JPH0860355A - 処理装置 - Google Patents
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- JPH0860355A JPH0860355A JP6222451A JP22245194A JPH0860355A JP H0860355 A JPH0860355 A JP H0860355A JP 6222451 A JP6222451 A JP 6222451A JP 22245194 A JP22245194 A JP 22245194A JP H0860355 A JPH0860355 A JP H0860355A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ハードを変更することなく膜厚の面内均一化
を図ることが可能なスパッタ装置を提供する。 【構成】 本発明に基づいて構成されたスパッタ装置
（１）は、コリメータ（５）を他の機器から電気的に絶
縁（１４）し、必要な場合には、そのコリメータの電位
を可変直流電源（１６）により可変制御可能に構成され
ている。かかる構成により、永久磁石などのハードの配
置および／または形状を変更することなく、プロセスに
かかわらず、またターゲットの初期および終期にかかわ
らず、コリメータに印加する電圧を制御するだけで、成
膜される膜厚の面内均一化を図ることが可能となる。
を図ることが可能なスパッタ装置を提供する。 【構成】 本発明に基づいて構成されたスパッタ装置
（１）は、コリメータ（５）を他の機器から電気的に絶
縁（１４）し、必要な場合には、そのコリメータの電位
を可変直流電源（１６）により可変制御可能に構成され
ている。かかる構成により、永久磁石などのハードの配
置および／または形状を変更することなく、プロセスに
かかわらず、またターゲットの初期および終期にかかわ
らず、コリメータに印加する電圧を制御するだけで、成
膜される膜厚の面内均一化を図ることが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は処理装置に係り、特に被
処理体にスパッタリング粒子を被着させるスパッタ装置
に関する。
処理体にスパッタリング粒子を被着させるスパッタ装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体製造工程においては、
半導体ウェハなどの被処理体に対して電極を形成したり
配線を行うために、所定の減圧雰囲気に置かれた処理室
内に被処理体と所望の成膜材料から成るターゲットとを
対向配置し、ターゲットからスパッタされたスパッタリ
ング粒子を被処理体に被着させるスパッタ装置が使用さ
れている。
半導体ウェハなどの被処理体に対して電極を形成したり
配線を行うために、所定の減圧雰囲気に置かれた処理室
内に被処理体と所望の成膜材料から成るターゲットとを
対向配置し、ターゲットからスパッタされたスパッタリ
ング粒子を被処理体に被着させるスパッタ装置が使用さ
れている。
【０００３】ところで、半導体デバイスの高集積化に伴
い、半導体製造工程においても、より微細な加工を正確
に行う技術の確立が求められており、たとえばスパッタ
装置を用いた内部配線形成プロセスにおいても、径が小
さくかつ深さの深い、すなわちアスペクト比の大きなコ
ンタクトホールをスパッタリング粒子により埋め込む必
要が生じている。しかしながら、スパッタリング・プロ
セスは、一般にステップカバレージ特性が低いため、開
口部のアスペクト比が大きくなるに従い、開口部の底部
における断線不良が発生しやすく、問題となっていた。
い、半導体製造工程においても、より微細な加工を正確
に行う技術の確立が求められており、たとえばスパッタ
装置を用いた内部配線形成プロセスにおいても、径が小
さくかつ深さの深い、すなわちアスペクト比の大きなコ
ンタクトホールをスパッタリング粒子により埋め込む必
要が生じている。しかしながら、スパッタリング・プロ
セスは、一般にステップカバレージ特性が低いため、開
口部のアスペクト比が大きくなるに従い、開口部の底部
における断線不良が発生しやすく、問題となっていた。
【０００４】そこで、最近では、図８または図９に示す
ように、スチールなどの金属板あるいは、セラミックス
などの絶縁板に対して複数の円形またはハニカム状の貫
通孔を穿設して成るコリメータを、ターゲットと被処理
体との間に設置し、ターゲットよりｃｏｓθ曲線を描き
ながら放射されるスパッタリング粒子の放射方向をコリ
メータにより規制し、被処理体の処理面に対して略垂直
に入射する成分のみを選択することにより、ステップカ
バレージを改善させるスパッタ装置が用いられている。
このようなコリメータを使用することにより、たとえば
６４ＭＤＲＡＭ製造時に必要とされるアスペクト比≦
３．０以上のコンタクトホールでは、コリメータを使用
することにより、ステップカバレージを通常のスパッタ
リングの約３倍程度にまで向上させることができる。
ように、スチールなどの金属板あるいは、セラミックス
などの絶縁板に対して複数の円形またはハニカム状の貫
通孔を穿設して成るコリメータを、ターゲットと被処理
体との間に設置し、ターゲットよりｃｏｓθ曲線を描き
ながら放射されるスパッタリング粒子の放射方向をコリ
メータにより規制し、被処理体の処理面に対して略垂直
に入射する成分のみを選択することにより、ステップカ
バレージを改善させるスパッタ装置が用いられている。
このようなコリメータを使用することにより、たとえば
６４ＭＤＲＡＭ製造時に必要とされるアスペクト比≦
３．０以上のコンタクトホールでは、コリメータを使用
することにより、ステップカバレージを通常のスパッタ
リングの約３倍程度にまで向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スパッタ装置では、図３に示されるように、−４００〜
−７００Ｖ程度の直流電圧が印加される陰極３および／
またはターゲット４に対して、コリメータ５および／ま
たはシールド１７をグランド電位に落とすことにより、
上記ターゲット４からスパッタされたスパッタ粒子をコ
リメータ５方向、すなわち被処理体Ｗ方向に方向付けて
いた。しかしながら、かかる構成のみによっては、たと
えば図３および図６ａに示すように、膜厚のばらつきが
生じ、たとえば中央部の膜厚が周辺部の膜厚に比較して
厚くなり、被処理体の面内で膜厚を均一にすることがで
きなかった。
スパッタ装置では、図３に示されるように、−４００〜
−７００Ｖ程度の直流電圧が印加される陰極３および／
またはターゲット４に対して、コリメータ５および／ま
たはシールド１７をグランド電位に落とすことにより、
上記ターゲット４からスパッタされたスパッタ粒子をコ
リメータ５方向、すなわち被処理体Ｗ方向に方向付けて
いた。しかしながら、かかる構成のみによっては、たと
えば図３および図６ａに示すように、膜厚のばらつきが
生じ、たとえば中央部の膜厚が周辺部の膜厚に比較して
厚くなり、被処理体の面内で膜厚を均一にすることがで
きなかった。
【０００６】そこで、上記陰極３および／またはターゲ
ット４の裏面に永久磁石９などのマグネットを配置し、
そのマグネットの配置および／または形状を調整するこ
とにより膜厚の面内均一を図っていた。しかしながら、
最適なマグネットの配置および／または形状はプロセス
ごとに異なるので、マグネットにより膜厚の面内均一化
を図る場合には、各プロセスごとに最適なマグネットの
配置および／または形状を実験または計算により求め、
設計を行い、製造し、セッティングする必要があるた
め、非常に煩雑な作業となり、したがって時間的人的労
力を消費するため、生産ラインでは実質上実施が不可能
であった。
ット４の裏面に永久磁石９などのマグネットを配置し、
そのマグネットの配置および／または形状を調整するこ
とにより膜厚の面内均一を図っていた。しかしながら、
最適なマグネットの配置および／または形状はプロセス
ごとに異なるので、マグネットにより膜厚の面内均一化
を図る場合には、各プロセスごとに最適なマグネットの
配置および／または形状を実験または計算により求め、
設計を行い、製造し、セッティングする必要があるた
め、非常に煩雑な作業となり、したがって時間的人的労
力を消費するため、生産ラインでは実質上実施が不可能
であった。
【０００７】また同じプロセスであっても、ターゲット
の初期と終期では、膜厚の均一性が大きく変化すること
が知られているが、上記のようなマグネットにより膜厚
の面内均一を図る方式では、そのばらつきを調整するこ
とはできなかった。
の初期と終期では、膜厚の均一性が大きく変化すること
が知られているが、上記のようなマグネットにより膜厚
の面内均一を図る方式では、そのばらつきを調整するこ
とはできなかった。
【０００８】本発明は上記のような従来のスパッタ装置
の抱える問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、プロセスごとにハードウェハの設計を
変更したり、ハードウェアを交換したりせずとも、より
簡便に膜厚の面内均一化を図ることが可能な、新規かつ
改良されたスパッタ装置を提供することである。
の抱える問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、プロセスごとにハードウェハの設計を
変更したり、ハードウェアを交換したりせずとも、より
簡便に膜厚の面内均一化を図ることが可能な、新規かつ
改良されたスパッタ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の、処理室内に被処理体とターゲッ
トとを対向配置し、そのターゲットよりスパッタされた
スパッタリング粒子の飛翔方向をコリメータにより規制
して前記被処理体に被着させる処理装置は、そのコリメ
ータを他の機器から電気的に絶縁したことを特徴として
いる。
に、請求項１に記載の、処理室内に被処理体とターゲッ
トとを対向配置し、そのターゲットよりスパッタされた
スパッタリング粒子の飛翔方向をコリメータにより規制
して前記被処理体に被着させる処理装置は、そのコリメ
ータを他の機器から電気的に絶縁したことを特徴として
いる。
【００１０】また請求項２に記載の処理装置は、そのコ
リメータを他の機器から電気的に絶縁するとともに、そ
のコリメータの電位を可変制御可能に構成したことを特
徴としている。
リメータを他の機器から電気的に絶縁するとともに、そ
のコリメータの電位を可変制御可能に構成したことを特
徴としている。
【００１１】さらに請求項３に記載の処理装置は、その
コリメータを他の機器から電気的に絶縁するとともに、
そのコリメータを複数のブロックから構成し、それらの
各ブロック同士を互いに電気的に絶縁し、さらに、それ
らの各ブロックの電位をそれぞれ可変制御可能に構成し
たことを特徴としている。
コリメータを他の機器から電気的に絶縁するとともに、
そのコリメータを複数のブロックから構成し、それらの
各ブロック同士を互いに電気的に絶縁し、さらに、それ
らの各ブロックの電位をそれぞれ可変制御可能に構成し
たことを特徴としている。
【００１２】さらにまた請求項４に記載の処理装置は、
そのコリメータを他の機器から電気的に絶縁するととも
に、そのコリメータを同心円状に配列される複数のブロ
ックから構成し、それらの各ブロック同士を互いに電気
的に絶縁し、さらに、それらの各ブロックの電位をそれ
ぞれ可変制御可能に構成したことを特徴としている。
そのコリメータを他の機器から電気的に絶縁するととも
に、そのコリメータを同心円状に配列される複数のブロ
ックから構成し、それらの各ブロック同士を互いに電気
的に絶縁し、さらに、それらの各ブロックの電位をそれ
ぞれ可変制御可能に構成したことを特徴としている。
【００１３】なお請求項５に記載のように、本発明は、
特に磁石手段により処理室内の磁界を調整するマグネト
ロン型処理装置に適用することが好ましい。
特に磁石手段により処理室内の磁界を調整するマグネト
ロン型処理装置に適用することが好ましい。
【００１４】
【作用】従来のスパッタ装置では、グランド電位に保持
されるコリメータがターゲットに対して一種の対極とし
て作用するので、被処理体の周辺部よりも中心部の膜厚
が厚くなる傾向があるが、請求項１に記載の処理装置で
は、コリメータが他の機器から電気的に絶縁され、電気
的フローティング状態に置かれるので、対極として作用
しなくなり、スパッタ粒子が中心部に集中することなく
周辺部にも分散し、膜厚の均一化を図ることが可能とな
る。
されるコリメータがターゲットに対して一種の対極とし
て作用するので、被処理体の周辺部よりも中心部の膜厚
が厚くなる傾向があるが、請求項１に記載の処理装置で
は、コリメータが他の機器から電気的に絶縁され、電気
的フローティング状態に置かれるので、対極として作用
しなくなり、スパッタ粒子が中心部に集中することなく
周辺部にも分散し、膜厚の均一化を図ることが可能とな
る。
【００１５】また請求項２に記載の処理装置のように、
電気的フローティング状態に置かれたコリメータの電位
を制御することにより、たとえばターゲットの電位に対
するコリメータの電位をより積極的にバイアスすること
が可能とのなるので、被処理体の膜厚を可変制御するこ
とが可能となる。
電気的フローティング状態に置かれたコリメータの電位
を制御することにより、たとえばターゲットの電位に対
するコリメータの電位をより積極的にバイアスすること
が可能とのなるので、被処理体の膜厚を可変制御するこ
とが可能となる。
【００１６】さらに請求項３に記載の処理装置のよう
に、コリメータを複数のブロックから構成し、各ブロッ
クごとの電位を制御することにより、被処理体の膜厚の
ばらつきをブロック単位制御することが可能となり、被
処理体の膜厚の面内均一化を容易に達成できる。
に、コリメータを複数のブロックから構成し、各ブロッ
クごとの電位を制御することにより、被処理体の膜厚の
ばらつきをブロック単位制御することが可能となり、被
処理体の膜厚の面内均一化を容易に達成できる。
【００１７】たとえば略円板状の半導体ウェハを処理す
る場合には、被処理体の膜厚のばらつきは同心円状に発
生することが知られているため、請求項４に記載のよう
に、コリメータを同心円状に配列されるブロックに分割
し、各ブロックごとの電位を制御することにより、同心
円状に生じる膜厚のばらつきを補償することが可能とな
る。
る場合には、被処理体の膜厚のばらつきは同心円状に発
生することが知られているため、請求項４に記載のよう
に、コリメータを同心円状に配列されるブロックに分割
し、各ブロックごとの電位を制御することにより、同心
円状に生じる膜厚のばらつきを補償することが可能とな
る。
【００１８】そして請求項５に記載のように、磁石手段
により処理室内の磁界を調整して膜厚の均一化を図るマ
グネトロン型処理装置に対して、上記のようなコリメー
タを採用することにより、マグネトロン型処理装置の動
作を補完し、プロセスにかかわらず膜厚の均一化を図る
ことが可能となる。
により処理室内の磁界を調整して膜厚の均一化を図るマ
グネトロン型処理装置に対して、上記のようなコリメー
タを採用することにより、マグネトロン型処理装置の動
作を補完し、プロセスにかかわらず膜厚の均一化を図る
ことが可能となる。
【００１９】
【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成された処理装置を、マグネトロン型スパッタ装
置に応用した一実施例について詳細に説明する。
いて構成された処理装置を、マグネトロン型スパッタ装
置に応用した一実施例について詳細に説明する。
【００２０】図１に示すように、スパッタ装置１は、ス
テンレスやアルミニウムなどから成るバレル状の処理容
器２を備えており、その処理容器２内には、上方から順
次、陰極３、ターゲット４、コリメータ５、陽極６が対
向配置されている。そして陽極６は被処理体Ｗを載置固
定する載置台を兼ねるものであり、その載置面にチャッ
ク７により半導体ウェハなどの被処理体Ｗを固定載置す
ることが可能なように構成されている。
テンレスやアルミニウムなどから成るバレル状の処理容
器２を備えており、その処理容器２内には、上方から順
次、陰極３、ターゲット４、コリメータ５、陽極６が対
向配置されている。そして陽極６は被処理体Ｗを載置固
定する載置台を兼ねるものであり、その載置面にチャッ
ク７により半導体ウェハなどの被処理体Ｗを固定載置す
ることが可能なように構成されている。
【００２１】導電性金属から成る上記陰極３には可変直
流高圧電源８が接続されており、スパッタ処理時には、
たとえば１０〜２０ＫＷの直流電力を印加することによ
り、上記陰極３と上記陽極６との間にグロー放電を生じ
させ、上記陰極３の下面に接合された上記ターゲット４
にイオン粒子を衝突させ、弾かれたスパッタリング粒子
を、上記ターゲット４に対向する位置に載置された被処
理体Ｗの処理面に被着させることが可能である。また、
上記陰極３の上部には回転自在の永久磁石９が設置され
ており、この永久磁石９により、上記陰極３の近傍に直
交電磁界を形成し、二次イオンをトラップして、イオン
化を促進することが可能である。そしてこの永久磁石９
の配置および／または形状を調整することにより、被処
理体の膜厚のばらつきを調整することが可能である。さ
らに、上記陰極３には冷却ジャケット１０が内装されて
おり、冷媒、たとえば冷却水を循環させることにより、
上記陰極３および／または上記ターゲット４の昇温を抑
えることが可能である。
流高圧電源８が接続されており、スパッタ処理時には、
たとえば１０〜２０ＫＷの直流電力を印加することによ
り、上記陰極３と上記陽極６との間にグロー放電を生じ
させ、上記陰極３の下面に接合された上記ターゲット４
にイオン粒子を衝突させ、弾かれたスパッタリング粒子
を、上記ターゲット４に対向する位置に載置された被処
理体Ｗの処理面に被着させることが可能である。また、
上記陰極３の上部には回転自在の永久磁石９が設置され
ており、この永久磁石９により、上記陰極３の近傍に直
交電磁界を形成し、二次イオンをトラップして、イオン
化を促進することが可能である。そしてこの永久磁石９
の配置および／または形状を調整することにより、被処
理体の膜厚のばらつきを調整することが可能である。さ
らに、上記陰極３には冷却ジャケット１０が内装されて
おり、冷媒、たとえば冷却水を循環させることにより、
上記陰極３および／または上記ターゲット４の昇温を抑
えることが可能である。
【００２２】上記処理容器の下方には、ステンレススチ
ールなどの導電性金属から成り陽極も兼ねる載置台６が
設置されている。この載置台６は、略円筒状に構成さ
れ、昇降機構１１により昇降自在であるとともに、ヒー
タなどの加熱装置１２が内装されており、被処理体Ｗを
所望の温度、たとえば２００℃にまで昇温させることが
可能なように構成されている。そして、被処理体の裏面
には、管路１３を介してアルゴンガスなどを供給するこ
とが可能であり、上記加熱装置１２からの伝熱特性を向
上させている。
ールなどの導電性金属から成り陽極も兼ねる載置台６が
設置されている。この載置台６は、略円筒状に構成さ
れ、昇降機構１１により昇降自在であるとともに、ヒー
タなどの加熱装置１２が内装されており、被処理体Ｗを
所望の温度、たとえば２００℃にまで昇温させることが
可能なように構成されている。そして、被処理体の裏面
には、管路１３を介してアルゴンガスなどを供給するこ
とが可能であり、上記加熱装置１２からの伝熱特性を向
上させている。
【００２３】そして上記陰極３／上記ターゲット４と上
記陽極（載置台）６の間には、本発明に基づいて構成さ
れたコリメータ５が設置される。このコリメータは、図
８または図９に示されるように、ステンレスなどの導電
性金属製の円板にハニカム状または円形の断面を有する
多数の小孔を穿設して成り、その周囲にはセラミックス
などの絶縁部材が取り付けられており、上記処理容器２
の内壁やシールド１７などから電気的に絶縁され、プロ
セス時には、電気的フローティング状態に保持すること
が可能なように構成されている。さらに、上記コリメー
タ５は電圧供給リード１５を介して可変直流電源１６に
接続されており、後述するように、被処理体の面内膜厚
を均一化するための所望の電位を上記コリメータ５に印
加することが可能である。
記陽極（載置台）６の間には、本発明に基づいて構成さ
れたコリメータ５が設置される。このコリメータは、図
８または図９に示されるように、ステンレスなどの導電
性金属製の円板にハニカム状または円形の断面を有する
多数の小孔を穿設して成り、その周囲にはセラミックス
などの絶縁部材が取り付けられており、上記処理容器２
の内壁やシールド１７などから電気的に絶縁され、プロ
セス時には、電気的フローティング状態に保持すること
が可能なように構成されている。さらに、上記コリメー
タ５は電圧供給リード１５を介して可変直流電源１６に
接続されており、後述するように、被処理体の面内膜厚
を均一化するための所望の電位を上記コリメータ５に印
加することが可能である。
【００２４】また処理容器２内には、上記陰極３から上
記陽極（載置台）６に至るスパッタリング粒子が飛翔す
る空間を囲むように、たとえばステンレスなどから成る
シールド１７が形成され、上記処理容器２の内壁をスパ
ッタリング粒子から保護している。なおこのシールド１
７は接地によりグランド電位に落とされており、プロセ
ス時には一種の対向電極としても作用するものである。
記陽極（載置台）６に至るスパッタリング粒子が飛翔す
る空間を囲むように、たとえばステンレスなどから成る
シールド１７が形成され、上記処理容器２の内壁をスパ
ッタリング粒子から保護している。なおこのシールド１
７は接地によりグランド電位に落とされており、プロセ
ス時には一種の対向電極としても作用するものである。
【００２５】さらに、上記処理容器２には、ガス源１８
からマスフローコントローラ１９を介して、所望の処理
ガスを供給するための処理ガス導入管２０が接続されて
おり、所定の処理ガス、たとえば第１管路２０ａからア
ルゴンなどの不活性ガスを導入し、第２管路２０ｂから
窒素などの反応性ガスを導入することが可能である。ま
た上記処理容器２の下方には排気口２１が設けられてお
り、図示しない真空ポンプ、たとえばクライオポンプに
より処理容器内を所望の圧力に真空引きすることが可能
なように構成されている。
からマスフローコントローラ１９を介して、所望の処理
ガスを供給するための処理ガス導入管２０が接続されて
おり、所定の処理ガス、たとえば第１管路２０ａからア
ルゴンなどの不活性ガスを導入し、第２管路２０ｂから
窒素などの反応性ガスを導入することが可能である。ま
た上記処理容器２の下方には排気口２１が設けられてお
り、図示しない真空ポンプ、たとえばクライオポンプに
より処理容器内を所望の圧力に真空引きすることが可能
なように構成されている。
【００２６】そして、上記処理容器２の一方の側面に
は、ゲートバルブ２２を介して移載室２３が設置されて
おり、この移載室２３には搬送アーム２４を備えた搬送
機構２５が設置されている。さらに、図２に示すよう
に、移載室２３の周囲には、被処理体に対して、スパッ
タリングやエッチングなどの各種処理を行うための複数
の処理容器２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれゲートバルブ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃを介して接続されており、マル
チチャンバ方式の半導体製造装置を構成している。また
移載室２３の一方の側面には予備真空室２７ａ、２７ｂ
を介して、搬送アーム２８が設けられたローダ／アンロ
ーダ室２９が接続されている。このローダ／アンローダ
室２８には、ローダ口３０およびアンローダ口３１が設
置されており、所定枚数、たとえば２５枚の被処理体が
収容されたウェハカセット３２ａ、３２ｂを搬入搬出す
ることが可能である。
は、ゲートバルブ２２を介して移載室２３が設置されて
おり、この移載室２３には搬送アーム２４を備えた搬送
機構２５が設置されている。さらに、図２に示すよう
に、移載室２３の周囲には、被処理体に対して、スパッ
タリングやエッチングなどの各種処理を行うための複数
の処理容器２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれゲートバルブ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃを介して接続されており、マル
チチャンバ方式の半導体製造装置を構成している。また
移載室２３の一方の側面には予備真空室２７ａ、２７ｂ
を介して、搬送アーム２８が設けられたローダ／アンロ
ーダ室２９が接続されている。このローダ／アンローダ
室２８には、ローダ口３０およびアンローダ口３１が設
置されており、所定枚数、たとえば２５枚の被処理体が
収容されたウェハカセット３２ａ、３２ｂを搬入搬出す
ることが可能である。
【００２７】以上のように本発明の一実施例である直流
マグネトロン型スパッタ装置は構成されている。次に、
本実施例の直流マグネトロン型スパッタ装置が実装され
たマルチチャンバ型半導体製造装置の動作について簡単
に説明する。
マグネトロン型スパッタ装置は構成されている。次に、
本実施例の直流マグネトロン型スパッタ装置が実装され
たマルチチャンバ型半導体製造装置の動作について簡単
に説明する。
【００２８】まず、上記ローダ／アンローダ室２９に設
置された上記カセット３２ａから上記搬送アーム２８に
より、所定の半導体ウェハＷを取り出し、位置決め装置
３３でウェハに形成されたオリフラに基づいて位置決め
を行った後、上記予備真空室２７ａに搬入する。つい
で、上記移載室２３の搬送アーム２４がウェハＷを受け
取り、たとえばエッチング処理容器２ａにウェハＷを搬
入し、たとえば酸化シリコンから成る層間絶縁層に所定
のスルーホールをエッチングする。
置された上記カセット３２ａから上記搬送アーム２８に
より、所定の半導体ウェハＷを取り出し、位置決め装置
３３でウェハに形成されたオリフラに基づいて位置決め
を行った後、上記予備真空室２７ａに搬入する。つい
で、上記移載室２３の搬送アーム２４がウェハＷを受け
取り、たとえばエッチング処理容器２ａにウェハＷを搬
入し、たとえば酸化シリコンから成る層間絶縁層に所定
のスルーホールをエッチングする。
【００２９】エッチング処理が終了した後、上記搬送ア
ーム２４がウェハＷを搬出し、本発明に基づいて構成さ
れたスパッタ用処理容器２ｂ（２）にウェハＷを搬入
し、上記載置台６上に載置し、上記チャック７により固
定する。ついで、上記処理容器２内を、たとえば１０-2
〜１０-3Ｔｏｒｒに真空引きしながら、ガス導入管２０
ａよりアルゴンガスを導入するとともに、ヒータ１２に
より被処理体を所望の温度、たとえば２００℃にまで加
熱した後、上記陰極３にたとえば、１０〜２０ＫＷの直
流高圧電力を印加することにより、上記陰極３と上記陽
極６との間にグロー放電を生じさせることが可能であ
る。このグロー放電により、上記陰極３の下面に接合さ
れたチタンから成るターゲット４にイオン粒子を衝突さ
せ、弾かれたチタン粒子を、上記ターゲット４に対抗す
る位置に載置されたウェハＷの処理面に被着させること
が可能である。また、上記陰極３の上部に設置された永
久磁石９により、上記陰極３の近傍に形成された直交電
磁界により、二次イオンをトラップして、イオン化が促
進される。さらに、上記陰極３に内装された冷却ジャケ
ット１０に、冷媒、たとえば冷却水を循環させることに
より、上記陰極３および／または上記ターゲット４の昇
温が抑制される。
ーム２４がウェハＷを搬出し、本発明に基づいて構成さ
れたスパッタ用処理容器２ｂ（２）にウェハＷを搬入
し、上記載置台６上に載置し、上記チャック７により固
定する。ついで、上記処理容器２内を、たとえば１０-2
〜１０-3Ｔｏｒｒに真空引きしながら、ガス導入管２０
ａよりアルゴンガスを導入するとともに、ヒータ１２に
より被処理体を所望の温度、たとえば２００℃にまで加
熱した後、上記陰極３にたとえば、１０〜２０ＫＷの直
流高圧電力を印加することにより、上記陰極３と上記陽
極６との間にグロー放電を生じさせることが可能であ
る。このグロー放電により、上記陰極３の下面に接合さ
れたチタンから成るターゲット４にイオン粒子を衝突さ
せ、弾かれたチタン粒子を、上記ターゲット４に対抗す
る位置に載置されたウェハＷの処理面に被着させること
が可能である。また、上記陰極３の上部に設置された永
久磁石９により、上記陰極３の近傍に形成された直交電
磁界により、二次イオンをトラップして、イオン化が促
進される。さらに、上記陰極３に内装された冷却ジャケ
ット１０に、冷媒、たとえば冷却水を循環させることに
より、上記陰極３および／または上記ターゲット４の昇
温が抑制される。
【００３０】このようにして、ターゲット４から弾かれ
たチタン粒子は、本発明に基づいて電位が最適化された
コリメータ５を通過する際に、略垂直方向成分のみが選
択されるとともに、略水平面での分布が均一化されて、
ステップカバレージよく、層間絶縁層に形成されたスル
ーホールを所定の厚みだけ均一に埋め、膜厚が面内にお
いて均一なオーミックコンタクト層が形成される。つい
で、このチタン層の上に窒化チタン層をバリア層として
形成するのであるが、その場合には、ガス導入管２０ｂ
より窒素ガスを導入し、ウェハＷの近傍においてチタン
を窒化し、反応スパッタリングにより、膜厚が面内にお
いて均一な窒化チタン層をチタン層の上に被着する。こ
のようにして一連のスパッタリング処理が終了した後、
ウェハＷを再び、上記搬送アーム２４により搬出した
後、ＣＶＤ用処理容器２ｃ内に搬入し、窒化チタン層の
上にＣＶＤ法によりタングステン層を形成することによ
り、スルーホール内にタングステンから成る配線材料が
埋め込まれた接続孔が完成する。
たチタン粒子は、本発明に基づいて電位が最適化された
コリメータ５を通過する際に、略垂直方向成分のみが選
択されるとともに、略水平面での分布が均一化されて、
ステップカバレージよく、層間絶縁層に形成されたスル
ーホールを所定の厚みだけ均一に埋め、膜厚が面内にお
いて均一なオーミックコンタクト層が形成される。つい
で、このチタン層の上に窒化チタン層をバリア層として
形成するのであるが、その場合には、ガス導入管２０ｂ
より窒素ガスを導入し、ウェハＷの近傍においてチタン
を窒化し、反応スパッタリングにより、膜厚が面内にお
いて均一な窒化チタン層をチタン層の上に被着する。こ
のようにして一連のスパッタリング処理が終了した後、
ウェハＷを再び、上記搬送アーム２４により搬出した
後、ＣＶＤ用処理容器２ｃ内に搬入し、窒化チタン層の
上にＣＶＤ法によりタングステン層を形成することによ
り、スルーホール内にタングステンから成る配線材料が
埋め込まれた接続孔が完成する。
【００３１】そして、一連の処理が終了したウェハＷ
は、再び上記移載室２３の上記搬送アーム２４により搬
出され、上記予備真空室２７ｂに戻され、そこで、上記
ローダ／アンローダ室２９の上記搬送アーム２８に受け
渡された後、カセット３２ｂに収容され、アンローダ口
３１を介して装置外に搬出され、一連のプロセスを完了
する。
は、再び上記移載室２３の上記搬送アーム２４により搬
出され、上記予備真空室２７ｂに戻され、そこで、上記
ローダ／アンローダ室２９の上記搬送アーム２８に受け
渡された後、カセット３２ｂに収容され、アンローダ口
３１を介して装置外に搬出され、一連のプロセスを完了
する。
【００３２】次に図３〜図６を参照しながら、本発明に
基づいて構成された処理装置の優れた効果について、従
来の処理装置による処理結果と比較しながら説明する。
なお図３〜図５に示す装置は、図１に示す装置のうち必
要な構成部材のみを概略的に示したものであり、したが
って同様の機能を有する構成部材について、同じ参照番
号を付することにより重複説明を省略することにする。
基づいて構成された処理装置の優れた効果について、従
来の処理装置による処理結果と比較しながら説明する。
なお図３〜図５に示す装置は、図１に示す装置のうち必
要な構成部材のみを概略的に示したものであり、したが
って同様の機能を有する構成部材について、同じ参照番
号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００３３】まず図３の構成においては、コリメータが
他の機器と絶縁されておらず、シールド１７を介して接
地されている状態を、可変直流電圧源１６からコリメー
タ５に±０Ｖの電圧を印加することにより再現してい
る。また図４の構成においては、本発明に基づいて、コ
リメータを他の機器から電気的に絶縁するとともに、コ
リメータに−３０Ｖの電圧を印加して、コリメータがフ
ローティング状態にある状態を再現している。さらに図
５の構成においては、本発明に基づいて、コリメータを
他の機器から電気的に絶縁するとともに、コリメータに
＋１０Ｖの電圧を印加して、コリメータにバイアス電位
を印加した状態を再現している。なお、いずれのプロセ
スの場合にも、陰極３には−４００〜−７００Ｖの直流
電圧を印加しているものとする。そして図６には、図３
〜図５に示すプロセスにおいて成膜した膜厚をシート抵
抗値により測定した結果が示されている。
他の機器と絶縁されておらず、シールド１７を介して接
地されている状態を、可変直流電圧源１６からコリメー
タ５に±０Ｖの電圧を印加することにより再現してい
る。また図４の構成においては、本発明に基づいて、コ
リメータを他の機器から電気的に絶縁するとともに、コ
リメータに−３０Ｖの電圧を印加して、コリメータがフ
ローティング状態にある状態を再現している。さらに図
５の構成においては、本発明に基づいて、コリメータを
他の機器から電気的に絶縁するとともに、コリメータに
＋１０Ｖの電圧を印加して、コリメータにバイアス電位
を印加した状態を再現している。なお、いずれのプロセ
スの場合にも、陰極３には−４００〜−７００Ｖの直流
電圧を印加しているものとする。そして図６には、図３
〜図５に示すプロセスにおいて成膜した膜厚をシート抵
抗値により測定した結果が示されている。
【００３４】以上の結果より、従来の装置においては、
コリメータが陰極に対して中央部の膜厚が周辺部の膜厚
よりも厚くなる傾向があるが（図３、図６（ａ））、本
発明に基づいて、コリメータを他の機器から絶縁し、フ
ローティング状態におくことにより、膜厚のばらつきを
補償することが可能である（図４、図６（ｂ））。さら
に本発明に基づいて、コリメータを他の機器から絶縁
し、バイアス電位を印加することにより、図３に示す接
地状態とは逆に、周辺部の膜厚を中心部の膜厚よりも厚
く成膜させることも可能であり、したがって、本発明に
よれば、従来の装置のように、膜厚の均一化を図るため
に、永久磁石の配置や形状を変えるなど、ハード面を調
節しなくとも、コリメータに印加する電位を制御するこ
とにより、プロセスにかかわらず、あるいはコリメータ
の初期と終期とを問わず、膜厚の均一化を図ることが可
能である。
コリメータが陰極に対して中央部の膜厚が周辺部の膜厚
よりも厚くなる傾向があるが（図３、図６（ａ））、本
発明に基づいて、コリメータを他の機器から絶縁し、フ
ローティング状態におくことにより、膜厚のばらつきを
補償することが可能である（図４、図６（ｂ））。さら
に本発明に基づいて、コリメータを他の機器から絶縁
し、バイアス電位を印加することにより、図３に示す接
地状態とは逆に、周辺部の膜厚を中心部の膜厚よりも厚
く成膜させることも可能であり、したがって、本発明に
よれば、従来の装置のように、膜厚の均一化を図るため
に、永久磁石の配置や形状を変えるなど、ハード面を調
節しなくとも、コリメータに印加する電位を制御するこ
とにより、プロセスにかかわらず、あるいはコリメータ
の初期と終期とを問わず、膜厚の均一化を図ることが可
能である。
【００３５】図７には、本発明に基づいて構成された処
理装置のさらに別の実施例が示されている。この実施例
では、コリメータ５が、同心円状に配置された、３つの
ブロック５ａ、５ｂ、５ｃから構成されており、それぞ
れのブロックが絶縁部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより
絶縁されている。そして、各ブロック５ａ、５ｂ、５ｃ
には、それぞれ電圧供給リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
を介して、それぞれ別個に制御可能な可変直流電源１６
ａ、１６ｂ、１６ｃが接続されている。かかる構成によ
り、膜厚が厚くなる傾向を有するブロックにはバイアス
電位を印加するなどの制御を行い、より細やかに膜厚の
ばらつきを補償することが可能である。特に図７に示す
実施例のように、ブロックを同心円状に分割することに
より、たとえば略円板状の半導体ウェハＷにプロセスを
行う場合に生じる同心円状の膜厚のばらつきを効果的に
補償することが可能となる。
理装置のさらに別の実施例が示されている。この実施例
では、コリメータ５が、同心円状に配置された、３つの
ブロック５ａ、５ｂ、５ｃから構成されており、それぞ
れのブロックが絶縁部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより
絶縁されている。そして、各ブロック５ａ、５ｂ、５ｃ
には、それぞれ電圧供給リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
を介して、それぞれ別個に制御可能な可変直流電源１６
ａ、１６ｂ、１６ｃが接続されている。かかる構成によ
り、膜厚が厚くなる傾向を有するブロックにはバイアス
電位を印加するなどの制御を行い、より細やかに膜厚の
ばらつきを補償することが可能である。特に図７に示す
実施例のように、ブロックを同心円状に分割することに
より、たとえば略円板状の半導体ウェハＷにプロセスを
行う場合に生じる同心円状の膜厚のばらつきを効果的に
補償することが可能となる。
【００３６】なお図７に示す実施例では、コリメータを
同心円状にブロック分割しているが、本発明はかかる実
施例に限定されず、必要に応じて任意の形状のブロック
に分割することが可能である。また図７に示す実施例で
は、コリメータを３つの部分に分割しているが、本発明
はかかる実施例に限定されず、必要に応じて任意の数の
ブロックに分割することが可能である。
同心円状にブロック分割しているが、本発明はかかる実
施例に限定されず、必要に応じて任意の形状のブロック
に分割することが可能である。また図７に示す実施例で
は、コリメータを３つの部分に分割しているが、本発明
はかかる実施例に限定されず、必要に応じて任意の数の
ブロックに分割することが可能である。
【００３７】以上、本発明の一実施例として、直流マグ
ネトロン型スパッタ装置を例に挙げて、本発明装置を説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
ない。本発明は、高周波スパッタ装置、対向ターゲット
スパッタ装置、ＥＣＲスパッタ装置、バイアススパッタ
装置などの各種スパッタ装置に対しても当然に適用する
ことが可能である。また、本発明は、スパッタ装置に限
定されず、飛翔粒子の飛翔方向を制限するコリメータを
備えたすべての処理装置に対して適用することが可能で
ある。
ネトロン型スパッタ装置を例に挙げて、本発明装置を説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
ない。本発明は、高周波スパッタ装置、対向ターゲット
スパッタ装置、ＥＣＲスパッタ装置、バイアススパッタ
装置などの各種スパッタ装置に対しても当然に適用する
ことが可能である。また、本発明は、スパッタ装置に限
定されず、飛翔粒子の飛翔方向を制限するコリメータを
備えたすべての処理装置に対して適用することが可能で
ある。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
永久磁石などのハードウェアを変更せずとも、プロセス
にかかわらず、またターゲットの初期および終期にかか
わらず、被処理体の面内膜厚のばらつきを、コリメータ
の電位を制御するだけで簡単に補償することが可能であ
り、製品の歩留まりを向上させることができる。
永久磁石などのハードウェアを変更せずとも、プロセス
にかかわらず、またターゲットの初期および終期にかか
わらず、被処理体の面内膜厚のばらつきを、コリメータ
の電位を制御するだけで簡単に補償することが可能であ
り、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００３９】すなわち、請求項１によれば、コリメータ
が他の機器から電気的に絶縁され、電気的フローティン
グ状態に置かれるので、対極として作用しなくなり、ス
パッタ粒子が中心部に集中することなく周辺部にも分散
し、膜厚の均一化を図ることが可能となる。
が他の機器から電気的に絶縁され、電気的フローティン
グ状態に置かれるので、対極として作用しなくなり、ス
パッタ粒子が中心部に集中することなく周辺部にも分散
し、膜厚の均一化を図ることが可能となる。
【００４０】また請求項２によれば、電気的フローティ
ング状態に置かれたコリメータの電位を制御することに
より、コリメータの膜厚のばらつきをさらに精度良く均
一化することができる。
ング状態に置かれたコリメータの電位を制御することに
より、コリメータの膜厚のばらつきをさらに精度良く均
一化することができる。
【００４１】さらに請求項３によれば、ブロック分割さ
れたコリメータを用いて、各ブロックごとの電位を制御
することにより、被処理体の膜厚のばらつきをブロック
単位制御することが可能となり、被処理体の膜厚の面内
均一化をさらに精度良くかつ容易に達成できる。特に請
求項４に記載のように、ブロックを同心円状に配するこ
とにより、同心円状に生じる膜厚のばらつきを効果的に
補償できる。
れたコリメータを用いて、各ブロックごとの電位を制御
することにより、被処理体の膜厚のばらつきをブロック
単位制御することが可能となり、被処理体の膜厚の面内
均一化をさらに精度良くかつ容易に達成できる。特に請
求項４に記載のように、ブロックを同心円状に配するこ
とにより、同心円状に生じる膜厚のばらつきを効果的に
補償できる。
【００４２】そして請求項５に記載のように、磁石手段
により処理室内の磁界を調整して膜厚の均一化を図るマ
グネトロン型処理装置に対して、本発明を適用すること
により、マグネトロン型処理装置の動作を補完し、永久
磁石の配置および形状を変えずに、プロセスにかかわら
ず、またターゲットの初期および終期にかかわらず、膜
厚の均一化を図ることが可能となる。
により処理室内の磁界を調整して膜厚の均一化を図るマ
グネトロン型処理装置に対して、本発明を適用すること
により、マグネトロン型処理装置の動作を補完し、永久
磁石の配置および形状を変えずに、プロセスにかかわら
ず、またターゲットの初期および終期にかかわらず、膜
厚の均一化を図ることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例として構成された直流マグネ
トロン型スパッタ装置の概略的な断面図である。
トロン型スパッタ装置の概略的な断面図である。
【図２】図１に示すスパッタ装置を実装したマルチチャ
ンバ方式の半導体製造装置の概略的な構成図である。
ンバ方式の半導体製造装置の概略的な構成図である。
【図３】本発明の動作を示す説明図であり、コリメータ
にグランド電位を印加した状態を示している。
にグランド電位を印加した状態を示している。
【図４】本発明の動作を示す説明図であり、コリメータ
にフローティング電位を印加した状態を示している。
にフローティング電位を印加した状態を示している。
【図５】本発明の動作を示す説明図であり、コリメータ
にバイアス電位を印加した状態を示している。
にバイアス電位を印加した状態を示している。
【図６】図３〜図５に示す装置によりプロセスを行った
場合の膜厚の様子を示す概略的な平面図である。
場合の膜厚の様子を示す概略的な平面図である。
【図７】本発明に基づいて構成された処理装置に実装可
能なコリメータの別の実施例を示す略平面図である。
能なコリメータの別の実施例を示す略平面図である。
【図８】従来のコリメータの部分を示す説明図である。
【図９】従来のコリメータの部分を示す説明図である。
１ スパッタ装置 ２ 処理容器 ３ 陰極 ４ ターゲット ５ コリメータ ６ 陽極 ８ 直流可変電源 ９ 永久磁石 １４ 絶縁部材 １５ 電位供給リード １６ 直流可変電源
Claims (5)
- 【請求項１】 処理室内に被処理体とターゲットとを対
向配置し、そのターゲットよりスパッタされたスパッタ
リング粒子の飛翔方向をコリメータにより規制して前記
被処理体に被着させる処理装置において、 前記コリメータを他の機器から電気的に絶縁したことを
特徴とする、処理装置。 - 【請求項２】 処理室内に被処理体とターゲットとを対
向配置し、そのターゲットよりスパッタされたスパッタ
リング粒子の飛翔方向をコリメータにより規制して前記
被処理体に被着させる処理装置において、 前記コリメータを他の機器から電気的に絶縁するととも
に、そのコリメータの電位を可変制御可能に構成したこ
とを特徴とする、処理装置。 - 【請求項３】 処理室内に被処理体とターゲットとを対
向配置し、そのターゲットよりスパッタされたスパッタ
リング粒子の飛翔方向をコリメータにより規制して前記
被処理体に被着させる処理装置において、 前記コリメータを他の機器から電気的に絶縁するととも
に、そのコリメータを複数のブロックから構成し、それ
らの各ブロック同士を互いに電気的に絶縁し、さらに、
それらの各ブロックの電位をそれぞれ可変制御可能に構
成したことを特徴とする、処理装置。 - 【請求項４】 処理室内に被処理体とターゲットとを対
向配置し、そのターゲットよりスパッタされたスパッタ
リング粒子の飛翔方向をコリメータにより規制して前記
被処理体に被着させる処理装置において、 前記コリメータを他の機器から電気的に絶縁するととも
に、そのコリメータを同心円状に配列される複数のブロ
ックから構成し、それらの各ブロック同士を互いに電気
的に絶縁し、さらに、それらの各ブロックの電位をそれ
ぞれ可変制御可能に構成したことを特徴とする、処理装
置。 - 【請求項５】 前記処理装置が、磁石手段により処理室
内の磁界を調整するマグネトロン型処理装置であること
を特徴とする、請求項１、２、３または４のいずれかに
記載の処理装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP6222451A JPH0860355A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 処理装置 |
| US08/517,566 US5728276A (en) | 1994-08-23 | 1995-08-21 | Treatment apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6222451A JPH0860355A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0860355A true JPH0860355A (ja) | 1996-03-05 |
Family
ID=16782620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6222451A Withdrawn JPH0860355A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 処理装置 |
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| JP (1) | JPH0860355A (ja) |
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