JPH05255847A - スパッタリング装置およびスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ウエハホルダ３には、ウエハ２と第２ターゲ
ット８が保持されている。ウエハホルダ３はウエハホル
ダ回転軸４を中心に矢印方向に回転することができる。
通常はウエハ２とターゲット１とを対向させてウエハ２
に薄膜を形成するが、ウエハ２の処理枚数が所定枚数を
越える前にと第１ターゲット１と第２ターゲット８を対
向させ、通常とは逆方向にスパッタリングを行なう。 【効果】 シャッタ５やシールド６に付着した堆積物１
６、１８の付着力を大きくすることができ、堆積物１
６、１８の剥離を抑制することができる。これにより半
導体装置の歩留まりを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はスパッタリング装置お
よびスパッタリング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のスパッタリング装置の断面
図である。このような構造のスパッタリング装置は、た
とえば「スパッタリング現象」（東京大学出版 １９８
４）の第１５０頁に開示されている。ウエハに成膜が行
なわれるチャンバ７内のうち、右側にはウエハ２を保持
したウエハホルダ３が設けられている。左側にはウエハ
２に成膜を行なう際に蒸着源となるターゲット１が設け
られている。

【０００３】ターゲット１とウエハ２との間の空間はシ
ールド６で覆われている。スパッタリングの際にターゲ
ット１が陰極となるが、ターゲット１とチャンバ７との
間に放電が生じないようにするためにシールド６が設け
られている。

【０００４】ターゲット１とウエハ２との間の空間には
シャッタ５が配置されている。シャッタ５はシャッタ収
容室１４と、ターゲット１とウエハ２との間の空間とを
移動可能にされている。シャッタ５の役割は後で説明す
る。

【０００５】次にこのスパッタリング装置を用いて行な
う成膜について説明する。チャンバ７を真空ポンプによ
り１０^-6Ｔｏｒｒ程度以下に排気した後、Ａｒを含む放
電ガスをチャンバ７内に導入し、チャンバ７内の圧力を
１０^-3Ｔｏｒｒ程度に調整する。この状態で陽極となる
ウエハ２をアースし、陰極となるターゲット１とウエハ
２との間に所定の電圧を印加すると、放電ガスが電離し
てプラズマが発生する。

【０００６】このとき電気引力によってＡｒ⁺ が陰極で
あるターゲット１の方向に加速され、ターゲット１に衝
突する。この衝突によってターゲット１の表面の原子が
はじき飛ばされ（スパッタされ）、ウエハ２に付着・堆
積し、薄膜が形成される。

【０００７】プラズマ状態が不安定であると成膜速度が
異なる。プラズマが発生した直後はプラズマ状態が不安
定なので、シャッタ５をターゲット１とウエハ２との間
の空間部に配置し、プラズマ状態が安定になるまでウエ
ハ２に薄膜が形成されるのを防いでいる。プラズマ状態
が安定した後にシャッタ５をシャッタ収容室１４内に収
容し、成膜を開始する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ターゲット１からスパ
ッタされた原子（以下スパッタ原子という）はチャンバ
７内に存在する放電ガスと衝突すると飛行方向を変え
る。このためシャッタ５やシールド６などチャンバ７内
のいたるところに付着・堆積する（以下これを堆積物１
５〜１８と呼ぶ）。ウエハ２の処理枚数が増えると、す
なわち累積成膜時間が長くなると堆積物１５〜１８は成
長し、シャッタ５やシールド６から剥がれやすくなる。

【０００９】堆積物１５〜１８が剥がれる原因の一例と
して、シャッタ５の移動がある。剥がれた堆積物１５〜
１８の一部はチャンバ７内の放電ガスに乗ってウエハ２
方向に移動しウエハ２に付着する。ウエハ２に付着した
堆積物１５〜１８が異物となり半導体装置の不良品発生
の原因となる。

【００１０】ところで、堆積物１５〜１８のうち、スパ
ッタ原子が放電ガスと衝突しなくても到達することがで
きる部分に形成された堆積物１５、１７は比較的強く付
着している。これは以下の理由によるものと思われる。
スパッタ原子の運動エネルギが大きいほど密着力が強く
なる。放電ガスと衝突しなくても到達できる部分に到達
するスパッタ原子は、放電ガスとの衝突回数が比較的少
なく失う運動エネルギの量が小さいからである。

【００１１】これに対して放電ガスと衝突しなければ到
達できない部分にある堆積物１６、１８は剥がれやす
い。スパッタ原子がこの部分に到達するためには放電ガ
スと比較的多く衝突しなければならないので、スパッタ
原子が失う運動エネルギが大きいからである。

【００１２】この発明は係る従来の問題点を解決するた
めになされたものである。この発明の目的はチャンバ内
に堆積した堆積物が剥がれにくくすることができるスパ
ッタリング装置を提供することである。

【００１３】この発明の他の目的は、チャンバ内に堆積
した堆積物が剥がれにくくすることができるスパッタリ
ング方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に従ったスパッ
タリング装置は、ウエハに成膜が行なわれる成膜室と、
成膜室に設けられ、ウエハが保持されるウエハ保持部材
と、成膜室に設けられ、ウエハ保持部材に保持されたウ
エハに成膜が行なわれる際に蒸着源となる第１ターゲッ
トと、成膜室のウエハ保持部材側に設けられ、第１ター
ゲットに成膜が行なわれる際に蒸着源となる第２ターゲ
ットとを備えている。

【００１５】この発明に従ったスパッタリング方法は、
ウエハ保持側に第１蒸着源を設け、第１蒸着源からウエ
ハに成膜が行なわれる際に第２蒸着源となるターゲット
に向けてスパッタリングをする。

【００１６】

【作用】この発明に従ったスパッタリング装置は、第２
ターゲットから第１ターゲットに向けてスパッタを行な
うことができる。つまり、通常とは逆の方向にスパッタ
リングを行なえる。通常のスパッタリングを行なう際は
放電ガスと衝突しなければ到達できない部分でも、逆方
向からスパッタリングすれば放電ガスと衝突しなくても
到達することができる。このため、密着力が弱く剥がれ
やすい堆積物の上に密着力の強い堆積物が形成されるの
で、堆積物は剥がれにくくなる。

【００１７】この発明に従ったスパッタリング方法は、
通常とは逆の方向にスパッタリングを行なう。

【００１８】

【実施例】

（第１実施例）図１はこの発明に従ったスパッタリング
装置の第１実施例の断面図である。チャンバ７内のうち
右側にはウエハ２と第２ターゲット８とを保持したウエ
ハホルダ３が設けられている。ウエハホルダ３はウエハ
ホルダ回転軸４を中心に矢印方向に回転自在にされてい
る。

【００１９】チャンバ７内のうち左側には第１ターゲッ
ト１が設けられている。第１ターゲット１とウエハ２と
の間の空間はシールド６で覆われている。シャッタ５
は、シャッタ収容室１４と、第１ターゲット１とウエハ
２との空間部とを移動可能にされている。

【００２０】次に第１実施例の動作について説明する。
通常はウエハ２を第１ターゲット１に対向する位置に配
置してスパッタリングを行ない、ウエハ２上に薄膜を形
成する。ウエハ２の処理枚数が多くなるとシャッタ５や
シールド６などに付着した堆積物１５〜１８が成長して
剥離する。剥離した堆積物１５〜１８の一部はウエハ２
に付着し異物となる。したがって、ウエハ２に付着する
異物量が許容限度を越える処理枚数（以下所定枚数とい
う）に達する前に以下の操作を行なう。

【００２１】ウエハホルダ３をウエハホルダ回転軸４を
中心として回転させ第２ターゲット８を第１ターゲット
１に対向させる。第１ターゲット１をアースし、第２タ
ーゲット８にマイナス電圧を印加することによって、通
常とは逆方向にスパッタリングを行なう。これにより、
堆積物１５、１７に比べ付着力が弱い堆積物１６、１８
の付着力を強くすることができ、堆積物１６、１８の剥
離を抑制することができる。

【００２２】（第２実施例）図２はこの発明に従ったス
パッタリング装置の第２実施例の断面図である。第１実
施例との違いは第２ターゲット８をウエハホルダ３に取
付けず、ターゲットホルダ９に取付けた点である。１０
はターゲットホルダ回転軸であり、ターゲットホルダ９
はターゲットホルダ回転軸１０を中心として矢印方向に
回転する。

【００２３】通常はウエハ２を第１ターゲット１に対向
する位置に配置してウエハ２上に薄膜を形成する。ウエ
ハ２の処理枚数が第１実施例で説明した所定枚数を越え
る前に、ウエハホルダ３およびターゲットホルダ９を回
転させて、第２ターゲット８をターゲット１に対向させ
る。そして第１実施例と同様の操作により、通常とは逆
方向のスパッタリングを行なう。

【００２４】（第３実施例）図３はこの発明に従ったス
パッタリング装置の第３実施例の断面図である。第３実
施例はウエハホルダ３とウエハホルダ１１とを対向して
配置している。ウエハホルダ３はウエハホルダ回転軸４
を中心に回転自在にされている。ウエハホルダ１１はウ
エハホルダ回転軸１９を中心に回転自在にされている。

【００２５】ウエハホルダ３の一方の面には第２ターゲ
ット８が保持され、他方の面にはウエハ２が保持されて
いる。ウエハホルダ１１の一方の面には第１ターゲット
１が保持され、他方の面にはウエハ２が保持されてい
る。

【００２６】ウエハホルダ３に保持されたウエハ２上に
薄膜を形成した後、ウエハホルダ３、１１を回転させ、
次にウエハホルダ１１に保持されたウエハ２に薄膜を形
成する。これを繰返すことにより、シャッタ５やシール
ド６に形成された堆積物１５〜１８の剥離を防ぐ。

【００２７】この実施例では、ウエハ２に薄膜を形成す
るごとに、ウエハホルダ３、１１を回転させていたが、
ウエハホルダ３側で実施例１で説明した所定枚数に達す
る前までウエハ２上に薄膜を形成し、その段階でウエハ
ホルダ３、１１を回転させ、ウエハホルダ１１側で薄膜
を形成するようにしてもよい。

【００２８】第１〜第３実施例では、第１および第２タ
ーゲット１、８を回転させて移動する場合を述べたが、
必ずしも回転である必要はなく並進または回転と並進を
組み合わせた移動方法であってもよい。

【００２９】（第４実施例）図４はこの発明に従ったス
パッタリング装置の第４実施例の断面図である。第４実
施例では、金属膜１３が形成されたウエハ２０にバイア
ス電圧を印加するためのバイアス電源１２を備えてい
る。通常は半導体素子が形成されるウエハ２（図示せ
ず）をウエハホルダ３で保持し、ターゲット１をスパッ
タリングしてウエハ２上に薄膜を形成する。ウエハ２の
処理枚数が実施例１で説明した所定枚数を越える前に以
下の操作を行なう。

【００３０】ターゲット１と同じ組成の金属膜１３が形
成されたウエハ２０をターゲットホルダ３で保持し、バ
イアス電源１２によりウエハ２０にマイナスの電圧を印
加し、ターゲット１をアースする。これにより金属膜１
３はスパッタリングされ、通常とは逆方向つまりターゲ
ット１に成膜が行なわれる。これによりシャッタ５やシ
ールド６に付着した堆積物１６、１８の剥離を防ぐこと
ができる。

【００３１】第４実施例では金属膜１３がターゲット１
と同じ組成の場合について述べたが、必ずしも同じ組成
である必要はなく、また金属以外の材料でもよい。

【００３２】また、金属膜１３が形成されたウエハ２０
の代わりに、ウエハ２０自体が所望の蒸着材料で形成さ
れたものでもよい。

【００３３】

【発明の効果】この発明に従ったスパッタリング装置に
よれば、通常とは逆の方向にスパッタリングを行なうこ
とができる。したがってチャンバ内に付着した堆積物の
剥離を抑制することができ、半導体装置の歩留まりを向
上させることができる。

【００３４】この発明に従ったスパッタリング方法によ
れば、上記効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の断面図である。

【図２】この発明の第２実施例の断面図である。

【図３】この発明の第３実施例の断面図である。

【図４】この発明の第４実施例の断面図である。

【図５】従来のスパッタリング装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 第１ターゲット ２ ウエハ ３ ウエハホルダ ７ チャンバ ８ 第２ターゲット ９ ターゲットホルダ １１ ウエハホルダ １２ バイアス電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハに成膜が行なわれる成膜室と、 前記成膜室に設けられ、前記ウエハが保持されるウエハ
   保持部材と、 前記成膜室に設けられ、前記ウエハ保持部材に保持され
   た前記ウエハに成膜が行なわれる際に蒸着源となる第１
   ターゲットと、 前記成膜室の前記ウエハ保持部材側に設けられ、前記第
   １ターゲットに成膜が行なわれる際に蒸着源となる第２
   ターゲットと、 を備えたスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 ウエハ保持側に第１蒸着源を設け、前記
   第１蒸着源から前記ウエハに成膜が行なわれる際に第２
   蒸着源となるターゲットに向けてスパッタリングするス
   パッタリング方法。