JPH02209478A - スパッタ用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタ用ターゲットに関する。

（従来の技術） 一般に、スパッタ装置はイオン化するスパッタガスを導
入した気密容器内で、プラズマ中のイオンが負電圧の例
えばアルミニウム材等のターゲットに衝突してスパッタ
が行われ、陽極に設けられた半導体ウェハ等の試料の表
面に薄膜を形成するものである。ここで、半導体チップ
としてＤＲＡＭを例に挙げれば、１Ｍ−ＤＲＡＭの量産
が開始されつつあり、近い将来には４Ｍ−ＤＲＡＭの量
産に移行することが予定されている。このように、半導
体チップの高密度化に伴い、半導体ウェハの微細処理に
対する対応が迫られている。

このような状況下にあって、スパッタ装置にて例えば半
導体ウェハにアルミ配線を行う場合には、第４図に示す
ようにアルミを充填すべきホール１００の穴径がサブミ
クロンのオーダとなっている。

（発明が解決しようとする課題） 上記のようなホール１００にアルミ膜を形成するために
は、このウェハと対向配置されるターゲットから垂直に
放出されるスパッタ粒子だけでは適正な膜が形成できな
い。もし、垂直方向のみのスパッタ粒子によって膜を形
成したとすれば、第７図に示すようにホール１００の内
側壁に膜を形成できないからである。

もちろん、スパッタ粒子は垂直方向にのみ飛翔するので
はなく、拡散して斜め方向にも放出されるので第７図の
ような極端なケースは生じ得ないが、ターゲットの浸油
が進むにつれ、ウニ／’％の中６側に斜めに向かうスパ
ッタ粒子が減少し、ホール１００の内側壁に形成される
膜厚が不足するという現象が確認された。

そこで、本発明の目的とするところは、ターゲットの浸
蝕が進行しても、被処理体の中心側に斜めに向かうスパ
ッタ粒子を常時確保でき、適正な膜付けを実施すること
ができるスパッタ用ターゲットを提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、スパッタ面の少なくともエロージョンエリア
の内側境界付近に凹状部を形成してスパッタ用ターゲッ
トを構成している。

（作　用） スパッタ用ターゲッとの中心領域は、ターゲラとの保持
あるいは冷却の必要上プラズマリングが形成され難く、
エロージョンエリアはこの外側に確保されるものが多い
。この際、ターゲットの浸蝕が進行すると、エロージョ
ンエリアの内側境界には、浸蝕されない部位が壁となり
、斜め内側に向けて飛翔するスパッタ粒子がこの壁に邪
魔されて被処理体に届かなくなってしまう。

そこで、本発明では、このエロージョンエリアの内側境
界付近に予め凹状部を形成しておくことで、スパッタが
進行しても境界に壁が形成されることを防止し、その初
期使用時から寿命時に至るまで、相変わらずに中心領域
に斜めに向かうスパッタ粒子を確保している。この結果
、ホールの内側壁等にも適正な膜厚を確保することが可
能となる。

（実施例） 以下、本発明方法の一実施例について図面を参照して具
体的に説明する。

第１図は、スパッタ装置の一例としてプレートマグレト
ロン形スパッタ装置を示すもので、図示しない真空容器
内には、半導体ウェハ１とターゲット２とが対向して配
置されている。前記半導体ウェハ１は、ウェハ加熱機構
３を含む試料台４に支持されている。

前記ウェハ１の上方に配置される前記ターゲット２は、
保持部材５によって保持されている。このターゲット２
は、ウェハ１に形成すべき材料に応じてその母材が選択
され、例えばアルミニウム。

シリコン、タングステン、チタン、モリブデン。

クロム、コバルト、ニッケル等、あるいはこれらを素材
とする合金で形成され、場合によっては焼結金属等の熱
伝導性の悪い材料も用いられる。このターゲット２には
、負の直流電圧が印加され、カソード電極を構成するも
のである。

前記保持部材５のさらに上方には、この保持部材５を支
持し、かつ、後述するマグネット１０を回転自在に支持
するための基台６が設けられている。この基台６の中央
部には、中空筒状の円筒部６ａが形成され、その最下端
が前記保持部材５と接面している。そして、前記円筒部
６ａの周囲にはベアリング７が配置され、このベアリン
グ７によって回転円盤８が回転自在に支持されている。

そして、この回転円盤８の偏心した位置に前記マグネッ
ト１０が固着されている。一方、前記基台６の上面には
マグネット回転用モーター１が固定され、このモーター
１の出力軸には第１のギア１２が固着されている。また
、前記回転円盤８と同心にて第２のギア１３が固着され
、この第１゜第２のギア１２．１３が噛合するようにな
っている。この結果、前記マグネット回転用モーター１
を駆動することで、この回転出力は第１のギア１２、第
２のギア１３を介して前記回転円盤８に伝達され、前記
マグネット１０を回転駆動することが可能なる。

前記保持部材５は、ターゲット２を冷却可能に保持する
ものであり、このために、保持部材５の内部には複数の
冷却ジャケット１５が配置されている。そして、この冷
却ジャケット１５内に冷却媒体例えば冷却水を循環させ
ることで、保持部材５を冷却し、この保持部材５とター
ゲット２との間の熱交換によってプラズマ発生時のター
ゲット２の昇温を抑制するようになっている。

尚、前記ターゲット２の周囲には、絶縁体１６を介して
アノード電極１７が設けられ、さらに、ウェハ１とター
ゲット２との間を必要に応じて遮ぎることか可能なよう
にシャッタ１８が設けられ、このシャッタ１８をシャッ
タ駆動機構１．９によって駆動可能としている。

前記ターゲット２は、第３図に示すように、後述するガ
ス導入管２０用の穴２ａを有する段付きの略円板状に形
成され、スパッタリング面を有する大径部２１と、この
大径部２１の裏面側中央にて突出形成された小径部２２
とから構成されている。尚、上記大径部２１の周縁部２
１ａの直径を１１とし、小径部２２の周縁部２２ａの直
径を１２とする。一方、前記ターゲット２を保持するた
めの保持部材５は段付き穴形状となっていて、前記ター
ゲット２の大径部２１に対応する大径穴２４と、前記小
径部２２に対応する小径穴２５とを有している。尚、大
径穴２４の内周面２４ａの直径を！、とし、小径穴２５
の内周面２５ａの直径を１４とする。そして、上記ター
ゲット２及び保持部材５の大きさについては、常温下に
あっては１１〜！４の関係が以下のようになっている。

Ｊ、　＜ｆ！、、　Ｉ！２＜１４ ここで、前記大径部２１と大径穴２４との直径方向のギ
ャップ及び小径部２２と小径穴２２との直径方向のギャ
ップは、それぞれ以下のように設定されている。

すなわち、ターゲット２はプラズマ発生時の昇温により
熱膨張するため、前記大径部２１の直径方向の熱膨張長
さが、前記大径部２１．大径穴２４の直径方向の間隙と
ほぼ同一となっている。

同様に、ターゲット２の熱膨張による前記小径部２２の
熱膨張長さは、この小径部２２．小径穴２５の直径方向
の間隙とほぼ同一となっている。

したがって、ターゲット２の熱膨張により、大径部２１
の周縁部２１ａ及び小径部２２の周縁部２２ａがそれぞ
れ膨張し、前記大径穴２４．小径穴２５のそれぞれの内
周面２４　ａ　＋　２５　ａにほぼ同様の密閉度で密着
することになる。尚、同一温度の下にあっては、前記大
径部２１と小径部２２の膨張長さが相違するため、これ
らの周縁部２１ａ、２２ａとこれに対向する穴部の内周
面２４ａ、２５ａ間のギャップ距離はそれぞれ相違して
いる。このように、ターゲット２の各段の周縁部２１ａ
、２２ａと保持部材５の対向する内周面２４　ａ、　　
２５　ａとの密着を確保するようにして、ターゲット２
の効率良い冷却を可能としている。

また、ターゲット２と保持部材５とのクランプを、ター
ゲットの中央部裏面側にて実施している。

すなわち、ターゲット２の前記小径部２２の周縁部２２
ａには、それぞれ相対向する位置にて直径方向で外側に
突出する係止用ピン２３．２３が形成されている。一方
、保持部材５の前記大径穴２４の底面２４ｂには、小径
穴２５の相対向する位置に連通し前記係止用ピン２３．
２３を挿入可能な所定深さの挿入用スリット２６．２６
が設けられ、さらにこの挿入用スリット２６．２６の下
端側にて連通し、同一回転方向に伸びる横溝がら構成さ
れる係止用溝２７．２７を有している。この結果、前記
ターゲット２の小径部２２を保持部材５の小径穴２５に
対して前記係止用ピン２３゜２３が挿入用スリット２６
．２６に挿入されるように配置し、この後、このターゲ
ット２を回転が許容される方向に所定角度回転すること
により、前記係止用ピン２３．２３を保持部材５の係止
用溝２７．２７の末端に配置することができる。

このようなりランプにより、ターゲット２の昇温か著し
く反りの発生しやすい中心領域を機械的にクランプする
ことで、ターゲット２の裏面と保持部材５との密着性を
も確保し、冷却効率を高めている。また、上記クランプ
によってワンタッチな交換が可能となり、しかもクラン
プ部材がターゲット２の表面に露出しないので、ターゲ
ット全面をエロージョンエリアとして有効に利用するこ
とができる。

また、前記基台６の円筒部６ａの中心を貫通し、さらに
保持部材５の中心部を貫通してターゲット２の前記穴２
ａを介してスパッタリング面に臨むガス導入管２０を有
している。このガス導入管２０は、前記ウェハ１とター
ゲット２との間に、主スパッタガスと同一種類の圧力補
正用のスパッタガスを導入するものである。

次に、本実施例装置の特徴的構成として、前記ターゲッ
ト２の形状について説明すると、このターゲット２のス
パッタ面のエロージョンエリアの内側境界付近より、中
心に向けて例えば三角錐形状のテーパ面４２が形成され
、凹状部４０を構成している。上記テーパ面４２の角度
は被スパツタ材の表面状態により適宜選択する。

次に、作用について説明する。

このスパッタ装置にてスパッタリングを行うために、ウ
ェハ１及びターゲット２をそれぞれ支持した状態で、こ
れらが配置される真空容器（図示せず）内の真空度を例
えば１０−Ｉ〜１０−’Ｔｏｒｒに荒引きする。次に、
上記真空容器内の真空度を１０−５〜１０−８Ｔｏｒｒ
台に高真空引きし、その後このＪ空容器内に主スパッタ
ガス例えばＡｒガスを導入し、真空容器内を１０−２〜
１０−３Ｔｏｒｒ台に設定する。ここで、ターゲット２
に負電圧を印加すると、このターゲット２のスパッタリ
ング面側にプラズマが形成され、さらにこのターゲット
２の裏面側にてマグネット１０を回転駆動することによ
り、このプラズマを磁界によって閉込めたプラズマリン
グ３０を形成することができる。このプラズマリング３
０の形成によりイオン化率が向上し、ターゲット２のス
パッタリング面での所定エロージョンエリアにてスパッ
タが実行されることになる。

ここで、本実施例では上記のようなスバ・ツタ時に、前
記ガス導入管２０より、ウエノ１１とターゲット２との
間の中心領域に、圧力補正用スノ＜・ツタガスを導入し
ている。

この理由は下記の通りである。すなわち、散乱されてウ
ェハ１上に到達するスパッタ粒子は、左右両側の散乱成
分によってウエノＸ１の中心領域に集中する傾向にあり
、集中されたスバ・ツタ粒子によってウェハ１．ターゲ
ット２間の中心領域のスパッタガスが飛ばされ、その領
域のスバ・ツタガスが稀薄となって圧力が低下すること
になる。そしてさらに、中心領域の圧力低下によってそ
の両端側の領域のスパッタ粒子がさらに中心領域に集中
する現象が助長され、ウエノ１１上に形成される膜厚の
均一性が悪化してしまう。この際の、中心領域の圧力は
３〜５ｍＴｏｒｒとすれば、その両側の圧力は７　ｍ　
Ｔｏｒｒ程度と予想される。

そこで、ウェハ１．ターゲット２間の比較的圧力が低く
なる領域である中心領域に、圧力補正用のスパッタガス
を導入し、ウェハ１．ターゲット２間の圧力勾配を除去
している。このように、ウェハ１．ターゲット２間の圧
力勾配を減少することにより、ウェハ１の中心領域にス
パッタ粒子が集中することを防止するようにスパッタ粒
子の飛翔方向を制御し、ウェハ１に形成される膜厚の均
一性を向上することが可能となる。

ここで、このようなスパッタリング方法によって、サブ
ミクロンオーダのホール１００にアルミ配線を行った場
合には、第２図に示すように、半導体ウェハ１の中心領
域９両端領域のいずれのホール１００についても、はぼ
左右対称の膜厚とすることが可能となった。

特に、数十能のウェハ１／ターゲツト２間距離を有する
高速スパッタ装置においては、上記圧力勾配の形成が著
しいので、このような装置にて上北方法を適用すれば良
好な結果を得ることができる。

次に、ホール１００の内側壁に形成される膜について考
察すると、これは斜め方向に飛翔するスパッタ粒子によ
って膜形成が行われる。

ここで、ターゲット２のスパッタ面の浸蝕が進行すると
、第５図に示すようにエロージョンエリアＥおいてター
ゲット２が消耗されることになる。

このエロージョンエリアＥとは、第１図に示すプラズマ
リング３０の形成位置にほぼ対応しており、したがって
、ターゲット２の中心領域はエロージョンエリアＥとは
ならない。この際、第６図に示すようにターゲット１０
２のエロージョンエリアＥの内側境界付近がフラットで
あると、この境界付近でのスパッタ粒子が斜め内側に向
かおうとする時、浸蝕されていない境界部の壁１０４に
よってこの飛翔が阻止されてしまうことになる。

すなわち、ターゲット１０２の使用初期にあってはスパ
ッタ粒子の斜め方向への飛翔は許容されるが、浸蝕が進
むにつれてこのスパッタ粒子の飛翔が阻止され、結局ホ
ール］００の内側壁への膜付けに支障が生じてしまう。

本実施例では、上記のような壁１０４がスパッタ粒子の
飛翔を妨げないように、予めターゲット２のエロージョ
ンエリアの境界付近より内側に凹状部４０を設けている
。この結果、第５図に示すように上記境界付近であって
もスパッタ粒子は斜め内側に向けて飛翔することが可能
となり、第２図に示すように各ホール１００の内側壁に
も所定の膜付けを実施することが可能となる。特に、こ
の凹状部４０をテーパ面４２で構成することにより、凹
状部４０の表面をスパッタしつつ壁を構成しないように
ターゲツト材を有効利用することができることで優れて
いる。

また、通常ターゲットの中心領域はスパッタされないの
で、ターゲットを寿命によって交換する際にはこの中心
領域の消耗されない部分が無駄となっていたが、本実施
例によれば凹状部４ｏを予め形成することで、寿命時に
はエロージョンエリアの消耗部とほぼ面一にでき、ター
ゲット２の有効利用と材料費削減によるコストダウンと
を図ることができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、ターゲット２のスパッタ面に形成される凹状部
４０の形状としては、テーパ面で構成するものに限らず
、湾曲面等スパッタの飛翔を妨げる壁を形成しない種々
の形状とすることができる。

また、凹状部４０を中心まで連続的に形成するようにす
れば、本来スパッタされない部分の材料を最初から除去
しておくことができ、ターゲット２の有効利用が図られ
る点で好ましいが、斜め方向に向かうスパッタ粒子の確
保のみを考えれば、エロージョンエリアの内側境界付近
に例えばリング状の溝として上記四部４０を構成するも
のであっても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればターゲットの浸油
が進行しても、スパッタ面のエロージョンエリアの内側
境界付近からの斜め内側に向かうスパッタ粒子を常時確
保でき、ホールの内側壁に所定厚の膜付けを行う場合に
あっても、この斜め方向成分のスパッタ粒子によって適
正な膜付けを実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わるスパッタ用ターゲットが装着
されるスパッタ装置の一例を示す概略断面図、第２図は
、第１図の実施例装置によってホール内にアルミ配線し
た場合の膜厚状態を説明するための概略説明図、第３図
は、ターゲット。 保持部材の取り付は構造を説明するための概略斜視図、
第４図は、スパッタ装置によってアルミ配線されるホー
ルの概略説明図、第５図は、スパッタ粒子の斜め内側へ
の飛翔の動作を説明するための概略説明図、第６図は、
ターゲット全面がフラットである場合に、斜め内側に向
かうスパッタ粒子の飛翔が阻止される動作を説明するた
めの概略説明図、第７図は、垂直方向成分のみによるホ
ールへの膜付けを説明するための概略説明図である。 １・・・試料、２・・・ターゲット、 ４０・・・凹状部、４２・・・テーパ面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタ面の少なくともエロージョンエリアの内
   側境界付近に凹状部を形成したことを特徴するスパッタ
   用ターゲット。