JPH04168271A - スパッタリング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体デバイス等の製造に用いられるスパ
ッタリング装置に関する。

〔従来の技術〕

第１４図は従来のスパッタリング装置の切断正面図であ
る。

同図に示すように、真空槽１内に、陰極を兼用するター
ゲット２か配設されると共に、このターゲット２に対向
して陽極を兼用するウェハホルダー３が配設され、ウェ
ハホルダー３の表面にウェハ４が保持されている。

このとき、ターゲット２及びウェハホルダー３は、例え
ば真空槽１の上面及び底面にそれぞれ固定され、両者間
隔が一定にかつ両者が平行に保持されている。

また、ターゲット２には形成すべき膜の組成を含む材料
が用いられる。

そして、真空槽１内が真空排気されたのち、アルゴン（
Ａｒ）などの放電ガスが真空槽１内に導入され、放電ガ
スの流量調整により真空槽１内の圧力が所定値に設定さ
れ、ターゲット２．ウェハホルダー３間に所定の放電電
圧が印加されてグロー放電が発生され、放電ガスの分子
５がイオン化してターゲット２に衝突し、ターゲット２
の一部がスパッタ粒子６としてウェハ４方向へ飛び出し
、第１５図に示すように、ウェハ４の表面にスパッタ粒
子６が堆積して積層＄７が形成される。

ところで、第１５図に示すように、ウェハ４の表面に凹
凸があると、特に凹部の側面や底面には均一な膜が形成
されず、ステップカバレージが良好ではない。

これは、スパッタ粒子６のウェハ４への入射方向が一定
で、これを制御する手段がなく、スパッタ粒子６．の入
射方向がターゲット２の材質などの特性だけで一義的に
決まってしまい、その結果ウェハ４の凹部の側面及び底
面の膜が不均一になるためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のスパッタリング装置の場合、前述したようにスパ
ッタ粒子６のウェハ４への入射方向を制御する手段がな
いため、ステップカバレージが悪く、凹凸を有するウェ
ハ４の凹部の側面及び底面の膜が不均一になり、半導体
デバイスの配線層を形成する場合などには、歩留りの低
下を招くという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、ウェハの表面に凹凸があっても、ステップ
カバレージの良好な積層膜をウェハ表面に形成できるよ
うにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るスパッタリング装置は、放電ガスが導入
された真空槽と、前記真空槽内に平行に配設され放電電
圧が印加される一対の電極と、−方の前記電極に設けら
れたスパッタ粒子発生用のターゲットと、他方の前記電
極に設けられ表面に積層膜が形成されるウェハと、前記
スパッタ粒子の前記ウェハへの入射方向を可変する手段
とを備えたことを特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、ターゲットから発生するスパッタ
粒子のウェハへの入射方向を可変する手段を設けたため
、ウェハの表面に凹凸がある場合であっても、良好なス
テップカバレージが得うレ、ウェハの表面に均一な厚さ
の積層膜の形成が可能になる。

〔実施例〕

第１図はこの発明のスパッタリング装置の一実施例の切
断正面図を示す。

同図に示すように、放電ガスが導入された真空槽１１の
内側上面に陰極兼用のターゲット１２が固着され、真空
槽１１の底壁中央部に形成された開口１３の周縁部に、
ベローズ１４の下端が気密に固着されるとともに、ベロ
ーズ１４の上端に陽極兼用のウェハホルダー１５が気密
に装着され、ウェハホルダー１５の上面にウェハ１６が
固定されている。

そして、ウェハホルダー１５はその下面中央部が垂直支
軸１７の上端に固着されており、垂直支軸の下端は水平
支軸１８に固定されている。

さらに、垂直支軸１７の左側には垂直ガイドバー１９が
固定して設けられ、この円柱状ガイド体２０が垂直ガイ
ドバー１９に沿って上下動自在に垂直ガイドバー１９に
装着され、垂直支軸１７の右側にはモータ２１により回
転されるボールねじ２２が垂直方向に設けられ、このボ
ールねし２２にめねじを有するもう一つの円柱状ガイド
体２３が螺着され、両ガイド体２０．２３に水平支軸１
８の両端が固着されている。

従って、モータ２１の回転によりボールねじ２２が回転
すると、ボールネジ２２に沿ってガイド体２３が上下動
し、ここで、垂直ガイドバー１９が固定されているため
、ガイド体２３とともに水平支軸１８及びガイド体２０
が一体となって上下動し、垂直支軸１７が上下動してウ
ェハホルダー１５が上下動し、ウェハホルダー１５とタ
ーゲット１２との間の距離が可変調整される。

このとき、垂直、水平支軸１７．１８．ガイドバー１９
．ガイド体２０，２３．モータ２１及びボールねじ２２
により、スパッタ粒子のウェハ１６への入射方向を可変
する手段である距離可変手段２４が構成されている。

つぎに、本実施例の原理について説明する。

いま、第２図に示すように、ウェハ１６の表面に凹凸が
ある場合に、ターゲット・ウェハ間の距離が短いと、放
電ガスのイオンの衝突により夕一ゲット１１から発生す
るスパッタ粒子２５が、放電ガスの分子２６と衝突する
確率が低く、ターゲット１１の表面から垂直に発生した
スパッタ粒子２５のほとんどが放電ガス分子２６と衝突
することなくそのままウェハ１６に垂直に入射し、スパ
ッタ粒子２５が主としてウェハ１６の凹部の底面に堆積
する。

一方、第３図に示すように、ターゲット・ウェハ間距離
が長いと、スパッタ粒子２５が放電ガス分子２６と衝突
する確率が高くなり、ターゲット１１の表面からほぼ垂
直に発生したスパッタ粒子２５が放電ガス分子２６と衝
突してスパッタ粒子２５の方向が変えられ、スパッタ粒
子２５がウェハ１６に垂直に入射せず、スパッタ粒子２
５が主としてウェハ１６の四部側面に堆積する。

従って、例えば第４図に示すように、スパッタリング開
始時は、ターゲット・ウェハ間距離を短くしておき、成
膜時間の経過に連れてターゲット・ウェハ間距離を連続
的に広げるように距離可変手段２４のモータ２１を回転
することにより、当初は主としてウェハ１６の凹部の底
面にスパッタ粒子２５が堆積し、時間が経過するに連れ
てウェハ１６の四部の側面にスパッタ粒子２５が堆積し
、従来に比べてステップカバレージが極めて良好になる
。

その結果、第５図に示すように、ウェハ１６の表面に凹
凸があっても、ウェハ１６の表面に均一な積層膜２７が
形成される。

このように、距離可変手段２４によってターゲット・ウ
ェハ間距離を可変し、スパッタ粒子２５のウェハ１６へ
の入射方向を可変することにより、ウェハ１６の表面に
凹凸がある場合であっても、の良好なステップカバレー
ジを得ることができ、ウェハ１６の表面に均一な厚さの
積層膜２７を形成することができる。

第６図はこの発明の他の実施例の切断正面図である。

同図に示すように、真空槽３１の内側上面に陰極兼用の
ターゲット３２が固着され、真空槽１１の内側下面にタ
ーゲット３２に平行に陽極兼用のウェハホルダー３３が
固着され、ウェハホルダー３３の上面にウェハ３４が固
定されている。

そして、真空槽３１の底壁のガス排気口３５に真空排気
用の真空ポンプ３６が装着され、真空槽３１の天壁のガ
ス導入口３７に放電ガス流量計３８が装着され、真空槽
３１への放電ガスの流量が調整され、真空槽３１の側壁
に設けられた真空計３９により真空槽３１内の圧力が検
出され、検出された圧力が所定値になるよう、プログラ
ムコントローラ４０により流量計３８の調整が行われ、
真空槽３１内の圧力が所定値に制御されるようになって
いる。なお、真空ポンプ３６による排気量は一定である
。

このとき、真空ポンプ３６．放電ガス流量計３８、真空
計３９及びプログラムコントローラ４０により、スパッ
タ粒子のウェハ３４への入射方向を可変する手段である
圧力可変手段４１が構成されている。

つぎに、本実施例の原理について説明する。

いま、第７図に示すように、ウェハ３４の表面に凹凸が
ある場合に、真空ＷＩ３１内の圧力が低いと、放電ガス
のイオンの衝突によりターゲット３２が発生するスパッ
タ粒子４２が、放電ガスの分子４３と衝突する確率が低
く、ターゲット１１の表面からほぼ垂直に発生したスパ
ッタ粒子４２のほとんどが放電ガス分子４３と衝突する
ことなくそのままウェハ３４に垂直に入射し、スパッタ
粒子４２が主としてウェハ３４の凹部の底面に堆積する
。

一方、第８図に示すように、真空槽３１内の圧力が高い
と放電ガス分子４３の数が多くなるため、スパッタ粒子
４２が放電ガス分子４３と衝突する確率が高くなり、タ
ーゲット３２からほぼ垂直に発生したスパッタ粒子４２
が放電ガス分子４３と衝突してスパッタ粒子４２の方向
が変えられ、スパッタ粒子４２がウェハ３４に垂直に入
射せず、スパッタ粒子４２が主としてウェハ３４の凹部
の側面に堆積する。

従って、例えば第９図に示すように、スパッタリング開
始時は、真空槽３１内の圧力を低くしておき、成膜時間
の経過に連れて真空槽３１内へ導入する放電ガスの流量
を多くし、真空槽３１内の圧力を連続的に高くしていく
ことにより、当初は主としてウェハ３４の凹部の底面に
スノ々・ツタ粒子４２が堆積し、時間が経過するに連れ
てウニｌ＼３４の凹部の側面にスパッタ粒子４２が堆積
し、第１図の場合と同様、従来に比べてステ・ノブカッ
くレージが極めて良好になる。

第１０図はこの発明の異なる他の実施例の切断正面図で
ある。

同図において、第１図と相違するのは、真空槽１１の内
側底面にウエノ１ホルダー１５を固着し、真空槽１１の
天壁中央部に形成された開口５１の周縁部にベローズ５
２の上端を気密に固着し、ベローズ５２の上端にターゲ
ット１２を気密に固着するとともに、第１図の場合と上
下逆転した状態の距離可変手段２４の垂直支軸１７の下
端にターゲット１２の上面中央部を固定し、距離可変手
段２４によりターゲット１２を上下動させることによっ
てターゲット・ウニ／＼間の距離を可変するようにした
ことであり、第１図の場合と同等の効果を得ることがで
きる。

第１１図はこの発明のさらに異なる他の実施例の切断正
面図である。

同図において、第６図と相違するのは、排気口３５と真
空ポンプ３６との間に可変コンダクタンス弁５３を設け
、放電ガス流量計３８における放電ガスの流量は一定に
保持しておき、真空計３９により検出される真空槽３１
内の圧力が所定値になるよう、プログラムコントローラ
４０により可変コンダクタンス弁５３の開閉度を調整し
て排気量を調整するようにし、真空ポンプ３６．放電ガ
ス流量計３８．真空計３９．プログラムコントローラ４
０及び可変コンダクタンス弁５３により圧力可変手段５
４を構成したことであり、第６図の場合と同等の効果を
得ることができる。

なお、第１の実施例においては、第４図に示すように、
時間に対してターゲット・ウニ／Ｘ間距離を連続的に広
げる場合について説明したが、例えば第１２図に示すよ
うに、成膜時間に対してターゲット・ウェハ間距離を段
階的に広げてもよいのは勿論である。

また、第２の実施例においては、第９図に示すように、
成膜時間に対して真空槽内圧力を連続的に高くする場合
について説明したが、例えば第１３図に示すように、成
膜時間に対して真空槽内圧力を段階的に高くしてもよい
。

さらに、第１図又は第１０図に示す距離可変手段２４と
、第６図又は第１１図に示す圧力可変手段４１．５４の
双方を備えたものであっても、この発明を同様に実施で
きるのは言うまでもない。

また、ターゲット或いはウェハのいずれか一方を、上下
、左右１前後に揺動する手段を設け、この手段による揺
動によって、ターゲットからのスパッタ粒子のウェハへ
の入射方向を可変するようにしてもよい。

さらに、上記各実施例ではターゲットを陰極と兼用した
場合について説明したが、別途設けた陰極にターゲット
を装着するようにしてもよいのは勿論である。

また、スパッタ粒子のウエノ１への入射方向を可変する
手段は上記各実施例の手段限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のスパッタリング装置によれば
、ターゲットから発生するスパッタ粒子のウェハへの入
射方向を可変する手段を設けたため、ウェハの表面に凹
凸がある場合であっても、良好なステップカバレージが
得ることができ、ウェハの表面に均一な厚さの積層膜を
形成することができ、高品質の積層膜を得ることが可能
になり、半導体デバイスの配線槽の形成等において有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のスパッタリング装置の一実施例の切
断正面図、第２図及び第３図は第１図の動作原理の説明
図、第４図は第１図の動作説明用の成膜時間とターゲッ
ト・ウェハ間距離の関係図、第５図は第１図の構成によ
り積層膜が形成された状態のウェハの断面図、第６図は
この発明の他の実施例の切断正面図、第７図及び第８図
は第６図の動作原理の説明図、第９図は第６図の動作説
明用の成膜時間と真空槽内圧力との関係図、第１０図及
び第１１図はそれぞれこの発明の異なる他の実施例の切
断正面図、第１２及び第１３図はそれぞれこの発明のさ
らに異なる他の実施例の動作説明用の成膜時間とターゲ
ット・ウェハ間距離及び真空槽内圧力それぞれとの関係
図、第１４図は従来のスパッタリング装置の切断正面図
、第１５図は第１４図の構成により積層膜が形成された
状態のウェハの断面図である。 図において、１１．３１は真空槽、１２．３２はターゲ
ット、１５．３３はウェハホルダ、１６゜３４はウェハ
、２４は距離可変手段、２５．４２はスパッタ粒子、２
７は積層膜、４１．５４は圧力手段である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電ガスが導入された真空槽と、前記真空槽内に
   平行に配設され放電電圧が印加される一対の電極と、一
   方の前記電極に設けられたスパッタ粒子発生用のターゲ
   ットと、他方の前記電極に設けられ表面に積層膜が形成
   されるウェハと、前記スパッタ粒子の前記ウェハへの入
   射方向を可変する手段とを備えたことを特徴とするスパ
   ッタリング装置。