication hole that communicates with the second storage container on the first wall surface on the second storage container side. The communication hole is disposed at a position where a part of the ions supplied from the gas supply source to the ion source and reflected by the target pass and the other part of the ions collides with the first wall surface. The substrate processing apparatus according to claim 3.
(6) A gas supply source that supplies a gas to be ionized to the ion source, wherein the substrate holder is the substrate holder among the ions that are supplied from the gas supply source to the ion source and reflected by the target. The substrate processing apparatus according to claim 3, wherein the substrate processing apparatus is disposed at a position where the amount of ions reaching other than the substrate is larger than the amount of ions reaching the substrate held by the substrate.
(7) The substrate processing according to (1), wherein the target chuck is configured such that an angle between a parallel extension line of the target holding surface and an axial extension line of the rotating shaft is an acute angle. apparatus.
(8) The substrate processing apparatus according to (1), further comprising a partition portion that partitions the targets held by the adjacent target chucks.
(9) A rotating shaft arranged so that the substrate holder is positioned in the axial extension direction, an extending portion extending in a direction perpendicular to the rotating shaft and extending in different directions, and each of the extending portions Ions generated by the ion source on the first target held so that the distance between the rotating shaft and the target becomes shorter as approaching the substrate holder side to the first target chuck among the provided target chucks. A deposition step of irradiating and depositing on the substrate held by the substrate holder disposed so that a target component from the first target is positioned in an axial extension direction of the rotation shaft;
The distance between the rotating shaft and the target is closer to the substrate holder side of the second target chuck of the target chuck at the position where the first target is arranged by rotating the rotating shaft by a rotating device. A placement step of placing a second target held to be short;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
(10) A deposition step of irradiating the second target with ions generated by the ion source and depositing a target component from the second target on the substrate held by the substrate holder after the placement step;
(9) The manufacturing method of the semiconductor device of further having.

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…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…夾角、３４…側壁面、３５…ターゲットチャック、３６…ターゲット、３７…遮蔽板、
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（アルゴン成分粒子）、４７…加速電極、４７ａ…加速通過孔、４８…減速電極、４８ａ…減速通過孔、４９…アルゴンイオン、
５０…ガス供給源、６０…コントローラ。 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Rotating shaft, 30 ... Target holder, 31 ... Rotating axis (vertical perpendicular), 31A ... Surface orthogonal to the rotating axis, 32 ... Conical surface, 33 ... Depression angle, 34 ... Side wall surface, 35 ... Target chuck, 36 ... Target 37 ... Shielding plate,
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 (argon component particles) 47 ... acceleration electrode 47a ... acceleration passage hole 48 ... deceleration electrode 48a ... deceleration passage hole 49 ... argon ion
50 ... Gas supply source, 60 ... Controller.

Claims (2)

基板を保持する基板ホルダと、
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源から発生するイオンが照射されるターゲットと、
前記基板ホルダが軸延長方向に位置するように配置される回転軸と、
該回転軸に対して垂直方向であって異なる方向に複数延在する延在部と、
該延在部それぞれに設けられ、前記ターゲットを前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持するターゲットチャックと、
前記回転軸を回転させる回転装置と、
を有する基板処理装置。 A substrate holder for holding the substrate;
An ion source for generating ions;
A target irradiated with ions generated from the ion source;
A rotating shaft arranged so that the substrate holder is positioned in the axial extension direction;
A plurality of extending portions extending in different directions perpendicular to the rotation axis;
A target chuck that is provided in each of the extending portions and holds the target so that the distance between the rotating shaft and the target decreases as the target approaches the substrate holder side;
A rotating device for rotating the rotating shaft;
A substrate processing apparatus. 基板ホルダが軸延長方向に位置するように配置される回転軸と、該回転軸に対して垂直方向であって異なる方向に複数延在する延在部と、該延在部それぞれに設けられたターゲットチャックのうちの第一ターゲットチャックに、前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持された第一ターゲットにイオン源が発生させたイオンを照射させて前記第一ターゲットからのターゲット成分が前記回転軸の軸延長方向に位置するように配置される前記基板ホルダに保持された基板に堆積する堆積ステップと、
前記回転軸を回転装置により回転させて前記第一ターゲットが配置されていた位置に、前記ターゲットチャックのうちの第二ターゲットチャックに前記基板ホルダ側に近づくに従って前記回転軸と前記ターゲットとの距離が短くなるように保持された第二ターゲットを配置する配置ステップと、
を有する半導体装置の製造方法。 A rotating shaft disposed so that the substrate holder is positioned in the axial extension direction, an extending portion extending in a direction perpendicular to the rotating shaft and extending in different directions, and provided in each of the extending portions The first target chuck of the target chucks is irradiated with ions generated by the ion source on the first target held so that the distance between the rotating shaft and the target becomes shorter as the substrate holder side is approached. A deposition step of depositing a target component from the first target on a substrate held by the substrate holder disposed so as to be positioned in an axial extension direction of the rotation shaft;
The distance between the rotating shaft and the target is closer to the substrate holder side of the second target chuck of the target chuck at the position where the first target is arranged by rotating the rotating shaft by a rotating device. A placement step of placing a second target held to be short;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:

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