JPH0790575A

JPH0790575A - スパッタ成膜装置及び複数層成膜方法並びに複数層成膜装置

Info

Publication number: JPH0790575A
Application number: JP22737793A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Shimamura; 英昭島村; Hide Kobayashi; 秀小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】成膜速度が低下するのを抑え、生産性が低下
するのも防止し得る。【構成】Ａｒガス圧をプレーナマグネトロンスパッタ
電極のときより１／１０の低い圧とすると、該ガス圧の
分子の平均自由工程が長くなるので、スパッタ粒子が指
向性フィルタ１２を通過する前、その通過時や通過後に
おいてもガスの分子と衝突するのを防げる。即ち、指向
性フィルタ１２を通過したスパッタ粒子は、Ａｒガスの
分子によって散乱されることが殆どなく、スパッタガス
圧が高い場合に比較すると、直線的に飛翔する成分が多
くなり、しかも指向性フィルタ１２に付着する成分を低
減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングにより
半導体ウエハのコンタクトホール部に所定の厚みで成膜
するスパッタ成膜装置、及びそのスパッタ成膜装置を利
用して複数層を効率的に成膜する複数層成膜方法並びに
その装置に係り、特にスパッタ粒子（成膜粒子）に指向
性を付与するフィルタ部材を有するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】６４ＭｂＤＲＡＭ以降の配線形成工程で
は図１２に示すように、ＣＶＤタングステンの配線膜３
１が多用されるが、その配線膜３１の下地膜としてはタ
ングステン膜３２がスパッタリング法によって形成され
ている。このスパッタリングによるタングステン膜３２
はウエハに対し、直角に凹んでいてかつ深さのある急峻
な形状のスルーホール３３の底部に均一に形成される必
要がある。このため、従来のスパッタ装置では、ウエハ
とスパッタターゲットとの間にフィルタが設けられ、該
フィルタをスパッタ粒子が通過することにより、スパッ
タ粒子に指向性が付与され、結果的にスパッタ粒子がス
ルーホール３３の底部は勿論、その側壁にも均一に付着
して下地膜として一様な成膜を得るようにしたものがあ
る。この場合、スパッタ電極としては、比較的低電圧で
高電力を投入できることから早い成膜速度が得られ、加
えてウエハ内での高い膜厚均一性を得ることのできるプ
レーナマグネトロン型が一般的に用いられている。この
電極では安定したプラズマ動作を得るためのガス圧とし
てｍＴｏｒｒオーダの不活性ガス圧力（例えばＡｒガ
ス）が必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
スパッタ成膜装置では、スパッタ粒子に指向性を付与す
るフィルタを用いた場合、スパッタ粒子のフィルタに対
する付着が著しくなり、そのため、フィルタ無しの場合
に比較すると、成膜速度が１／１０以下に低下する問題
がある。即ち換言すれば、スパッタ粒子の９／１０がフ
ィルタに付着していることとなる。また、フィルタに付
着したスパッタ粒子が剥離し、その剥離によってウエハ
に異物として発生するので、歩留まりの低下を招く問題
がある。この問題を解消しようとすると、異物の発生度
合いがある基準値を越えた場合、フィルタを交換した
り、メンテナンスする必要がある。しかし、交換やメン
テナンスしても、その度に装置が停止することとなって
しまうので、装置の稼働率がそれだけ低下し、結果的に
生産性が著しく低下する問題がある。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、指向性フィルタを用いてあっても、成膜速度が低
下するのを抑えると共に、生産性が低下するのも防止し
得るスパッタ成膜装置を提供することにあり、他の目的
は、スパッタリングによる下地膜とその上に形成される
ＣＶＤ膜とを良好な状態で確実に成膜し得る複数層成膜
方法を提供することにあり、さらに他の目的は、上記方
法を的確に実施し得る複数層成膜装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ成膜装
置においては、スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極，ターゲット，成膜対象基板，指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、１×１０-5〜１０-3
Ｔｏｒｒにすると共に、前記スパッタ電極がそのガス圧
の範囲内で放電し得るように構成している。

【０００６】

【作用】本発明では、上述の如く、スパッタガス圧を１
×１０-5〜１０-3Ｔｏｒｒにし、プレーナマグネトロン
スパッタ電極のときより低い圧にしてるので、該ガス圧
の分子の平均自由工程が長くなり、そのため、スパッタ
粒子が指向性フィルタを通過する前は勿論の他、その通
過時や通過後においてもガスの分子と衝突するのを防ぎ
得る。特に指向性フィルタによって揃えられたスパッタ
粒子が、スパッタガス圧の分子と衝突するのを防止し得
る。即ち、指向性フィルタを通過したスパッタ粒子は、
スパッタガスの分子によって散乱されることが殆どない
ので、スパッタガス圧が高い場合に比較すると、スパッ
タ粒子の直進性が確実に向上でき、ターゲットから成膜
対象基板まで直線的に飛翔する成分が多くなり、しかも
指向性フィルタに付着する成分を低減することができ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図１０によ
り説明する。図１乃至図４は本発明によるスパッタ成膜
装置の第一の実施例を示す。図１及び図２に示す実施例
のスパッタ成膜装置は、スパッタ電極１１と、該スパッ
タ電極１１によってスパッタリングされるターゲット１
５と、成膜対象基板として例えば６４ＤｂＲＡＭなどか
らなるシリコンウエハ１３と、該シリコンウエハ１３及
びターゲット１５間に設置され、スパッタ粒子に指向性
を付与する指向性フィルタ１２とを有し、これらがスパ
ッタチェンバ１内の所定位置に配置されている。また、
スパッタチェンバ１には排気ポート１６が接続されると
共にガス導入ポート１７が接続され、スパッタリングに
際し、図示しない真空排気手段により排気ポート１６を
介しスパッタチェンバ１内を高真空引き（約１０^-7Ｔｏ
ｒｒ以下）した後、また図示しないガス供給手段により
ガス導入ポート１７を介しスパッタチェンバ１内にＡｒ
ガスを供給し、該スパッタチェンバ内を所定の圧にする
ようにしている。従って、真空排気手段とガス供給手段
とをも有して構成されている。ターゲット１５はスパッ
タ電極１１の外周側に設置され、タングステンの材質か
らなっている。指向性フィルタ１２はスパッタ粒子の飛
翔方向に沿い約１ｃｍの厚みを有し、またスパッタ粒子
が通過する開口部を約１ｃｍ角の井桁形状に形成されて
いる。

【０００８】ところで、指向性フィルタ１２をウエハ１
３から遠い位置にした場合、スパッタ粒子は指向性フィ
ルタ１２を通過してからウエハ１３に到達するまでの
間、スパッタガスとの衝突確率が増加するので、スパッ
タ粒子の飛程の指向性が低下する。従って、指向性を低
下させないためには、逆にウエハ１３に指向性フィルタ
１２を近づけることがわるが、その際、指向性フィルタ
１２をウエハ１３に近づけ過ぎると、該ウエハに指向性
フィルタ１２による影が形成されることによって膜厚分
布の差が発生する。そのため、膜厚分布の均一性を確保
する上では、指向性フィルタ１２とウエハ１３とターゲ
ット１３との位置関係を考慮することが重要である。本
例では、ターゲット１５とウエハ１３との距離を１０ｃ
ｍとし、また指向性フィルタ１２の位置をウエハ１３か
ら３ｃｍ離して膜厚分布が均一となるようにしている。

【０００９】また、ガス供給手段によるスパッタガス圧
を、プレーナマグネトロンスパッタ電極の場合よりも低
い圧力にすると共に、前記スパッタ電極１１を、その低
いスパッタガス圧で放電可能なものに構成している。即
ち、一般に、プラズマ放電の為のガス圧力が低いほど分
子の平均自由工程が長くなり、スパッタ粒子がターゲッ
ト１５からウエハ１３までの飛行中にガスの分子に衝突
して散乱する確率を低減し得ることから、スパッタ電極
１１の放電可能なガス圧として、１０^-5〜１０^-3Ｔｏｒ
ｒにしている。そして、前記スパッタ電極１１としては
シリンドリカルマグネトロンタイプのものからなってお
り、プレーナマグネトロンスパッタ電極より低いＡｒガ
ス圧で確実に放電し得る。

【００１０】このようなスパッタ成膜装置は、スパッタ
チェンバ１内を真空排気手段によって高真空引きされた
後、ガス供給手段により所定圧のＡｒガスをスパッタチ
ェンバ１内に導入し、その雰囲気中でスパッタ電極に直
流電源を投入することによってスパッタリングすると、
ターゲット１５からのスパッタ粒子が図１に細線にて示
す矢印の如く飛翔し、その飛翔したスパッタ粒子が指向
性フィルタ１２に衝突して付着する一方、指向性フィル
タ１２を通過した他のスパッタ粒子が同図に示す如くウ
エハ１３に付着し、成膜することとなる。この場合、ス
パッタ粒子は指向性フィルタ１２を通過する前，その通
過時、さらに通過後においてガスの分子と衝突すること
によってその飛翔方向が図１１に細線にて示す如く散乱
し、成膜速度が著しく低下するおそれがある。しかし実
施例では、上述の如く、Ａｒガス圧を例えば通常のプレ
ーナマグネトロンスパッタ電極のときに比べ低い圧と
し、Ａｒガス圧の分子の平均自由工程が長くなるので、
スパッタ粒子が指向性フィルタ１２を通過する前は勿論
の他、その通過時や通過後においてもガスの分子と衝突
するのを防ぎ得、特に指向性フィルタ１２によって揃え
られたスパッタ粒子が、Ａｒガス圧の分子と衝突するの
を防止し得る。即ち、指向性フィルタ１２を通過したス
パッタ粒子は、Ａｒガスの分子によって散乱されること
が殆どないので、スパッタガス圧が高い場合に比較する
と、スパッタ粒子の直進性が確実に向上でき、ターゲッ
ト１５からウエハ１３まで直線的に飛翔する成分が多く
なり、しかも指向性フィルタ１２に付着する成分を低減
することができる。なお、実際には、スパッタ粒子同士
の衝突があり、この衝突によってもスパッタ粒子の飛翔
方向が散乱するが、このスパッタ粒子同士の散乱作用は
Ａｒガス圧の大小に関わらず存在するので、その場合を
考慮しないものとする。因みに、Ａｒガス圧を、従来技
術のプレーナマグネトロンスパッタ電極の場合（約２ｍ
Ｔｏｒｒ）の約１／１０である０．２ｍＴｏｒｒとする
と、Ａｒガス分子の平均自由工程は計算上で１０倍（約
２５ｍｍ→約２５０ｍｍ）となり、かなり長くなること
がわかる。また、指向性フィルタ１２へのスパッタ粒子
の不要な付着を成膜速度で比較した結果を下記表１に示
す。

【００１１】

【表１】

【００１２】上記表１によれば、スパッタ電極１１でＡ
ｒガス圧力２ｍＴｏｒｒでスパッタすると、指向性フィ
ルタ１２がない場合、スパッタ電極３ｋＷで２００ｎｍ
／分であり、指向性フィルタ１２をターゲット１５とウ
エハ１３との間に設置した場合、２０ｎｍ／分となり、
フィルタ無しに比較すると１／１０となることがわか
る。これに対し、Ａｒガス圧を０．２ｍＴｏｒｒに下げ
ると、指向性フィルタ１２がない場合には同一投入電力
で成膜速度が２０ｎｍ／分となり、Ａｒガス圧が２ｍＴ
ｏｒｒの場合と同一結果であったが、フィルタ１２を設
置しても５０ｎｍ／分となり、フィルタ無しに比較する
と１／４であって２．５倍速い成膜速度を実現できたこ
とがわかる。従って、Ａｒガス圧が２ｍＴｏｒｒ，０．
２ｍＴｏｒｒの場合で夫々９／１０，３／４の割合で指
向性フィルタ１２に付着するので、該フィルタ１２に付
着するスパッタ粒子の割合の比は、（３／４）／（９／
１０）となる。そしてさらに、Ａｒガス圧を１／１０に
低減できることで成膜速度が２．５倍向上できることと
なり、フィルタに付着する時間内に処理できるウエハ枚
数が２．５倍となる。従って、一枚のウエハに成膜する
膜厚を一定とすると、ウエハ一枚当たりにヨウする時間
が１／２となるので、ウエハを一枚処理したときにフィ
ルタに付着する割合の比は、（３／４）／（９／１０）
／２．５＝１／３となる。換言すれば、ウエハの処理枚
数が同一のとき、フィルタのメンテナンス間隔を３倍に
延長することとなる。

【００１３】ここで、図３にウエハ処理枚数に対する異
物密度の推移を示す。同図において、符号４１，４２は
Ａｒガス圧が夫々２ｍＴｏｒｒ，０．２ｍＴｏｒｒの場
合を表し、縦軸は異物密度の許容限界値（４３）を１と
した場合の任意の単位で表している。Ａｒガス圧が２ｍ
Ｔｏｒｒの場合、５００枚のウエハを処理した辺りで許
容限界値を上回る異物密度となっているのに対し、Ａｒ
ガス圧が０．２ｍＴｏｒｒの場合には、１０００枚を若
干越えた辺りで許容限界値に達する異物密度となってい
る。従って、ウエハの処理枚数は略２倍となることがわ
かる。なお、メンテナンス間隔が３倍に延びると計算し
たが、処理枚数が３倍に向上しない理由として、指向性
フィルタ１２以外の部位（例えばウエハホルダ１８等）
から発生している異物については、スパッタ粒子の直進
性の向上によっても改善されないためであることに起因
する。しかしながら、図３の結果から明らかなように、
０．２ｍＴｏｒｒのような低圧のＡｒガス圧でも放電し
得るスパッタ電極１１を用いれば、指向性フィルタ１２
のメンテナンス間隔を確実に延ばすことができる。

【００１４】図４は同一形状のスルーホールにおいてＡ
ｒガス圧を変化させた場合について示したものである。
図４から、Ａｒガス圧が２ｍＴｏｒｒの場合、指向性フ
ィルタ１２を用いないと、同図（ａ）に示すように、ス
ルーホールの上端部に大きなオーバーハング形状が形成
され、このオーバーハング形状によってスルーホールの
開口面積が小さくなるので、スルーホール底部への成膜
量が殆どないことがわかる。また図４（ｂ）では、同図
（ａ）の場合と同一のガス圧であってかつ指向性フィル
タ１２を用いた場合であり、オーバーハング形状が若干
形成されることがわかる。図４（ｃ）では、Ａｒガス圧
が０．２ｍＴｏｒｒであってかつ指向性フィルタ１２を
用いた場合であり、オーバーハング形状が殆ど発生しな
いことがわかる。スルーホール以外の平坦な部分でのい
わゆる一般的な成膜膜厚に対するスルーホール底部での
最低の膜厚の割合を付き廻り性と呼ぶ、この付き廻り性
は、図４（ａ）の如くＡｒガス厚が２ｍＴｏｒｒでかつ
フィルタ未使用の場合では、０．０５となり、同図
（ｂ）の如く同じガス圧でかつフィルタ使用時の場合で
は、０．３となり、同図（ｃ）の如く０．２ｍＴｏｒｒ
でかつフィルタ使用時の場合では、０．５となり、高い
値の方が良好な成膜膜厚を得られる。

【００１５】図５乃至図８は本発明によるスパッタ成膜
装置の他の例を夫々示している。図５に示す実施例にお
いては、前記第一の実施例と基本的には同様の構成であ
り、前記第一の実施例と異なるのはスパッタ電極５１の
形状が異なる点にある。即ち、図５に示すスパッタ電極
５１は、成膜対象基板であるウエハ１３と対向する平面
５１′を有する長丸形状（略楕円）に形成されている。
従って、その外周側に設けられるターゲット５２もスパ
ッタ電極５１に対応し、長丸形状としている。一般に、
第一の実施例のスパッタ電極１１のように真円の形状で
あっても、ターゲット及びウエハ間を好適な距離に設定
すればウエハの均一性が得られる。しかしながら、上述
の如く、スパッタ電極５１，ターゲット５２双方のウエ
ハ１３と対向する平面５１′をもち、しかもその平面部
分の面積を大きくすると、ウエハ１３に対しそれだけス
パッタ粒子の飛翔性が良好となり、しかもよりターゲッ
ト５２及びウエハ１３間の距離をより短くしても膜厚分
布の均一性を得ることができる。因みに、直径６インチ
のウエハを用い、ターゲット及びウエハ間の距離と、そ
の距離に応じた成膜速度の比較を表２に示す。

【００１６】

【表２】

【００１７】上記表２によれば、膜厚分布の許容範囲を
±５％とした場合、ターゲット／ウエハ間の距離は、第
一の実施例のような真円形状のターゲット電極１１では
１０ｃｍであるのに対し、本例のような長丸形状のター
ゲット電極５１では６ｃｍであった。また第一の実施例
の場合と同一の投入電力（３ｋＷ）での成膜速度は、距
離が短くなった分だけ、夫々５０ｎｍ／分，１１０ｎｍ
／分と向上できた。

【００１８】図６に示す実施例は、ウエハ内の膜厚分布
の均一性を向上させるためのものである。即ち、その一
として、スパッタ電極の磁界を発生させるための磁石５
１ａ，５１ｂを軸方向（ウエハ１３と対向する面）に沿
って複数設け、これらの磁力によって発生するプラズマ
１９をスパッタ電極５１の外周方向に拡大させることに
より、スパッタ粒子の飛び出し面積を大きくさせるよう
にしている。またその二として、図示していないが、上
記磁石５１ａ，５１ｂを移動させる手段を設け、該移動
手段によって磁石５１ａ，５１ｂを矢印７１に示す如
く、スパッタ電極５１の軸方向に移動させるようにして
いる。さらにその三として、ウエハ１３を搭載したウエ
ハホルダ１８に駆動手段を連結し、該駆動手段によって
ウエハホルダ１８及びウエハ１３を、図示矢印７２に示
す如くスパッタ電極５１の軸方向に沿って移動させ、或
いは図示矢印７３に示す如くスパッタ電極５１の軸方向
と平行な面上で軸周りに回転させるようにしている。上
記一〜三においては、少なくとも何れか一方を採用すれ
ば、ウエハ１３上に形成される成膜の膜厚を均一にする
ことができる。そして、上記一〜三の他、指向性フィル
タ１２を図示しない手段によって矢印７４の如く往復移
動させ、或いは図示しない手段によって矢印７５の如く
回転させると、ウエハ１３上で指向性フィルタ１２によ
って影となる部分の膜厚が不均一になるのを解消するこ
とができる。なお、図６に示す実施例において、磁場の
発生手段としては永久磁石や電磁石コイルを用いても何
等問題はない。

【００１９】図７に示す実施例では、磁界発生用の磁石
５１ａ，５１ｂをウエハ１３から遠ざかるようにずらし
ている。即ち、磁石５１ａ，５１ｂは、連結棒８１によ
りスパッタ電極５１の軸方向に沿って繋げられ、しかも
スパッタ電極５１において、ターゲット５２のウエハ１
３と対向する面との間の距離８５が、ターゲット５２の
ウエハ１３と反対側（対向しない面）との間の距離８６
より大きくなるように配置する。そして、磁界によって
ターゲット５２上には図示の如く、ウエハ１３と対向す
る側にプラズマ８２が発生すると共に、ウエハ１３と反
対側にプラズマ８３が発生するが、距離８５と距離８６
の大小関係により、プラズマ８２側のインピーダンスが
プラズマ８３側のそれよりも高くなり、結果的にウエハ
１３に面した側の成膜速度が、ウエハ１３に面しない側
のそれより大きくなるようにしている。従って、ターゲ
ット５２のウエハ１３に対向した部分を有効に活用する
ことができる。

【００２０】図８に示す実施例では、スパッタ電極５１
を楕円（或いは長丸）形状に形成すると共に、そのスパ
ッタ電極５１に対応する形状にターゲット５２も形成す
ることにより、ターゲット５２に二つの平面部５２′，
５２′を設ける。そして、二つの平面部５２′，５２′
と対向するよう二組のウエハ１３，１３′及び指向性フ
ィルタ１２，１２′を配置する。これにより、二組のウ
エハ１３，１３′に同時に成膜できるので、ターゲット
５２の利用効率を上げることができる。この場合、ター
ゲット５２がスパッタ電極５１に対応して平面部５２′
を有するので、図５に示す実施例と略同様に成膜膜厚の
均一性も向上できる。なお、このような二組のウエハ１
３，１３′及び指向性フィルタ１２，１２′を有する構
造では、スパッタ電極，ターゲットが真円の形状の場
合、その周囲四方向にウエハ及び指向性フィルタを夫々
配置して成膜することも可能となる。

【００２１】図９は本発明による複数層成膜方法を実施
するための複数層成膜装置の一実施例を示している。こ
の複数層成膜装置の実施例は、成膜対象基板としてのウ
エハの供給室１０８，その取出し室１０７を設けた給排
室１０１と、ウエハを成膜に必要なクリーニングする前
処理室１０２と、クリーニングされたウエハにスパッタ
リングによって下地膜を成膜するスパッタ室１０３と、
下地膜が形成されたウエハにＣＶＤ膜を形成するＣＶＤ
室１０４と、これら給排室１０１，前処理室１０２，ス
パッタ室１０３，ＣＶＤ室１０４と互いに連絡し、かつ
ウエハを各々の室１０１〜１０４に搬送する搬送ロボッ
ト１０６を有する搬送室１０５と、これら各室１０１〜
１０５を真空排気する真空手段（図示せず）とを備えて
構成されている。前記スパッタ室１０３には、ウエハホ
ルダ１８に搭載されたウエハ１３，指向性フィルタ１
２，スパッタ電極５１，ターゲット５２等からなるスパ
ッタ成膜装置が内蔵され、スパッタリング時、スパッタ
ガスとしてのＡｒガス圧が１０^-5〜１０^-3のような低圧
にされると共に、その低圧の雰囲気中でスパッタ電極５
１によってスパッタリングし得るように構成されてい
る。このスパッタ成膜装置は図示例に限らず、図１に示
す実施例のもの、図５乃至図８に示す実施例のものであ
ってもよい。そして、給排室１０１の供給室１０８にウ
エハ１３が供給されると、該ウエハ１３を搬送ロボット
１０６により搬送室１０５を介し前処理室１０２に搬送
し、該前処理室１０２にて所定のクリーニングが終了す
ると、搬送ロボット１０６によりウエハ１３を前処理室
１０２からスパッタ室１０３に搬送し、該スパッタ室１
０３においてウエハ１３に、主配線膜の下地膜として例
えばタングステンを所定の膜厚（約１００ｎｍ）で形成
する。その後、搬送ロボット１０６によりウエハ１３を
スパッタ室１０３からＣＶＤ室１０４に搬送し、そこで
ウエハ１３に主配線膜となるタングステン膜を所定の膜
厚（約４００ｎｍ）で形成し、しかる後、そのウエハ１
３を搬送ロボット１０６により給排室１０１に戻すこと
により、成膜されたウエハ１３を取り出す。以下、上述
の動作を繰り返し実行することにより、ウエハ１３の成
膜を連続的に行うことができる。スパッタ成膜装置とＣ
ＶＤ装置とが独立的に稼働すると、夫々の装置のメンテ
ナンス間隔に応じ装置の台数や工程の管理が個々に必要
となってしまい、そのため、従来技術のスパッタ成膜装
置のようにメンテナンス間隔の短い装置にあっては前述
の如く稼働率が低下する問題があり、しかもメンテナン
ス間隔の短いスパッタ成膜装置をそのままＣＶＤ装置と
組み合わせることができなかった。本実施例では、前述
した実施例の如く、スパッタ成膜装置における指向性フ
ィルタ１２のメンテナンス間隔を延長させることができ
るので、上述の如くスパッタ成膜装置とＣＶＤ装置とを
組み合わせることができ、これにより、主配線膜を連続
的に形成できる。また、スパッタ成膜装置によって下地
膜の付き廻り性を向上できるので（図４参照）、その上
に形成するＣＶＤ膜の成膜プロセスを容易なものとする
ことができる。上記下地膜は、ＣＶＤ膜と下層物質との
接着としての機能を果たすのに加え、ＣＶＤ膜形成の際
に、ＣＶＤガスが下地膜の下層の物質を侵食することで
起きる電流リーク不良を解消する機能も果たす。上記付
き廻り性を向上できることにより、その侵食反応を阻止
するバリア膜としての特性を向上させることができ、引
いては歩留まり向上も実現し得る。さらに、従来のよう
に下地膜の形成とＣＶＤ膜の形成とを夫々独立した装置
で行うと、ウエハを両装置間で移送する際に大気中に触
れることとなり、そのため、不確定な下地膜に不確定な
厚みの自然酸化膜が形成されてしまう。該自然酸化膜
は、ＣＶＤ反応の核形成の誘導時間の遅延を引き起こす
ものであり、その酸化膜厚のばらつきが最終的に形成さ
れるＣＶＤ膜厚のばらつきを大きくする。本実施例では
上述の如く、スパッタ室１０３とＣＶＤ室１０４とが真
空状態に保たれ、搬送ロボット１０６によりウエハを両
室内間で搬送できるので、下地膜形成後に生成される自
然酸化膜の膜厚を極めて薄いものに抑制でき、これによ
り安定したかつ良質の成膜を実現し得る。

【００２２】図１０は本発明による複数層成膜方法を実
施するための複数層成膜装置の他の実施例を示す。この
実施例において前記図９に示す実施例と異なるのは、指
向性フィルタのメンテナンス時期を検出する検出手段
と、該検出手段が検出した時点で、指向性フィルタを交
換する交換機構とを設けた点にある。即ち、前記検出手
段は、ターゲット５２に流れる電流を計測し、その電流
に基づいて電圧を検出するセンサ１１０と、該センサ１
１０の検出の大小に基づき指向性フィルタ１２に付着し
ているスパッタ粒子の大きさを判定する制御部１１１と
からなっている。前記交換機構は詳細に図示していない
が、指向性フィルタ１２を複数取付た回転体１１２と、
該回転体を駆動し、回転体１１２上の所望の指向性フィ
ルタをウエハ１３とターゲット５２間に位置決めする駆
動体１１３とからなっている。そして、制御部１１１は
センサ１１０の検出に基づき、今現在使用している指向
性フィルタ１２に対するスパッタ粒子の量が基準値を越
えたと判定すると、交換機構の駆動体１１３を介し回転
体１１２を駆動することにより、使用している指向性フ
ィルタ１２をウエハ１３，ターゲット５２間から待避さ
せると共に、使用していない清浄状態の指向性フィルタ
をウエハ１３，ターゲット５２間に位置決めさせるよう
にしている。そして、待避した指向性フィルタは取り外
されて清掃されることにより、予備の指向性フィルタと
して回転体１１２に装着されることとなる。これは、指
向性フィルタ１２に付着したスパッタ粒子量が多くなる
と、ターゲット５２を流れる電流が変化することに着目
したものである。従って、この実施例によれば、使用し
ている指向性フィルタ１２がメンテナンス時期に達する
と、これを待避させて別の清浄な指向性フィルタを位置
決めするので、指向性フィルタの交換時期のみならずそ
の交換も自動化できるので、メンテナンス時期をいちい
ち管理する必要もない。しかも、回転体１１２，駆動体
１１３からなる交換機構がスパッタ室１０３内に設置さ
れているので、指向性フィルタの交換を真空状態を維持
したままで行えるので、下地膜に悪影響を及ぼすほどの
厚みの自然酸化膜が形成されるおそれもない。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１及
び２によれば、スパッタガス圧をプレーナマグネトロン
スパッタ電極のときより低い圧にし、該ガス圧の分子の
平均自由工程が長くなるように構成したので、スパッタ
粒子が指向性フィルタを通過する前は勿論の他、その通
過時や通過後においてもガスの分子と衝突するのを防ぎ
得る結果、スパッタガス圧が高い場合に比較すると、ス
パッタ粒子の直進性が確実に向上でき、ターゲットから
成膜対象基板まで直線的に飛翔する成分が多くなり、し
かも指向性フィルタに付着する成分を低減することがで
きる効果があり、特に、請求項２によれば、スパッタ電
極をシリンドリカルマグネトロンスパッタ電極で構成し
たので、低圧のスパッタガスでも確実に放電させること
ができると云う効果もある。また請求項３〜５によれ
ば、成膜対象基板に形成される成膜膜厚の均一性を向上
することができる効果がある。そして、請求項６によれ
ば、スパッタ成膜装置とＣＶＤ装置とを容易に組み合わ
せることができるので、効率的な成膜を実現することが
でき、しかも自然酸化物の発生を極力抑制できるので、
品質の良好なかつ信頼性の高い成膜を得ることができる
効果がある。請求項７及び８によれば、請求項６の方法
を的確に実施し得ると云う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスパッタ成膜装置の第一の実施例
を示す説明用平面図。

【図２】同じくスパッタ成膜装置の説明用正面図。

【図３】スパッタガス圧の大きさに応じたウエハ処理枚
数と異物検出度との関係を示す説明図。

【図４】スパッタガス圧の大きさと指向性フィルタの有
無とに応じたスルーホールの付き廻り性を示す説明図。

【図５】本発明によるスパッタ成膜装置の第二の実施例
を示す説明用平面図。

【図６】本発明によるスパッタ成膜装置の第三の実施例
を示す説明用正面図。

【図７】本発明によるスパッタ成膜装置の第四の実施例
を示す説明用正面図。

【図８】本発明によるスパッタ成膜装置の他の実施例を
示す説明用平面図。

【図９】本発明による複数層成膜方法を実施するための
複数層成膜装置の一実施例を示す概略図。

【図１０】同じく複数層成膜装置の他の実施例を示す概
略図。

【図１１】従来技術のスパッタ成膜装置の一構成例を示
す正面図。

【図１２】従来技術のスパッタ成膜装置によって形成さ
れたタングステン配線膜を示す説明用拡大図。

【符号の説明】

１１，５１…スパッタ電極、１２…指向性フィルタ、１
３…成膜対象基板としてのウエハ、１０１…給排室、１
０２…前処理室、１０３…スパッタ室、１０４…ＣＶＤ
室、１０５…搬送室、１０６…搬送ロボット、１１０，
１１１…検出手段、１１２…交換機構の回転体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極，ターゲット，成膜対象基板，指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、１×１０^-5〜１０^-3
Ｔｏｒｒにすると共に、前記スパッタ電極がそのガス圧
の範囲内で放電し得ることを特徴とするスパッタ成膜装
置。
【請求項２】スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極，ターゲット，成膜対象基板，指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、１×１０^-5〜１０^-3
Ｔｏｒｒにすると共に、前記スパッタ電極を、そのガス
圧の範囲内で放電し得るシリンドリカルマグネトロンス
パッタ電極で構成したことを特徴とするスパッタ成膜装
置。
【請求項３】スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極，ターゲット，成膜対象基板，指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、１×１０^-5〜１０
^−３Ｔｏｒｒにし、かつ前記スパッタ電極を、そのガス
圧の範囲内で放電し得るシリンドリカルマグネトロンス
パッタ電極で構成すると共に、成膜対象基板と対向する
平面を有する長丸形状に形成し、前記ターゲットをスパ
ッタ電極の長丸形状に対応する形状に形成したことを特
徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項４】スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極，ターゲット，成膜対象基板，指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段と、少なくと
もスパッタ電極の磁場発生手段をスパッタ電極の軸線に
沿って移動する手段，成膜対象基板をスパッタ電極の軸
線に沿って移動手段，成膜対象基板をスパッタ電極の軸
線に沿う平面上で回転させる回転手段，指向性フィルタ
をスパッタ電極の軸線に沿って移動する手段，指向性フ
ィルタをスパッタ電極の軸線に沿う平面上で回転させる
回転手段の何れか一方の手段とを有し、前記スパッタチ
ャンバ内のガス圧を、１×１０^−５〜１０^-3Ｔｏｒｒに
すると共に、前記スパッタ電極を、そのガス圧の範囲内
で放電し得るシリンドリカルマグネトロンスパッタ電極
で構成することを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項５】スパッタ電極と、該スパッタ電極によっ
てスパッタ粒子が飛翔されるターゲットと、ターゲット
と対向する位置に設置され、所望位置にスパッタ粒子を
付着して成膜する成膜対象基板と、ターゲットと成膜対
象基板間に設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に
指向性を付与する指向性フィルタと、それらスパッタ電
極，ターゲット，成膜対象基板，指向性フィルタを夫々
収容するスパッタチャンバと、該スパッタチャンバ内を
所定のスパッタガス圧に保つガス導入手段とを有し、前
記スパッタチャンバ内のガス圧を、１×１０^-5〜１０^-3
Ｔｏｒｒにし、かつ前記スパッタ電極を、そのガス圧の
範囲内で放電し得るシリンドリカルマグネトロンスパッ
タ電極で構成すると共に、成膜対象基板と対向する平面
を有する長丸形状に形成し、前記ターゲットをスパッタ
電極の長丸形状に対応する形状に形成し、前記スパッタ
電極の磁場発生手段の軸線をスパッタ電極内においてウ
エハから遠ざかる位置に配置していることを特徴とする
スパッタ成膜装置。
【請求項６】真空引きされたスパッタ室内の成膜対象
基板に、１×１０^-5〜１０^-3Ｔｏｒｒのスパッタガス圧
の雰囲気中でスパッタリングにより下地膜を形成し、次
いでその成膜対象基板をスパッタ室内からＣＶＤ室に真
空状態を維持したままで搬送し、その後、ＣＶＤ室内の
成膜対象基板の下地膜の上にＣＶＤ膜を形成することを
特徴とする複数層成膜方法。
【請求項７】成膜対象基板の給排室と、成膜対象基板
をクリーニングする前処理室と、クリーニングされた成
膜対象基板に下地膜を成膜するスパッタ成膜装置を内蔵
したスパッタ室と、下地膜が形成された成膜対象基板に
ＣＶＤ膜を形成するＣＶＤ装置を内蔵したＣＶＤ室と、
これら給排室，前処理室，スパッタ室，ＣＶＤ室と互い
に連絡し、かつ成膜対象基板を前記各室に搬送する搬送
手段を有する搬送室と、これら各室を真空排気する真空
手段（図示せず）とを備え、前記スパッタ成膜装置は、
スパッタ電極と、該スパッタ電極によってスパッタ粒子
が飛翔されるターゲットと、ターゲットと対向する位置
に設置され、所望位置にスパッタ粒子を付着して成膜す
る前記成膜対象基板と、ターゲットと成膜対象基板間に
設置され、ターゲットからのスパッタ粒子に指向性を付
与する指向性フィルタと、スパッタ室内を所定のスパッ
タガス圧に保つガス導入手段とを有し、前記スパッタチ
ャンバ内のガス圧を、１×１０^-5〜１０^-3Ｔｏｒｒにす
ると共に、前記スパッタ電極がそのガス圧の範囲内で放
電し得ることを特徴とする複数層成膜装置。
【請求項８】指向性フィルタに付着したスパッタ粒子
量の大小に基づき、該指向性フィルタのメンテナンス時
期を検出する検出手段と、該検出手段が検出した時点
で、指向性フィルタを交換する交換機構とを有すること
を特徴とする請求項７に記載の複数層成膜装置。