JPH08250426A - 半導体用タングステンターゲットの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体製造において使用されるタングステンの
スパッタリングターゲットの製造装置を提供する。 【構成】原料ガス導管３とこれに続く、多孔板４を底面
とする中空円錐状の原料ガス吹き出し口５とからなる原
料ガス供給部６、排気ガス排出部７、基板設置台９上に
ステンレス鋼からなる基板１０を備えてなる反応容器２
よりなり、原料ガス供給部６は反応容器２の上部略中央
に位置し、排気ガス排出部７は反応容器２の側面に設
け、この排気ガス排出部７と対向する側面に基板設置台
９の出し入れ用扉８を有し、反応容器２底部に基板設置
台９の摺動部を有し、反応容器２底部付近に加熱手段１
１を有し、特に、原料吹き出し口５が水平方向に回転す
る機構、および基板設置台９に基板回転機構を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造において使
用されるタングステンのスパッタリングターゲットの製
造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体用のターゲットは、一般に高純度
で、高密度を有することが望ましい。大きい寸法のター
ゲットを粉末冶金法で製造しようとすると高い密度が得
にくく、密度の低いものをターゲットとして加工すると
加工・洗浄工程で汚染物質が内部に浸透し、ターゲット
純度を低下させる。また、密度が低いとスパッタリング
使用時に放電が非常に不安定で異常放電が起こりやす
い。この異常放電が起こると、ターゲット表面の異常放
電発生部で局部的に溶融、爆発が発生し、パーティクル
を生ずる。このパーティクルが超ＬＳＩの狭い配線に付
着すると、半導体素子の作動不良、断線が発生しやすく
なる。

【０００３】このため、半導体用ターゲットの場合、高
純度で、スパッタ使用時のパーティクル発生の少ない高
密度を有するターゲットを使用することが望ましい。こ
のようなターゲットの製造方法としては、電子ビーム溶
解−熱間圧延法（特開昭６１−１０７７２８号）や、Ｈ
ＰあるいはＨＩＰ等で加圧焼結して圧延する加圧焼結−
熱間圧延法（特開平３−１５０３５６号、特開平５−２
２２５２５号）が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子ビーム溶解法で
は、純タングステンインゴットの結晶粒が肥大化しやす
く、大きい寸法板では機械加工時に割れやすく熱間加工
性が極めて悪い。また、焼結−熱間圧延法の場合、黒鉛
型ＨＰでは加圧圧力に制限があり、温度１，２００℃を
越えると炭化物形成が起こるので不純物としての炭素が
混入する。カプセルを用いる場合はその材質の汚染が問
題となる。これらの問題を解消するために、従来よりお
こなわれているＣＶＤ法による膜形成手段を応用し、こ
の膜を厚み方向に成長させ肉厚のターゲット材を得る方
法が考えられる。しかし、この方法は、薄い膜を得る場
合には容易であるが、肉厚の材料を得るには様々な問題
がある。

【０００５】すなわち、析出タングステンの残留応力に
よる基板からの剥離、クラックの発生、大きな面積にお
ける厚みの不均一あるいは、所望の箇所だけに析出させ
ることが困難なことによる原料収率が悪い等である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる従
来の問題点に鑑み鋭意検討の結果、六フッ化タングステ
ンと水素とのＣＶＤ反応による方法において、特定の装
置において極めて高純度で、緻密なターゲットを得るこ
とを見い出し本発明に到達した。

【０００７】すなわち本発明は、原料ガス導管３とこれ
に続く、多孔板４を底面とする中空円錐状の原料ガス吹
き出し口５とからなる原料ガス供給部６、排気ガス排出
部７、基板設置台９上にステンレス鋼からなる基板１０
を備えてなる反応容器２よりなり、原料ガス供給部６は
反応容器２の上部略中央に位置し、排気ガス排出部７は
反応容器２の側面に設け、この排気ガス排出部７と対向
する側面に基板設置台９の出し入れ用扉８を有し、反応
容器２底部に基板設置台９の摺動部を有し、反応容器２
底部付近に加熱手段１１を有することを特徴とする半導
体用タングステンターゲットの製造装置である。また、
原料吹き出し口５が水平方向に回転する機構あるいは、
基板設置台９に基板回転機構を有するようにした半導体
用タングステンターゲットの製造装置である。

【０００８】図４は、従来一般に薄膜形成のためのＣＶ
Ｄ装置１８の１例を示すものである。原料のガスは、導
入部１９から反応容器２０内に導入され、ヒーター２１
上に設置された試料保持台２２（通常サセプターとよば
れる）を介して基板２３が設置される。このヒーター２
１によって加熱された基板２３上で反応物が析出堆積す
るものである。このような形態の装置は、小面積でしか
も薄い膜の形成においては、特に問題はないが、原料ガ
スの吹き出し口が単なる管構造であると、基板の中心部
の温度低下を招き、析出低下、ひいてはクラック発生、
剥離等が起こる。このような構成では厚い板状に析出さ
せる場合に、略均一厚みのものとすることが極めて困難
であり、残留応力の不均一さに起因する基板からの部分
的剥離により良好な大面積の厚板はできないものであ
る。

【０００９】従来よりＣＶＤ法は、薄い膜を形成させる
手段として利用されているものであり、数ミリ程度の厚
いものを得る手段として認識されるものではなかった。
本発明者らは、半導体用ターゲットに要求される高純
度、高密度、高信頼性を満足させる手段としてＣＶＤ法
に着目したものであるが、均質な大面積の厚板をＣＶＤ
法で得るためには、原料ガスの広い面積にわたる均一供
給、基板との析出タングステンの適度の密着性が不可決
であることを見い出したものである。

【００１０】図１は、本発明のタングステンターゲット
の素板製造装置１の一例を示すものである。３は、原料
ガス導管で、この原料ガス導管３は、多孔板４を底面と
する中空円錐状の原料ガス吹き出し口５に接続されてい
る。図２は、多孔板４の孔の配置の一例を示す平面図で
あり、この例では碁盤目状に等間隔で孔１７を配置して
いるが、同心円状等に配置することもできる。この孔の
大きさ、間隔は原料ガスの通過速度等を考慮して決定す
ればよい。また孔の位置が同じでない複数枚の多孔板を
組み合わせるようにしたり、周辺部の孔径より中心部の
それを小さくすることや原料ガス導管を複数本にするこ
とも可能である。

【００１１】この多孔板４には、目的とするタングステ
ンターゲットの大きさと略同程度の大きさとなるような
円筒形状のスカート１２を設けることが好ましい。この
スカート１２を配することにより原料ガスが横方向に流
れるのを防ぎ、原料ガスが基板１０上に確実に到達する
ようにすることができる。

【００１２】図１において１１は、加熱手段であり反応
容器２の底部を通して基板１０を加熱することができ
る。基板１０は、反応容器底部に摺動自在に設置された
基板設置台９上に設置される。また、基板設置台９の出
し入れの際は、扉８を開放しておこなう。

【００１３】この基板１０の材料としては、ステンレス
鋼が最も好ましい。他の材料では、基板と析出タングス
テンとの密着性が良過ぎて反応終了後タングステン板を
基板から容易に剥離させることができないか、密着性が
悪過ぎて反応途中で部分的にクラックが入り、剥離して
目的の大きさ、形状の板が採れないものである。

【００１４】７は、排気ガス排出部である。このような
構成とすることで原料ガスは、原料ガス導入管３から原
料ガス吹き出し口５の中空円錐の内面に拡散して多孔板
４に到達し、各孔から均等に原料ガスが吹き出され、基
板１０上で反応析出する。

【００１５】若干の未反応ガスおよび反応後のガスは、
基板１０上より全方位に流れ、最終的に排気ガス排出部
７を経由して外部へ排出される。基板１０は、反応容器
２のほぼ中央に設置することが好ましい。これは原料ガ
スの流れが基板１０付近でほぼ均等に放射状に形成され
るようにして、析出タングステンの厚みを均等にするた
めであり、かかる面から反応容器２は、基板の大きさよ
りかなり大きな平面を有することが好ましい。しかし、
左右、前後とも大きなスペースをとることは、装置が大
きくなり、価格面、装置の設置場所との関係で賢明では
なく、排気ガス排出部７を有する壁面の方向を長くとる
ようにして他の方向は、基板１０とのスペースを少なく
するようにすればほぼ同様の効果を奏することができる
ため有利である。

【００１６】中空円錐状の原料ガス吹き出し口５の中空
円錐状部の形状、大きさは、その底辺部については用い
る多孔板４の大きさによって規制されるが、その縦方向
の長さは、自由に変えることができる。しかし、この長
さをあまりに大きくとると装置が大きくなり、また、あ
まりに小さくすると原料ガス導管３から出たガスがその
まま横方向に拡散せずに多孔板４より吹き出されるため
好ましくない。通常は、図１に示すごとく断面形状で頂
点の角度が９０〜１２０度の範囲が適当である。

【００１７】かかる構成とすることで原料ガスは、ほぼ
均等に基板１０上に吹き出され、得られるタングステン
板の厚みは、基板１０周辺部が当然やや薄くなるものの
全般的にはほぼ均一な厚みとなるものである。

【００１８】しかし、所望の厚みのタングステンターゲ
ットを得るためには、その後の平面加工費を考慮した上
で、できるだけ薄く製造することが原料収率からも、平
面加工作業量の面からも好ましい。

【００１９】このためには、得られる素板の厚みが均一
であることが好ましいが、原料ガスの流れかたを、必ず
しも厳密に全方位にわたって均等にすることは困難であ
る。この点については、原料ガス供給部６あるいは、基
板１０を回転させることでほぼ厳密に厚みの均一化が図
れることを見い出したものである。

【００２０】原料ガス供給部６を回転させるようにする
構成は、基本的には図１と同様であり、同図で説明する
と、原料ガス導管３の上部の一箇所でシール構造を有す
る回動自在の取付部より下の原料ガス導管３および原料
ガス供給部６は、一体的に図示しない反応容器２外の回
転機構により回転するものである。

【００２１】一方、図３は、基板１０を回転させるよう
にした構成のものの一例を示すものであり、基本的な構
成は、図１と同様であるが、図示しない回転機構により
回転する回転軸１３が基板１０の設置位置より離れた箇
所に反応容器２上部に回動自在に固定されており、その
先端は基板設置台９に回動自在に支持されている。この
回転軸１３は、容易に基板設置台９から取り外すことが
できるようにしてあり、基板１０の出し入れの際にはこ
れを外して作業する。この回転軸１３には、基板設置台
９上を回転するようにした歯車１４が取り付けてあり、
この歯車１４に噛合い基板設置台９に支持された第２の
歯車１５が同様な第３の歯車１６に噛合うようになって
いる。この第３の歯車１６は、基板１０の周縁切り欠き
部２４と嵌合するような形状に周縁突出部２５を有して
いる。基板１０の突出部２６は、歯車１６の周縁突出部
２５の突出長さより若干長く突出させることが好まし
い。すなわち、基板１０の突出部２６が歯車１６の凹部
に載置されて歯車１６と一体的に回転し、基板１０の周
縁切り欠き部２４と歯車１６の周縁突出部２５とは、若
干の隙間を有するようにするものである。このようにす
ることで、例えば銅箔をこの隙間および歯車全体の上部
に載置して、反応により基板上以外にも若干析出するタ
ングステンの歯車の歯の部分への噛込みで、歯車の回転
に支障を与えることを回避できるものである。

【００２２】このように複数の歯車を介して基板を回転
させるようにした場合、回転機構自体は、加熱手段１１
から位置的に離れた構成となるため、熱による回転機構
への悪影響等が回避できるものであるが、もちろん基板
を直接的に回転させることも可能であり、例えば、反応
容器２の底部より回転機構と連動した回転軸を基板設置
台９を貫通して固定し、その先端に基板全体を載置する
回転台を設け、この回転台の回転がそのまま基板の回転
となるようにすることができる。この場合、機構自体
は、シンプルであるが、加熱手段と極めて近距離に回転
軸が存在することとなるので、材質等に十分配慮する必
要がある。

【００２３】原料ガス供給部を回転させる方式と基板を
回転させる方式とでは、機構上からも原料ガス供給部を
回転させる方式の方が簡単であるが、この部分を回転し
ても、装置自体の特性により原料ガスの流れかたの癖が
若干残ることもある。この点、基板回転方式では、この
装置特性は解消できるものである。回転数は１〜１０ｒ
ｐｍの範囲が好ましく、あまり早く回転すると粉末、粒
の発生が起こる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、原料ガスが基板全体に
わたって均一に吹き出されるため、大面積かつ厚物のタ
ングステンターゲットの素板が、均一厚みで効率よく得
られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置の一実施例の構成図を示す。

【図２】図１中の多孔板の孔の配置の一例を示す平面図
である。

【図３】本発明の他の実施例の構成図を示す。

【図４】従来の一般的なＣＶＤ装置の構成図を示す。

【符号の説明】１ ．反応装置 ２．反応容器 ３．原料ガス導管 ４．多孔板 ５．原料ガス吹き出し口 ６．原料ガス供給部 ７．排気ガス排出部 ８．扉 ９．基板設置台 １０．基板 １１．加熱手段 １２．スカート １３．回転軸 １４．歯車 １５．歯車 １６．歯車１８ ．ＣＶＤ装置 １９．導入部 ２０．反応容器 ２１．ヒーター ２２．試料保持台 ２３．基板 ２４．周縁切り欠き部 ２５．周縁突出部 ２６．突出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガス導管３とこれに続く、多孔板４
   を底面とする中空円錐状の原料ガス吹き出し口５とから
   なる原料ガス供給部６、排気ガス排出部７、基板設置台
   ９上にステンレス鋼からなる基板１０を備えてなる反応
   容器２よりなり、原料ガス供給部６は反応容器２の上部
   略中央に位置し、排気ガス排出部７は反応容器２の側面
   に設け、この排気ガス排出部７と対向する側面に基板設
   置台９の出し入れ用扉８を有し、反応容器２底部に基板
   設置台９の摺動部を有し、反応容器２底部付近に加熱手
   段１１を有することを特徴とする半導体用タングステン
   ターゲットの製造装置。
2. 【請求項２】 原料吹き出し口５が水平方向に回転する
   機構を有することを特徴とする請求項１記載の半導体用
   タングステンターゲットの製造装置。
3. 【請求項３】 基板設置台９に基板回転機構を有するこ
   とを特徴とする請求項１項記載の半導体用タングステン
   ターゲットの製造装置。