JPH1088337A - Sputtering device and treatment deposit on collimator - Google Patents
Sputtering device and treatment deposit on collimatorInfo
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- JPH1088337A JPH1088337A JP24209296A JP24209296A JPH1088337A JP H1088337 A JPH1088337 A JP H1088337A JP 24209296 A JP24209296 A JP 24209296A JP 24209296 A JP24209296 A JP 24209296A JP H1088337 A JPH1088337 A JP H1088337A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コリメータを有す
るスパッタ装置に関し、特に、コリメータに付着した付
着物の剥離を防止する手段に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus having a collimator, and more particularly to a means for preventing a substance adhering to a collimator from peeling off.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の半導体デバイスの高集積化、微細
化の進展に伴い、金属配線形成技術の分野においては多
層配線構造の採用が急速に進んでいる。例えば、アルミ
ニウム膜を配線層とした場合、その下地層として窒化チ
タン膜（ＴｉＮ膜）を形成するのが一般的となってい
る。2. Description of the Related Art With the recent progress of high integration and miniaturization of semiconductor devices, multilayer wiring structures have been rapidly adopted in the field of metal wiring forming technology. For example, when an aluminum film is used as a wiring layer, a titanium nitride film (TiN film) is generally formed as a base layer.
【０００３】ＴｉＮ膜の成膜は、通常、反応性スパッタ
技術を用いて行っている。すなわち、真空処理チャンバ
内にアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）の混合ガスを導入
し、チタン（Ｔｉ）製のターゲットからスパッタされた
Ｔｉを処理チャンバ内のＮ2と反応させてＴｉＮを形成
し、このＴｉＮを半導体ウェハ上に堆積させて成膜を行
うこととしている。[0003] The formation of a TiN film is usually performed by using a reactive sputtering technique. That is, a mixed gas of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) is introduced into the vacuum processing chamber, and Ti sputtered from a titanium (Ti) target is reacted with N 2 in the processing chamber to form TiN. Then, this TiN is deposited on a semiconductor wafer to form a film.
【０００４】また、金属配線形成技術においては、近年
のデザインルールの細線化に伴い、十分なボトムカバレ
ッジ率を確保すべく、ターゲットと半導体ウェハとの間
にコリメータと呼ばれる多数の孔を有する円板を設置す
る方法、いわゆるコリメーションスパッタ法が採用され
る傾向にある。コリメーションスパッタ法は、スパッタ
粒子をコリメータの孔に通すことで、本来無指向性であ
るスパッタ粒子に指向性をもたせ、半導体ウェハ上に主
として垂直方向成分のスパッタ粒子のみを堆積するよう
にしたものである。[0004] In the metal wiring forming technique, a disk having a large number of holes called a collimator between a target and a semiconductor wafer is required in order to secure a sufficient bottom coverage rate in accordance with recent thinning of design rules. The so-called collimation sputtering method tends to be adopted. In the collimation sputtering method, the sputtered particles, which are originally non-directional, are given directivity by passing the sputtered particles through the holes of the collimator, and only the sputtered particles mainly having a vertical component are deposited on the semiconductor wafer. is there.
【０００５】ところで、上述したような成膜技術を用い
てＴｉＮ膜を半導体ウェハ上に形成する際、スパッタ粒
子は半導体ウェハのみならず、真空処理チャンバ内のシ
ールドやコリメータ等にも付着してＴｉＮ膜を形成す
る。半導体ウェハ以外に形成されたＴｉＮ膜は発塵源と
なるため、従来一般には、連続したＴｉＮの成膜プロセ
スの間にＴｉのみを成膜するペースティングプロセスを
入れ、シールド等に付いたＴｉＮ膜をＴｉ膜で封じ込め
ることとしていた。When a TiN film is formed on a semiconductor wafer by using the above-described film forming technique, sputtered particles adhere to not only the semiconductor wafer but also a shield, a collimator and the like in a vacuum processing chamber. Form a film. Since a TiN film formed on a part other than a semiconductor wafer is a dust generating source, a pasting process of forming only Ti during a continuous TiN film forming process is conventionally performed, and a TiN film attached to a shield or the like is generally provided. Is to be sealed with a Ti film.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来のＴｉによるペー
スティングは、ターゲットに対向する面に形成されたＴ
ｉＮ膜の剥離防止手段としては簡便な方法であり、効果
的なものである。しかしながら、コリメータの下面（タ
ーゲットとは反対側の面）に形成されたＴｉＮ膜に対し
ては十分な剥離防止効果がないという問題点があった。
これは、コリメータ下面のＴｉＮ膜及びＴｉ膜がいずれ
も、ガス中の拡散のみにて付着して形成される膜である
ため、付着力が弱く不安定な膜となっているからであ
る。また、粒子が付着した際に膜中の表面拡散が殆ど起
こらないため、膜中に空孔等が生じ、低密度で脆弱な膜
となっていることにも原因があると考えられる。このた
め、従来においては、ペースティングを繰り返し行って
いくと、コリメータ上面のＴｉＮ膜は完全に封じ込まれ
た状態であるにも拘らず、コリメータ下面のＴｉＮ膜が
剥離する恐れが出てくるため、早期にコリメータを交換
する必要があった。Conventional pasting with Ti involves the formation of T on the surface facing the target.
This is a simple and effective method for preventing the iN film from peeling off. However, there is a problem that the TiN film formed on the lower surface of the collimator (the surface opposite to the target) is not sufficiently prevented from peeling.
This is because the TiN film and the Ti film on the lower surface of the collimator are both films formed by being adhered only by diffusion in gas, and thus have weak adhesion and are unstable. In addition, it is considered that the surface diffusion in the film hardly occurs when the particles are adhered, so that pores and the like are generated in the film, and the film is low in density and brittle. For this reason, in the related art, when the pasting is repeatedly performed, the TiN film on the collimator lower surface may come off even though the TiN film on the upper surface of the collimator is completely sealed. It was necessary to replace the collimator early.
【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的はコリメータ下面の付着物の剥離を効
果的に防止する手段を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a means for effectively preventing the adhered substance on the lower surface of the collimator from peeling off.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明によるスパッタ装置は、真空チャンバと、この
真空チャンバ内で基板を支持するための支持手段と、支
持手段により支持された基板の表面に対向するように設
けられたターゲットと、ターゲット及び前記支持手段の
間の空間にプロセスガスを供給するガス供給手段と、前
記空間に供給されるプロセスガスをプラズマ化するプラ
ズマ化手段と、ターゲット及び支持手段の間に配置され
たコリメータと、コリメータを負に電荷する電荷手段と
を備えることを特徴としている。According to the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising: a vacuum chamber; supporting means for supporting a substrate in the vacuum chamber; A target provided to face the surface, gas supply means for supplying a process gas to a space between the target and the support means, plasma generating means for converting the process gas supplied to the space into plasma, and a target And a collimator disposed between the support means and the support means, and a charge means for negatively charging the collimator.
【０００９】かかる構成において、ターゲットと支持手
段との間にプラズマを発生させ、コリメータを負に電荷
すると、プラズマ中の正のイオン、例えばＡｒイオンが
コリメータに衝突し、ＴｉＮ膜等の付着物を下地に対し
て押し付けることとなる。これにより、特にコリメータ
の裏面において、付着物の付着力が増し、また、付着物
中で拡散が生じて空孔が埋められ、付着物の剥離が防止
されることとなる。In such a configuration, when plasma is generated between the target and the support means and the collimator is negatively charged, positive ions in the plasma, for example, Ar ions collide with the collimator, and deposits such as a TiN film are removed. It will be pressed against the base. As a result, the adhesion of the adhered substance increases, particularly on the back surface of the collimator, and diffusion occurs in the adhered substance to fill the pores and prevent the adhered substance from peeling.
【００１０】前記の電荷手段としては、コリメータを真
空チャンバ、支持手段及びターゲットに対して電気的に
絶縁状態とする手段が考えられる。コリメータをこのよ
うな絶縁状態、いわゆるフローティング状態とした場
合、プロセスガスを流し、プラズマを立てると、コリメ
ータに自己バイアスが発生することになる。また、コリ
メータに直流電源を接続して、所望の電位としてもよ
い。The charge means may be a means for electrically insulating the collimator from the vacuum chamber, the support means and the target. When the collimator is in such an insulating state, that is, a so-called floating state, when a process gas is flowed and plasma is generated, a self-bias is generated in the collimator. Alternatively, a DC power supply may be connected to the collimator to obtain a desired potential.
【００１１】一方、コリメータに衝撃するイオンのエネ
ルギが大きい場合には、正イオンは一旦付着物内に吸収
され、エッチングを行うようになる。従って、本発明
は、コリメータに正イオンが高エネルギで衝突するよう
な形でプラズマを発生させ、コリメータ付着物をプラズ
マエッチングする方法も特徴としている。On the other hand, when the energy of the ions that bombard the collimator is large, the positive ions are once absorbed in the deposit and are etched. Therefore, the present invention also features a method of generating plasma in such a manner that positive ions collide with the collimator with high energy, and performing plasma etching on the collimator attachment.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同
一又は相当部分には同一符号を付することとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
【００１３】図１は、本発明が適用されたスパッタ装置
１０を示す断面部分図であり、図２は、図１のスパッタ
装置１０におけるガス系統及び電気系統を示す概略図で
ある。このスパッタ装置１０は、ＴｉＮ膜成膜用のもの
であり、真空チャンバ１２と、その上部開口部に配置さ
れたＴｉ製のターゲット１４とを備えている。真空チャ
ンバ１２の内部には、ターゲット１４と同軸に基板支持
手段たるペディスタル１６が配置されている。ペディス
タル１６は、その上面で被処理基板である半導体ウェハ
１８を支持するよう構成されている。また、ペディスタ
ル１６は導電性材料から成り、好ましくは、ＴｉＮ成膜
プロセスに対して融和性の高いＴｉから作られている。
このペディスタル１６は、リフト機構（図示せず）によ
り、成膜処理が行われる処理位置（図１において実線で
示す位置）と、その下方の非処理位置（図１において二
点鎖線で示す位置）との間で上下動可能となっている。FIG. 1 is a partial sectional view showing a sputtering apparatus 10 to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a schematic view showing a gas system and an electric system in the sputtering apparatus 10 of FIG. The sputtering apparatus 10 is for forming a TiN film, and includes a vacuum chamber 12 and a Ti target 14 disposed in an upper opening thereof. Inside the vacuum chamber 12, a pedestal 16 serving as a substrate supporting means is arranged coaxially with the target 14. The pedestal 16 is configured to support a semiconductor wafer 18 which is a substrate to be processed on an upper surface thereof. The pedestal 16 is made of a conductive material, and is preferably made of Ti having high compatibility with the TiN film forming process.
The pedestal 16 has a processing position (position indicated by a solid line in FIG. 1) where a film forming process is performed by a lift mechanism (not shown) and a non-processing position thereunder (a position indicated by a two-dot chain line in FIG. 1). It can be moved up and down between.
【００１４】真空チャンバ１２は、基本的には、導電性
材料のチャンバ本体２０と、その上部に配置されるプロ
セスキット２２とから構成されている。プロセスキット
２２は、チャンバ本体２０の上部フランジ２４に着脱可
能に取り付けられた環状の下部アダプタ２６と、この下
部アダプタ２６の上面に着脱可能に取り付けられた環状
の上部アダプタ２８とを備えている。これらのアダプタ
２６，２８は導電性材料から成り、通常はステンレス鋼
やアルミニウム（Ａｌ）、Ｔｉ等から作られている。上
部アダプタ２８の上面には、石英やアルミナ等から成る
絶縁リング３０を介して、ターゲット１４の周フランジ
３２が載置され、着脱可能に固定されている。なお、図
１において、符号３４，３６，３８，４０は、部材間の
気密性を保つためのＯリングである。The vacuum chamber 12 basically includes a chamber body 20 made of a conductive material and a process kit 22 disposed on the chamber body 20. The process kit 22 includes an annular lower adapter 26 detachably attached to the upper flange 24 of the chamber main body 20 and an annular upper adapter 28 detachably attached to the upper surface of the lower adapter 26. These adapters 26 and 28 are made of a conductive material, and are usually made of stainless steel, aluminum (Al), Ti or the like. A peripheral flange 32 of the target 14 is mounted on an upper surface of the upper adapter 28 via an insulating ring 30 made of quartz, alumina, or the like, and is detachably fixed. In FIG. 1, reference numerals 34, 36, 38, and 40 denote O-rings for maintaining airtightness between members.
【００１５】また、図示実施形態のプロセスキット２２
はコリメータ４２を有している。このコリメータ４２
は、断面六角形の孔４３を蜂の巣状に有する従来から知
られた型式の円板状プレートであり、Ｔｉから作られて
いる。コリメータ４２は、下部アダプタ２６の内周面か
ら内方に突出する内フランジ４４に載置されたサポート
アセンブリ４６により支持されている。より詳細に述べ
るならば、サポートアセンブリ４６は、下部アダプタ２
６の内フランジ４４に載置されるステンレス鋼、Ａｌ或
はＴｉ等の導電性材料から成るアウタサポートリング４
８と、このアウタサポートリング４８の内周面の内フラ
ンジ５０に載置される石英或はアルミナ等の絶縁材料か
ら成るインナサポートリング５２とから構成されてい
る。そして、コリメータ４２は、インナサポートリング
５２の内周面下縁から内方に延びる突出部５４に載置さ
れ、これにより、ターゲット１４とペディスタル１６と
の間に平行に配置されるようになっている。The process kit 22 of the illustrated embodiment
Has a collimator 42. This collimator 42
Is a conventionally known disk-shaped plate having hexagonal holes 43 in a honeycomb shape, and is made of Ti. The collimator 42 is supported by a support assembly 46 mounted on an inner flange 44 projecting inward from the inner peripheral surface of the lower adapter 26. More specifically, the support assembly 46 includes the lower adapter 2
6, an outer support ring 4 made of a conductive material such as stainless steel, Al or Ti, and
8 and an inner support ring 52 made of an insulating material such as quartz or alumina and placed on the inner flange 50 of the inner peripheral surface of the outer support ring 48. The collimator 42 is mounted on the protrusion 54 extending inward from the lower edge of the inner peripheral surface of the inner support ring 52, whereby the collimator 42 is arranged in parallel between the target 14 and the pedestal 16. I have.
【００１６】プロセスキット２２には、更に、チャンバ
内壁面がスパッタ粒子でコーティングされるのを防止す
るためのシールドが設けられている。図示実施形態にお
いては、上部アダプタ２８とコリメータ４２との間のチ
ャンバ内壁面を保護する環状の上部シールド５６と、コ
リメータ４２と処理位置にあるペディスタル１６との間
のチャンバ内壁面を保護する環状の下部シールド５８と
が設けられている。これらのシールド５６，５８は導電
性材料から成り、好ましくはＴｉから作られている。上
部シールド５６は、上部アダプタ２８の下面にねじ止め
され、コリメータ４２の上部外周縁の近傍まで延びてお
り、その下縁部はコリメータ４２から一定の間隙をもっ
て離隔されている。また、下部シールド５８は、下部ア
ダプタ２６の下面にねじ止めされ、処理位置のペディス
タル１６の外周面の近傍まで延びている。The process kit 22 is further provided with a shield for preventing the inner wall surface of the chamber from being coated with sputtered particles. In the illustrated embodiment, an annular upper shield 56 protects the inner wall surface of the chamber between the upper adapter 28 and the collimator 42, and an annular upper shield 56 protects the inner wall surface of the chamber between the collimator 42 and the pedestal 16 in the processing position. A lower shield 58 is provided. These shields 56, 58 are made of a conductive material, and are preferably made of Ti. The upper shield 56 is screwed to the lower surface of the upper adapter 28 and extends to near the upper outer peripheral edge of the collimator 42, and its lower edge is separated from the collimator 42 by a certain gap. The lower shield 58 is screwed to the lower surface of the lower adapter 26 and extends to a position near the outer peripheral surface of the pedestal 16 at the processing position.
【００１７】下部シールド５８の自由縁部は上方に折り
返されており、この部分６０は、ペディスタル１６が非
処理位置に下降された際、クランプリング６２を支持す
るようになっている。クランプリング６２は、ペディス
タル１６が処理位置に上昇されたときに半導体ウェハ１
８をペディスタル１６に押え付け、ウェハ１８の裏面
に、ガス加熱のため、圧力が均等に加わるようにするた
めのものである。The free edge of the lower shield 58 is folded upward, and this portion 60 is adapted to support the clamp ring 62 when the pedestal 16 is lowered to the non-processing position. The clamp ring 62 holds the semiconductor wafer 1 when the pedestal 16 is raised to the processing position.
8 is pressed against the pedestal 16 so that the pressure is evenly applied to the back surface of the wafer 18 for gas heating.
【００１８】上記説明から理解されるように、チャンバ
本体２０、上下のアダプタ２６，２８、上下のシールド
５６，５８及びアウタサポートリング４８は互いに電気
的に接続されており、また、ペディスタル１６もチャン
バ本体２０に電気的に絶縁されている。一方、ターゲッ
ト１４は絶縁リング３０によりチャンバ本体２０等から
絶縁されている。図２に示すように、ターゲット１４に
は直流電源６４の負端子が接続されており、直流電源６
４の正端子はチャンバ本体２０に接続されると共に接地
されている。更に、コリメータ４２は、絶縁材料から成
るインナサポートリング５２によりチャンバ本体２０等
から絶縁されているが、コリメータ４２とチャンバ本体
２０等との間は、スイッチ６６が介接された電気配線６
８により接続されている。As will be understood from the above description, the chamber body 20, the upper and lower adapters 26 and 28, the upper and lower shields 56 and 58, and the outer support ring 48 are electrically connected to each other. It is electrically insulated from the main body 20. On the other hand, the target 14 is insulated from the chamber body 20 and the like by the insulating ring 30. As shown in FIG. 2, the negative terminal of the DC power supply 64 is connected to the target 14 and the DC power supply 6 is connected to the target 14.
The positive terminal 4 is connected to the chamber main body 20 and is grounded. Further, the collimator 42 is insulated from the chamber main body 20 and the like by an inner support ring 52 made of an insulating material, and the electric wiring 6 through which a switch 66 is interposed between the collimator 42 and the chamber main body 20 and the like.
8.
【００１９】チャンバ本体２０には、更に、プロセスガ
スの供給手段としてＡｒガス供給源７０及びＮ2ガス供
給源７２が接続されており、また、チャンバ１２内を真
空とするための真空ポンプ７４が接続されている。The chamber body 20 is further connected with an Ar gas supply source 70 and an N 2 gas supply source 72 as process gas supply means, and a vacuum pump 74 for evacuating the chamber 12. It is connected.
【００２０】このような構成のスパッタ装置１０におい
て、半導体ウェハ１８の表面にＴｉＮ膜を反応性スパッ
タ法により成膜する場合、まず、真空ポンプ７４を作動
させて真空チャンバ２０内を所定の真空度まで減圧した
後、Ａｒガス供給源７０及びＮ2ガス供給源７２から所
定流量でＡｒガスとＮ2ガスを供給して混合ガスとし、
真空チャンバ１２内に導入する。次いで、ペディスタル
１６の上面に半導体ウェハ１８を載置し、ペディスタル
１６を上昇させて処理位置に配置する。そして、スイッ
チ６６を閉じた状態とし、直流電源６４を投入してター
ゲット１４に負のバイアスをかけると、ターゲット１４
とペディスタル１６との間、より詳細にはターゲット１
４とコリメータ４２との間にプラズマが発生し、プラズ
マ中の正のＡｒイオンが、負に電荷しているターゲット
１４を衝撃する。Ａｒイオンがターゲット１４に衝突す
ると、ターゲット１４からターゲット原子、すなわちＴ
ｉ粒子がはじき出される。このＴｉは真空チャンバ１２
内のＮ2と反応してＴｉＮとなり、半導体ウェハ１８上
に堆積されＴｉＮ膜を形成する。When the TiN film is formed on the surface of the semiconductor wafer 18 by the reactive sputtering method in the sputtering apparatus 10 having such a configuration, first, the vacuum pump 74 is operated to evacuate the inside of the vacuum chamber 20 to a predetermined vacuum degree. After reducing the pressure to a predetermined flow rate, Ar gas and N 2 gas are supplied from the Ar gas supply source 70 and the N 2 gas supply source 72 to form a mixed gas,
It is introduced into the vacuum chamber 12. Next, the semiconductor wafer 18 is placed on the upper surface of the pedestal 16, and the pedestal 16 is lifted and arranged at the processing position. When the switch 66 is closed and the DC power supply 64 is turned on to apply a negative bias to the target 14, the target 14
Between pedestal 16 and more specifically target 1
A plasma is generated between the collimator 4 and the collimator 42, and positive Ar ions in the plasma bombard the negatively charged target 14. When Ar ions collide with the target 14, the target atoms from the target 14, ie, T
The i-particles are repelled. This Ti is a vacuum chamber 12
TiN next reacted with N 2 of the inner, it is deposited on the semiconductor wafer 18 to form a TiN film.
【００２１】この成膜プロセスにおいて、ターゲット１
４とペディスタル１６との間には、接地されたコリメー
タ４２が配置されているため、ターゲット１４からペデ
ィスタル１６に向かうＴｉＮ粒子のうち実質的に垂直方
向に進む粒子のみがコリメータ４２の孔４３を通過す
る。従って、半導体ウェハ１８上に成膜されたＴｉＮ膜
は、ボトムカバレッジ率の高いものとなる。In this film forming process, the target 1
Since the grounded collimator 42 is disposed between the pedestal 4 and the pedestal 16, only the particles that travel substantially in the vertical direction among the TiN particles traveling from the target 14 to the pedestal 16 pass through the hole 43 of the collimator 42. I do. Therefore, the TiN film formed on the semiconductor wafer 18 has a high bottom coverage ratio.
【００２２】一方、垂直方向成分以外のＴｉＮ粒子はコ
リメータ４２の上面４２ａや孔４３の内面４２ｂに付着
してＴｉＮ膜を形成する。また、ガスの拡散により、コ
リメータ４２の下面４２ｃにもＴｉＮ粒子は付着する。
かかるコリメータ４２に形成されたＴｉＮ膜は発塵源と
なる可能性がある。特に、コリメータ４２の下面４２ｃ
に形成されたＴｉＮ膜は、前述したように付着力が弱
く、低密度で脆弱な膜となっているため、剥離し易い。On the other hand, TiN particles other than the vertical component adhere to the upper surface 42a of the collimator 42 and the inner surface 42b of the hole 43 to form a TiN film. The TiN particles also adhere to the lower surface 42c of the collimator 42 due to the gas diffusion.
The TiN film formed on the collimator 42 may be a dust source. In particular, the lower surface 42c of the collimator 42
The TiN film formed as described above has a weak adhesive force and is a low-density and fragile film as described above, so that it is easily peeled.
【００２３】そこで、上記の成膜プロセスが連続して所
定回数行われたならば、コリメータ４２に形成されたＴ
ｉＮ膜の剥離を防止するためのプロセスを引続き行う。
このＴｉＮ膜剥離防止プロセスでは、まず、従来と同様
にしてＴｉによるペースティングを行う。すなわち、Ａ
ｒとＮ2の混合ガスの導入を停止し、真空チャンバ１２
内を清浄化すべく真空引きを行った後、Ａｒガスのみを
真空チャンバ１２内に導入する。また、ペディスタル１
６上に半導体ウェハ１８と同一形状のシャッタディスク
（図示せず）を載置し、ペディスタル１６を処理位置に
上昇させる。この後、スイッチ６６が閉じられているこ
とを確認し、直流電源６４を投入してターゲット１４と
コリメータ４２との間にプラズマを発生させると、プラ
ズマ中のＡｒイオンがターゲット１４に衝撃してＴｉ粒
子がスパッタされ、シャッタディスクの上面はもとよ
り、コリメータ４２やシールド５６，５８、クランプリ
ング６２等の表面に形成されたＴｉＮ膜上に堆積する。
ターゲット１４からスパッタされたＴｉ粒子が直接コリ
メータ４２の上面等に付着する場合、そのＴｉ粒子の持
つエネルギが大きいので、形成されるＴｉ膜は高密度で
安定した膜となり、下層となるＴｉＮ膜の剥離が防止さ
れる。Therefore, if the above-described film forming process is continuously performed a predetermined number of times, the T
A process for preventing peeling of the iN film is continuously performed.
In this TiN film peeling prevention process, first, pasting with Ti is performed in the same manner as in the related art. That is, A
The introduction of the mixed gas of r and N 2 is stopped, and the vacuum chamber 12
After vacuuming is performed to clean the inside, only Ar gas is introduced into the vacuum chamber 12. Also, pedestal 1
A shutter disk (not shown) having the same shape as the semiconductor wafer 18 is placed on the wafer 6, and the pedestal 16 is raised to the processing position. After that, it is confirmed that the switch 66 is closed, and when the DC power supply 64 is turned on to generate plasma between the target 14 and the collimator 42, Ar ions in the plasma bombard the target 14 and Ti The particles are sputtered and deposited on the TiN film formed on the surfaces of the collimator 42, the shields 56 and 58, the clamp ring 62 and the like, as well as the upper surface of the shutter disk.
When Ti particles sputtered from the target 14 directly adhere to the upper surface of the collimator 42 or the like, since the Ti particles have a large energy, the formed Ti film is a high-density and stable film, and the TiN film serving as the lower layer is formed. Peeling is prevented.
【００２４】Ｔｉによるペースティングを開始して一定
時間経過したならば、次に、直流電源６４をオンの状態
としたまま、スイッチ６６を切る。これにより、コリメ
ータ４２は、チャンバ本体２０及びターゲット１４等か
ら電気的に分離した浮遊（フローティング）状態とな
り、負の浮遊電位が与えられる。従って、プラズマ中に
存するＡｒイオンの一部が、負の電位を持つコリメータ
４２に向い、コリメータ４２上の膜に衝撃する。このプ
ロセスでは、プラズマはペディスタル１６とターゲット
１４との間で生じ、コリメータ４２の下側の領域にもプ
ラズマが存在する。このため、コリメータ４２の下面側
もＡｒイオンの衝撃を受ける。When a predetermined time has elapsed after the start of the pasting with Ti, the switch 66 is turned off with the DC power supply 64 kept on. As a result, the collimator 42 is in a floating state, which is electrically separated from the chamber main body 20, the target 14, and the like, and a negative floating potential is applied. Therefore, a part of the Ar ions existing in the plasma is directed to the collimator 42 having a negative potential and impacts the film on the collimator 42. In this process, a plasma is created between the pedestal 16 and the target 14 and the plasma is also present in the area below the collimator 42. For this reason, the lower surface side of the collimator 42 also receives the impact of Ar ions.
【００２５】コリメータ４２の下面４２ｃ側のＴｉＮ膜
及びＴｉ膜は、ガス中の拡散により飛来する粒子から形
成されているため、付着力が弱く、空孔も多い。かかる
膜がＡｒイオンの衝撃を受けた場合、押し固められて下
地に対する付着力を増す。また、イオン衝撃により膜中
で拡散が起こり、空孔がＴｉＮ又はＴｉにより埋まり、
Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜はじん性を有する高密度の膜とな
る。既に有効にペースティングがなされているコリメー
タ４２の上面４２ａ側の膜についても同様な作用を受け
る。このようにして、コリメータ４２の表面に形成され
たＴｉＮ膜は全体的にＴｉ膜によりしっかりとペーステ
ィングされた状態となり、剥離が防止される。なお、コ
リメータ４２の負の浮遊電位はターゲット１４の負の電
位よりも相当に高いため、コリメータ４２に向うＡｒイ
オンのエネルギは低く、エッチング作用が生ずることは
ない。Since the TiN film and the Ti film on the lower surface 42c side of the collimator 42 are formed of particles flying by diffusion in a gas, the adhesion force is weak and there are many holes. When such a film is bombarded by Ar ions, it is compacted and increases its adhesion to the substrate. In addition, diffusion occurs in the film due to ion bombardment, and pores are filled with TiN or Ti,
The Ti film and the TiN film are high-density films having toughness. The same effect is also exerted on the film on the upper surface 42a side of the collimator 42 which has been effectively pasted. In this way, the TiN film formed on the surface of the collimator 42 is entirely firmly pasted by the Ti film, and peeling is prevented. Since the negative floating potential of the collimator 42 is considerably higher than the negative potential of the target 14, the energy of Ar ions toward the collimator 42 is low, and no etching action occurs.
【００２６】スイッチ６６を切ってから所定時間経過し
たならば、すなわちコリメータ４２にイオンを低エネル
ギで衝撃させるプロセス（以下、「イオン衝撃プロセ
ス」という）が終了したならば、直流電源６４をオフに
して、一連のＴｉＮ膜剥離防止プロセスを完了する。If a predetermined time has elapsed since the switch 66 was turned off, that is, if the process of bombarding the collimator 42 with ions with low energy (hereinafter referred to as "ion bombardment process") is completed, the DC power supply 64 is turned off. Thus, a series of TiN film peeling prevention processes is completed.
【００２７】上記のＴｉＮ膜剥離防止プロセスでは、Ｔ
ｉによるペースティングプロセスの後に、スイッチ６６
を切ってイオン衝撃プロセスを行うこととしているが、
直流電源６４の投入と同時にスイッチ６６を切り、イオ
ン衝撃プロセスのみを行うことも考えられる。イオン衝
撃プロセスにおいても、ターゲット１４からＴｉがスパ
ッタされてコリメータ４２上に付着するが、Ｔｉによる
ペースティング効果よりもむしろ、Ａｒイオンの衝撃に
起因する膜の稠密化、付着力の増大化による膜剥離防止
効果の方が顕著となる。In the above-described TiN film peeling prevention process, T
i, after the pasting process, switch 66
To perform the ion bombardment process.
It is conceivable that the switch 66 is turned off at the same time when the DC power supply 64 is turned on, and only the ion bombardment process is performed. In the ion bombardment process as well, Ti is sputtered from the target 14 and adheres to the collimator 42, but rather than the pasting effect of Ti, the film is densified due to Ar ion bombardment and the film is increased due to an increase in adhesion. The effect of preventing peeling is more remarkable.
【００２８】図３は、本発明の第２実施形態を示す概略
図である。上記の第１実施形態では、膜剥離防止プロセ
スにおいてコリメータ４２を真空チャンバ１２及びター
ゲット１４から電気的に絶縁することで、浮遊電位を与
える構成としているが、第２実施形態は、コリメータ４
２に第２の直流電源７６により負の電位を与えるよう構
成されている。より詳細には、コリメータ４２は、切換
えスイッチ７８により第２の直流電源７６の負端子側又
は接地側のいずれかに選択的に接続可能とされており、
第２の直流電源７６の正端子は接地されている。その他
の構成については、第１実施形態と同様であり、その説
明は省略する。FIG. 3 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the collimator 42 is electrically insulated from the vacuum chamber 12 and the target 14 in the film peeling prevention process, so that a floating potential is applied.
2 is configured to be given a negative potential by the second DC power supply 76. More specifically, the collimator 42 can be selectively connected to either the negative terminal side or the ground side of the second DC power supply 76 by a changeover switch 78,
The positive terminal of the second DC power supply 76 is grounded. Other configurations are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
【００２９】このような構成において、通常の成膜プロ
セス及びペースティングプロセスでは、第１実施形態の
場合と同様に、コリメータ４２は接地された状態に維持
される。また、膜剥離防止のためのイオン衝撃プロセス
も前述とほぼ同じ手順で行われるが、スイッチ７８を切
り換えてコリメータ４２を第２の直流電源７６の負端子
に接続する点で相違する。コリメータ４２に直流電源７
６が接続されると、コリメータ４２は直流電源７６によ
り規定される負の電位となる。従って、ペディスタル１
６とターゲット１４との間で生成されたプラズマ中のＡ
ｒイオンの一部はコリメータ４２に向い、コリメータ４
２上のＴｉ膜或はＴｉＮ膜を叩く。その結果として、コ
リメータ４２上の膜は下地に対して付着力を増し、ま
た、膜中の空孔が埋められて高密度で安定した膜とな
る。In such a configuration, in the ordinary film forming process and the pasting process, as in the first embodiment, the collimator 42 is kept grounded. The ion bombardment process for preventing film separation is performed in substantially the same procedure as described above, except that the switch 78 is switched to connect the collimator 42 to the negative terminal of the second DC power supply 76. DC power supply 7 for collimator 42
6 is connected, the collimator 42 has a negative potential defined by the DC power supply 76. Therefore, pedestal 1
In the plasma generated between the target 6 and the target 14
Some of the r ions are directed to the collimator 42 and the collimator 4
2. Tap the Ti film or TiN film on top of 2. As a result, the film on the collimator 42 has an increased adhesive force to the base, and the holes in the film are filled, so that the film becomes a high-density and stable film.
【００３０】ここで、第２の直流電源７６により与えら
れるコリメータ４２の電位は、Ａｒイオン衝撃による付
着力の増大化ないしは高密度化という効果が有効に発揮
される電位であればいかなる値でもよい。例えば、真空
チャンバ１２内の圧力が１〜５ｍＴｏｒｒ、ターゲット
１４の電位が−４００〜６００Ｖである場合、コリメー
タ４２の電位は−１０〜−１００Ｖ程度とするのが好適
である。Here, the potential of the collimator 42 provided by the second DC power source 76 may be any value as long as the effect of effectively increasing the adhesion or increasing the density due to Ar ion bombardment is effectively exerted. . For example, when the pressure in the vacuum chamber 12 is 1 to 5 mTorr and the potential of the target 14 is −400 to 600 V, it is preferable that the potential of the collimator 42 is about −10 to −100 V.
【００３１】なお、コリメータ４２に向うＡｒイオンの
エネルギが或るしきい値を超えた場合には、膜の高密度
化ではなく、コリメータ４２上の膜に吸収されてエッチ
ングを行うようになる。かかるエッチングは、発塵源と
なる膜そのものを除去するものであり、結果的に膜の剥
離防止となる。エッチングを行う場合、図３に示すよう
に、第２の直流電源７６に代えて高周波電源８０をコリ
メータ４２に接続し、プラズマで自己バイアスを発生す
ればよい。この場合、成膜プロセスの終了後、排気しＡ
ｒガスのみを真空チャンバ１２内に供給し、高周波電源
を投入して、コリメータ４２とペディスタル１６との間
でプラズマを生成させることとなる。これにより、プラ
ズマ中のＡｒイオンがコリメータ４２の下面４２ｃ側に
衝突し、付着しているＴｉＮ膜をスパッタエッチングす
ることが可能となる。When the energy of Ar ions directed to the collimator 42 exceeds a certain threshold value, the film is absorbed by the film on the collimator 42 and etching is performed instead of increasing the density of the film. Such etching removes the film itself, which is a dust generation source, and as a result, prevents the film from peeling. When etching is performed, as shown in FIG. 3, a high frequency power supply 80 may be connected to the collimator 42 instead of the second DC power supply 76, and a self-bias may be generated by plasma. In this case, after the film formation process is completed,
Only the r gas is supplied into the vacuum chamber 12 and a high frequency power is turned on to generate plasma between the collimator 42 and the pedestal 16. As a result, Ar ions in the plasma collide with the lower surface 42c of the collimator 42, and the attached TiN film can be sputter-etched.
【００３２】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、剥
離防止の対象はＴｉＮ膜であるが、他の材料、例えばタ
ングステンから成る膜の剥離を防止するようにしてもよ
い。Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the target of peeling prevention is the TiN film, but it is also possible to prevent peeling of a film made of another material, for example, tungsten.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
リメータ上の付着物の剥離が容易に起こらない状態とす
ることができ、或はまた、付着物そのものを除去するこ
とができる。従って、コリメータ上の付着物が原因とな
る汚染粒子が生ずる可能性が低減され、製造される半導
体デバイス等の歩留りが向上する。As described above, according to the present invention, it is possible to prevent attachments on the collimator from easily peeling off, or to remove attachments themselves. Accordingly, the possibility that contaminant particles due to the deposits on the collimator are generated is reduced, and the yield of manufactured semiconductor devices and the like is improved.
【００３４】また、長期にわたり、コリメータを交換せ
ずに成膜プロセスを実施することが可能となる。コリメ
ータを交換する場合、真空チャンバを開放する必要があ
り、また、再度チャンジ内を所定の真空度まで減圧する
には相当な時間を要するため、スパッタ装置の稼働停止
時間が長くなり、生産効率が低下するが、本発明によれ
ば、コリメータの交換回数が減るため、生産性、コスト
・オブ・オーナーシップが格段に向上する。Further, it is possible to perform the film forming process for a long time without replacing the collimator. When replacing the collimator, it is necessary to open the vacuum chamber, and it takes a considerable amount of time to reduce the pressure inside the changer to a predetermined degree of vacuum again. According to the present invention, the number of times the collimator needs to be replaced is reduced, but productivity and cost of ownership are significantly improved.
【図１】本発明によるスパッタ装置の一実施形態を示す
断面部分図である。FIG. 1 is a partial sectional view showing an embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention.
【図２】第１実施形態におけるスパッタ装置のガス系統
及び電気系統を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a gas system and an electric system of the sputtering apparatus according to the first embodiment.
【図３】第２実施形態におけるスパッタ装置のガス系統
及び電気系統を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a gas system and an electric system of a sputtering apparatus according to a second embodiment.
【図４】第３実施形態におけるスパッタ装置のガス系統
及び電気系統を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a gas system and an electric system of a sputtering apparatus according to a third embodiment.
１０…スパッタ装置、１２…真空チャンバ、１４…ター
ゲット、１６…ペディスタル、１８…半導体ウェハ、２
０…チャンバ本体、２２…プロセスキット、４２…コリ
メータ、６４…直流電源、６６…スイッチ、７０…Ａｒ
ガス供給源、７２…Ｎ2ガス供給源、７６…第２の直流
電源、７８…切換えスイッチ、８０…高周波電源。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sputter apparatus, 12 ... Vacuum chamber, 14 ... Target, 16 ... Pedestal, 18 ... Semiconductor wafer, 2
0: chamber body, 22: process kit, 42: collimator, 64: DC power supply, 66: switch, 70: Ar
Gas supply source, 72 ... N 2 gas supply source, 76 ... second DC power supply, 78 ... changeover switch, 80 ... high frequency power supply.
Claims (21)
と、 前記支持手段により支持された基板の表面に対向するよ
うに設けられたターゲットと、 前記ターゲット及び前記支持手段の間の空間にプロセス
ガスを供給するガス供給手段と、 前記空間に供給されるプロセスガスをプラズマ化するプ
ラズマ化手段と、 前記ターゲット及び前記支持手段の間に配置されたコリ
メータと、 前記コリメータに前記プラズマガスの正イオンを衝撃さ
せ前記コリメータ上の付着物を高密度化すべく前記コリ
メータを負に電荷する電荷手段と、を備えるスパッタ装
置。A vacuum chamber; support means for supporting a substrate in the vacuum chamber; a target provided to face a surface of the substrate supported by the support means; and the target and the support. Gas supply means for supplying a process gas to a space between the means, plasma generating means for converting the process gas supplied to the space into plasma, a collimator disposed between the target and the support means, and the collimator Charge means for negatively charging the collimator so as to bombard the collimator with positive ions of the plasma gas.
真空チャンバ、前記支持手段及び前記ターゲットに対し
て電気的に絶縁状態とする手段である請求項１に記載の
スパッタ装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said charge means is means for electrically insulating said collimator from said vacuum chamber, said support means and said target.
された直流電源である請求項１に記載のスパッタ装置。3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said charge means is a DC power supply connected to said collimator.
と前記支持手段との間に接続された直流電源である請求
項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタ装置。4. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said plasma generating means is a DC power supply connected between said target and said supporting means.
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタ装置。5. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the process gas is an argon gas.
ス供給手段が、アルゴンガス及び窒素ガスの混合ガス又
はアルゴンガスをプロセスガスとして選択的に供給でき
るようになっている、請求項１〜４のいずれか１項に記
載のスパッタ装置。6. The method according to claim 1, wherein said target is titanium, and said gas supply means is capable of selectively supplying a mixed gas of argon gas and nitrogen gas or an argon gas as a process gas. The sputtering apparatus according to claim 1.
と、 前記支持手段により支持された基板の表面に対向するよ
うに設けられたターゲットと、 前記ターゲット及び前記支持手段の間の空間にプロセス
ガスを供給するガス供給手段と、 前記空間に供給されるプロセスガスをプラズマ化するプ
ラズマ化手段と、 前記ターゲット及び前記支持手段の間に配置されたコリ
メータと、 前記コリメータに前記プラズマガスの正イオンを衝撃さ
せ前記コリメータ上の付着物をプラズマエッチングによ
り除去すべく前記コリメータに接続される高周波電源
と、を備えるスパッタ装置。7. A vacuum chamber, support means for supporting a substrate in the vacuum chamber, a target provided to face a surface of the substrate supported by the support means, the target and the support Gas supply means for supplying a process gas to a space between the means, plasma generating means for converting the process gas supplied to the space into plasma, a collimator disposed between the target and the support means, and the collimator A high-frequency power supply connected to the collimator so that positive ions of the plasma gas are bombarded to remove deposits on the collimator by plasma etching.
と前記支持手段との間に接続された直流電源である請求
項７のいずれか１項に記載のスパッタ装置。8. The sputtering apparatus according to claim 7, wherein said plasma generating means is a DC power supply connected between said target and said support means.
請求項７又は８に記載のスパッタ装置。9. The sputtering apparatus according to claim 7, wherein the process gas is an argon gas.
で基板を支持するための支持手段と、前記支持手段によ
り支持された基板の表面に対向するように設けられたタ
ーゲットと、前記ターゲット及び前記支持手段の間に配
置されたコリメータとを有するスパッタ装置において、
前記コリメータ上の付着物の剥離を防止するための処理
方法であって、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するステップ
と、 前記ターゲットと前記支持手段との間でプラズマを生成
するステップと、 前記プラズマ中に存在するプロセスガス成分の正イオン
を前記コリメータに衝撃させ前記コリメータ上の付着物
を高密度化すべく前記コリメータを負に電荷するステッ
プと、を備えるコリメータ付着物の処理方法。10. A vacuum chamber, support means for supporting a substrate in the vacuum chamber, a target provided to face a surface of the substrate supported by the support means, the target and the support A collimator disposed between the means,
A processing method for preventing separation of the deposit on the collimator, a step of supplying a process gas into the vacuum chamber, a step of generating plasma between the target and the support unit, B. Bombarding the collimator with positive ions of a process gas component present in plasma, and negatively charging the collimator to increase the density of the deposit on the collimator.
プは、前記コリメータを前記真空チャンバ、前記支持手
段及び前記ターゲットに対して電気的に絶縁状態とする
ことにより行われる請求項１０に記載のコリメータ付着
物の処理方法。11. The collimator with a collimator according to claim 10, wherein the step of negatively charging the collimator is performed by making the collimator electrically insulated from the vacuum chamber, the support means, and the target. Kimono processing method.
プは、前記コリメータに直流電源に接続することにより
行われる請求項１０に記載のコリメータ付着物の処理方
法。12. The method according to claim 10, wherein the step of negatively charging the collimator is performed by connecting the collimator to a DC power supply.
前記ターゲットと前記支持手段との間に直流電源を接続
することにより行われる請求項１０〜１２のいずれか１
項に記載のコリメータ付着物の処理方法。13. The step of generating the plasma,
The method according to claim 10, wherein a DC power supply is connected between the target and the support unit.
The method for treating a collimator-attached substance according to the above section.
る請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のコリメータ
付着物の処理方法。14. The method according to claim 10, wherein the process gas is an argon gas.
１０〜１４のいずれか１項に記載のコリメータ付着物の
処理方法。15. The method for treating a collimator deposit according to claim 10, wherein the deposit is titanium nitride.
プに先立ち、前記付着物である窒化チタンの上にチタン
を堆積させペースティングを行う請求項１５に記載のコ
リメータ付着物の処理方法。16. The method according to claim 15, wherein prior to the step of negatively charging the collimator, a paste is deposited by depositing titanium on the titanium nitride as the deposit.
で基板を支持するための支持手段と、前記支持手段によ
り支持された基板の表面に対向するように設けられたタ
ーゲットと、前記ターゲット及び前記支持手段の間に配
置されたコリメータとを有するスパッタ装置において、
前記コリメータ上の付着物を除去するための処理方法で
あって、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するステップ
と、 前記コリメータ上の前記付着物をプラズマエッチングに
より除去すべく、前記プロセスガスをプラズマ化するス
テップと、を備えるコリメータ付着物の処理方法。17. A vacuum chamber, support means for supporting a substrate in the vacuum chamber, a target provided to face a surface of the substrate supported by the support means, the target and the support A collimator disposed between the means,
A processing method for removing deposits on the collimator, comprising: supplying a process gas into the vacuum chamber; and plasma-treating the process gas to remove the deposits on the collimator by plasma etching. And treating the collimator deposits.
テップは、前記コリメータと前記支持部材との間に高周
波電源を接続することにより行われる請求項１７に記載
のコリメータ付着物の処理方法。18. The method according to claim 17, wherein the step of converting the process gas into plasma is performed by connecting a high-frequency power source between the collimator and the support member.
テップは、前記コリメータと前記支持手段との間に直流
電源に接続することにより行われる請求項１７に記載の
コリメータ付着物の処理方法。19. The method according to claim 17, wherein the step of converting the process gas into plasma is performed by connecting a DC power supply between the collimator and the support means.
る請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のコリメータ
付着物の処理方法。20. The method according to claim 17, wherein the process gas is an argon gas.
１７〜２０のいずれか１項に記載のコリメータ付着物の
処理方法。21. The method according to claim 17, wherein the deposit is titanium nitride.
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