JPH10158832A

JPH10158832A - コリメートスパッタ装置

Info

Publication number: JPH10158832A
Application number: JP34258896A
Authority: JP
Inventors: Toru Kureya; 融呉屋
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】コリメーターの交換の頻度をなるべく低くし
て生産性の高いコリメートスパッタ装置を提供する。【解決手段】ターゲット２からのスパッタ粒子のうち
基板５０にほぼ垂直な方向に飛行するもののみを通過さ
せるコリメーター８の温度を一定の温度に維持する温度
制御手段を具備する。温度制御手段は、コリメーター８
を加熱するヒータ８１と、ヒータ８１を温度を測定する
温度測定器８２と、温度測定器８２の測定結果に従って
ヒータ８１を制御するコントローラ８３とから構成さ
れ、装置の運転中のみならず、装置の休止中又は停止中
においてもコリメーター８の温度を同じ一定の温度に維
持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、基板の表面に
スパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタ
装置に関し、特に、基板に対して垂直に入射するスパッ
タ粒子を多くするためのコリメーターを備えたコリメー
トスパッタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面に所定の薄膜を作成するスパ
ッタ装置は、ＬＳＩ（大規模集積回路）やＬＣＤ（液晶
ディスプレイ）、情報記録ディスク等の製作の際に盛ん
に使用されている。図１０は、従来のコリメートスパッ
タ装置の概略図を示す正面図であり、図１１は、ステッ
プカバレッジ特性の説明図である。

【０００３】図１０に示すコリメートスパッタ装置は、
排気系１１を備えたスパッタチャンバー１と、このスパ
ッタチャンバー１内の所定の位置に配置された所定の材
料からなるターゲット２と、このターゲット２をスパッ
タするためのスパッタ放電を生じさせる電極３と、スパ
ッタ放電のための放電用ガスをターゲット２と基板５０
との間の空間に導入するガス導入手段４と、スパッタさ
れたターゲット２の材料が到達するスパッタチャンバー
１内の所定の位置に基板５０を配置するための基板ホル
ダー５等から主に構成されている。

【０００４】このようなスパッタ装置には種々の技術的
要請が存在するが、年々集積度が高まる各種半導体デバ
イスの分野では、ステップカバレッジ特性の向上が重要
な課題となっている。ステップカバレッジ特性とは、基
板の表面に形成された穴や溝、または段差に対する被覆
性のことであり、上面への薄膜堆積量に対する溝又は穴
（以下、ホールと総称する）の底部への薄膜堆積量の比
であるボトムカバレッジ率を含む概念である。例えば、
コンタクトホール又はスルーホール等のホールが形成さ
れた基板の表面にバリア膜をスパッタリングによって形
成する場合、ボトムカバレッジが充分でなくホールの底
部に充分な厚さのバリア膜が形成されないと、層間の拡
散防止が充分でなくなり、ジャンクションリーク等のデ
バイス性能に致命的な欠陥を与える場合がある。

【０００５】集積度が高まり配線の微細化が進むと配線
幅がより一層狭くなるが、その一方で、デバイスの高性
能化を背景とした配線構造の複雑化により、ホールの深
さがより深くなる傾向がある。即ち、ホールのアスペク
ト比（ホールの深さ／ホールの開口幅）が一段と高くな
る傾向がある。

【０００６】しかしながら、従来の一般的なスパッタリ
ング装置では、アスペクト比１〜２程度のホールへの成
膜が限界とされており、１６メガビット以上の集積回路
を製作する際の技術的な障害となっている。この原因
は、基板に斜めに入射するスパッタ粒子が多く、ホール
の底部に到達出来るスパッタ粒子の量が少ないからであ
る。この結果、図１１に示すように、基板５０の穴又は
溝５００の底部への膜堆積が少なくなり、ボトムカバレ
ッジ率（図１１の（ｂ／ａ）×１００％）はかなり低く
なってしまう。

【０００７】ステップカバレッジ率を向上させるには、
基板５０に対して垂直に入射するスパッタ粒子を多くす
ることが重要であるが、これを可能にするものとして図
１０に示すコリメートスパッタ装置が知られている。こ
の図１０のスパッタ装置では、ターゲット２と基板５０
との間の空間に、コリメーター８が配設されている。こ
のコリメーター８は、基板５０の表面に垂直な方向の飛
行通路を形成するものであり、格子状のものや、帯状の
板を丸めてリング状にしたものを同心状に複数配置した
もの等が採用される。

【０００８】ターゲット２から放出されるスパッタ粒子
は、余弦則に基づき、基板５０に垂直な方向を中心とし
てコサインカーブ状に広がる量の分布を持っている。こ
のような分布のスパッタ粒子がコリメーター８に達する
と、基板５０にほぼ垂直な方向に飛行するもののみがコ
リメーター８を通過できることになるので、基板５０に
達するスパッタ粒子は、基板５０に垂直な方向のものが
多くなる。このため、上述したボトムカバレッジ率が向
上する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したコリメートス
パッタ装置において、スパッタ粒子の飛行方向を規制す
るコリメーターには必然的にスパッタ粒子が付着し、こ
れが重なって薄膜が堆積する。このような薄膜がある程
度の厚さにまで成長すると、膜の内部応力等によって剥
離し、落下する。このような剥離落下する薄膜は、スパ
ッタチャンバー内をパーティクルとなって浮遊し、時と
して基板の表面に付着する。尚、ここでいうパーティク
ルとは、ターゲットと同材質よりなる微粒子又はターゲ
ットの材質と放電用ガスとの化合物よりなる微粒子であ
る。

【００１０】基板の表面に付着したパーティクルは、局
部的な膜厚異常等の不良を発生させる。また、集積回路
の製作では、配線間の断線や短絡あるいは絶縁不良等を
引き起こす原因となる。このため、コリメートスパッタ
装置では、成膜処理を所定回数繰り返した後、基板上の
パーティクルの発生数が製造上の許容値以下であるか確
認しなければならない。この確認作業において、発見さ
れたパーティクル数が製造上の許容値を越えているいる
場合、コリメーターを新品のものと交換する必要があ
る。

【００１１】コリメーターは、成膜処理を繰り返すうち
に薄膜が堆積して飛行通路の断面積が小さくなり、飛行
通路の断面積が所定値以下になった時点でコリメーター
は交換される。しかし、上記のようにパーティクルの発
生数が許容値を越えてしまうと、通常使用できる期間以
前にコリーメーターを交換する必要が生じる。つまり、
コリメーターの交換頻度が高くなってしまう。

【００１２】コリメーターの交換作業は、装置の運転を
停止し、スパッタチャンバー内を大気に開放して行うこ
とになり、また交換後にスパッタチャンバー内のクリー
ニングが必要になることから、交換後の装置の再起動ま
で相当の時間を要することになる。従って、このような
コリメーターの交換を高い頻度で行うことになると、装
置の生産性が低下する問題が生ずる。つまり、コリメー
ターを交換してから次にコリメーターを交換するまでの
インターバルをなるべく長くすることが生産性向上の点
から要請されている。

【００１３】本願の発明は、かかる課題を解決するため
になされたものである。即ち、コリメーターの交換の頻
度をなるべく低くして生産性の高いコリメートスパッタ
装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えたスパ
ッタチャンバーと、このスパッタチャンバー内の所定の
位置に配置された所定の材料からなるターゲットと、こ
のターゲットをスパッタするためのスパッタ放電を生じ
させる電極と、成膜する基板をスパッタチャンバー内の
所定位置に基板と平行に配置する基板ホルダーと、ター
ゲットから放出されるスパッタ粒子のうち基板に垂直な
方向に近い方向に飛行するもののみを通過させるコリメ
ーターとを備えたコリメートスパッタ装置において、コ
リメーターの温度を一定の温度に維持する温度制御手段
を具備しているという構成を有する。また、上記課題を
解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の
構成において、温度制御手段は、装置の運転中のみなら
ず、装置の休止中又は停止中においても同じ一定の温度
にコリメーターの温度を維持するものであるという構成
を有する。また、上記課題を解決するため、請求項３記
載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、温度
制御手段は、コリメーターを加熱しない状態においてス
パッタ放電による加熱によってコリメーターが熱平衡に
達する温度にコリメーターの温度を維持するものである
という構成を有する。また、上記課題を解決するため、
請求項４記載の発明は、上記請求項１、２又は３の構成
において、温度制御手段は、コリメーターの温度を測定
する温度測定器を有し、コリメーターの温度が前記一定
の温度に維持されていることを温度測定器によって確認
した後、スパッタを行うよう構成されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、本願発明の実施形態に係るコリ
メートスパッタ装置の主要部の概略を示す正面図であ
り、図２は図１のコリメートスパッタ装置の全体の構造
を示す平面概略図、図３は図１及び図２の装置における
コリメーターの構成を示した平面概略図である。

【００１６】本実施形態のコリメートスパッタ装置は、
図２に示すようなマルチチャンバータイプの装置になっ
ている。即ち、中央に搬送ロボット等を備えた搬送チャ
ンバー１００を配し、その周囲に複数の処置チャンバー
１０１やスパッタチャンバー１、ロードロックチャンバ
ー１０２、アンロードロックチャンバー１０３等を設け
た構成であり、各チャンバー１００，１０１，１０２，
１０３は専用又は兼用の排気系によって所定の圧力まで
排気可能になっている。そして、搬送ロボット１１０
が、ロードロックチャンバー１０２から基板５０を一枚
ずつ取り出し、順次処置チャンバー１０１やスパッタチ
ャンバー１に送って処理を行わせた後、アンロードロッ
クチャンバー１０３に送って回収させるよう構成されて
いる。

【００１７】スパッタチャンバー１における構成につい
て説明すると、本実施形態のコリメートスパッタ装置
は、図１に示すように、スパッタチャンバー１内の所定
の位置に配置された所定の材料からなるターゲット２
と、このターゲット２をスパッタするためのスパッタ放
電を生じさせる電極３と、成膜する基板５０をスパッタ
チャンバー１内の所定位置に基板５０と平行に配置する
基板ホルダー５と、ターゲット２から放出されるスパッ
タ粒子のうち基板５０に垂直な方向に近い方向に飛行す
るもののみを通過させるコリメーター８とを備えてい
る。

【００１８】まず、スパッタチャンバー１は、排気系１
１及び不図示のゲートバルブを備えた気密な容器であ
る。排気系１１は、クライオポンプ１１１とロータリー
ポンプ１１２の組み合わせのような多段の真空ポンプを
備えて、スパッタチャンバー１内を１×１０^-7Ｔｏｒｒ
程度の到達圧力まで排気できるように構成される。

【００１９】ターゲット２は、成膜すべき材料から形成
された円形又は方形の板状の部材である。このターゲッ
ト２は、電極３の前面側にネジ止め等の方法により固定
されている。また、ターゲット２の周縁を被うようにし
て、ターゲットシールド３５が配設されている。このタ
ーゲットシールド３５は、ターゲット２の周囲での不必
要な放電を防止するためのものであり、ターゲット２の
周縁を所定の狭い間隔をもって被いながらアースされた
状態で設けられている。

【００２０】本実施形態のコリメートスパッタ装置は、
平板マグネトロンスパッタ装置の一種であり、電極３と
してはマグネトロン陰極が採用されている。即ち、電極
３は、ターゲット２の背後に配設された一対の磁石３
１，３２と、一対の磁石３１，３２を繋ぐヨーク３３と
から主に構成されている。一対の磁石３１，３２は、タ
ーゲット２の前方に閉じた漏洩磁界を形成するための永
久磁石であり、中央の円柱状の磁石（例えばＮ極）３１
とそれを間隙をもって取り囲むリング状の磁石（例えば
Ｓ極）３２からなる。

【００２１】電極３には、放電用電源３４が接続されて
おり、所定の負の直流電圧又は高周波等が電極３に印加
される。より具体的には、例えば出力１５ｋｗの直流電
源（電圧７５０Ｖ、電流２０Ａ）が使用できる。

【００２２】放電用ガスとしては、スパッタ率の高いア
ルゴンなどの不活性ガスが使用される。放電用ガスを導
入するガス導入手段４は、不図示のボンベとスパッタチ
ャンバー１とをつなぐガス導入用配管４１と、ガス導入
用配管４１に設けられたバルブ４２及び不図示の流量調
整器等から主に構成されている。

【００２３】基板ホルダー５は、上面に基板５０を載置
してターゲット２に対して平行に基板５０を保持するよ
う構成されている。基板ホルダー５内には基板５０を所
定温度に加熱するための基板ヒータ５１が設けられてい
る。基板ヒータ５１は、例えば抵抗加熱方式のものが使
用されており、基板５０を例えば３００℃程度に加熱で
きるよう構成される。尚、基板ホルダー５内には、表面
に静電気を誘起して基板５０を静電吸着するための吸着
電極が設けられる場合がある。

【００２４】尚、スパッタチャンバー１は接地されてお
り、基板ホルダー５はこのスパッタチャンバー１に対し
て短絡された状態で設けられている。別な構成として
は、基板ホルダー５をスパッタチャンバー１から絶縁し
ておき、基板ホルダー５に所定の高周波電圧を印加する
ことで、基板５０に所定のセルフバイアス電圧を与える
場合がある。

【００２５】次に、図１及び図３を使用してコリメータ
ー８の構成について説明する。図１及び図３に示すよう
に、コリメーター８としては、本実施形態では、厚さ１
０ミリ程度のチタン製の板に直径１０ミリ程度の円形の
開口を均等間隔をおいて設けた構成のものが使用されて
いる。開口率は、例えば８０％程度である。また、ター
ゲット２とコリメーター８との距離は６５ｍｍ程度、コ
リメーター８と基板５０との距離は３５ｍｍ程度であ
る。

【００２６】さて、本実施形態の装置の大きな特徴点
は、コリメーター８の温度を一定の温度（以下、制御温
度）に維持する温度制御手段が設けられている点であ
る。温度制御手段は、コリメーター８を加熱するヒータ
８１と、ヒータ８１を温度を測定する温度測定器８２
と、温度測定器８２の測定結果に従ってヒータ８１を制
御するコントローラ８３とから主に構成されている。

【００２７】ヒータ８１は、コリメーター８の周囲に設
けられた円環状の部材である。このヒータ８１は、抵抗
加熱方式のものであり、アルミニウム等の熱伝導性のよ
り材料で形成された円環状の部材の内部に高純度カーボ
ン等で形成された電熱線が組み込んだ構成である。具体
的には、電力１ｋＷ程度、電流１０Ａ程度のものが使用
できる。ヒータ８１の内径はコリメーター８の外径に適
合しており、ヒータ８１は溶接、拡散接合又はネジ止め
等の方法により熱接触性よくコリメーター８に接続され
ている。

【００２８】ヒータ８１は、スパッタチャンバー１に固
定された保持棒８４によって保持されている。保持棒８
４は、均等間隔をおいて６本程度設けられている。コリ
メーター８は、基板５０及びターゲット２に平行な姿勢
であり、ヒータ８１を介して保持棒８４によって保持さ
れた状態となっている。保持棒８４内には、ヒータ８１
への給電線が設けられており、給電線は、スパッタチャ
ンバー１の器壁を気密に貫通し、スパッタチャンバー１
外に設けられたコントローラ８３に接続されている。ま
た、温度測定器８２の信号線もスパッタチャンバー１の
器壁を気密に貫通し、コントローラ８３に接続されてい
る。

【００２９】コントローラ８３は、ヒータ８１に加熱用
の電力を供給する電源部８３１と、電源部８３１が供給
する電力を制御する制御部８３２とを備えている。制御
部８３２は、設定温度を入力する不図示の入力部を有す
る。温度測定器８２で測定されたヒータ８１の温度の信
号は、コントローラ８３の制御部８３２にフィードバッ
クされ、制御部８３２は、入力された設定温度になるよ
うに電源部８３１を制御するようになっている。

【００３０】また、温度測定器８２としては、Ｋ型（ク
ロメル−アルミル型）の熱電対をヒータ８１の表面に接
触させた構成等が使用できる。もしくは、放射温度計等
を使用してもよい。尚、温度測定器８２の信号は、装置
全体を制御する不図示の主制御部に送られており、コリ
メーター８の温度が所定の制御温度に維持されているこ
とを確認した後、装置を動作させてスパッタを行うよう
構成されている。

【００３１】また、図１に示すように、本実施形態の装
置では、スパッタチャンバー１の内壁面へのスパッタ粒
子の付着を防止する防着シールド６が設けられている。
防着シールド６は、ターゲット２、コリメーター８及び
基板ホルダー５を取り囲む円筒状の部材である。防着シ
ールド６は例えばアルミニウム等で形成され、その内面
への堆積膜の剥離を防止する表面処理が必要に応じて施
される。また、上述した保持棒は、防着シールド６に設
けられた挿通穴を通して設けられ、スパッタチャンバー
１の器壁に固定されている。尚、ガス導入用の開口やガ
ス排気口等が防着シールド６に設けられる場合がある。

【００３２】次に、本実施形態の装置の動作について説
明する。まず、搬送ロボット１１０が基板５０をロード
ロックチャンバー１０２から取り出し、スパッタチャン
バー１に搬入する。この際、基板５０を予備加熱した
り、基板５０表面をスパッタ洗浄したりする前処理が行
われる場合があり、この場合は、そのような処理に必要
な構成を備えた処置チャンバー１０１で前処理をした
後、スパッタチャンバー１に基板５０は搬入される。ス
パッタチャンバー１に搬入された基板５０は、基板ホル
ダー５上に載置される。また、スパッタチャンバー１の
内部は、予め２×１０^-6Ｔｏｒｒ程度以下に排気されて
いる。また、コリメーター８は、ヒータ８１を含む温度
制御手段によって温度制御され、例えば２００℃程度の
制御温度に予め加熱されている。

【００３３】この状態で、ガス導入手段４が動作し、ス
パッタチャンバー１内に所定のガスを所定の流量で導入
する。そして、放電用電源３４が動作し、電極３に所定
の電圧を印加する。これによってスパッタチャンバー１
内のスパッタ放電が生じ、ターゲット２がスパッタされ
る。スパッタされたターゲット２の材料（スパッタ粒
子）の一部は、コリメーター８を通過して基板５０に達
し、前述の通り、ボトムカバレッジ性良く基板５０に成
膜が行われる。

【００３４】この際、コリメーター８にはスパッタ粒子
が少しずつ付着し、経時的に薄膜が堆積するのが認めら
れるが、コリメーター８は温度制御手段によって一定温
度に維持されているので、堆積する薄膜内部の熱応力の
発生が抑えられる。このため、熱応力によるコリメータ
ー８からの薄膜の剥離の可能性は小さくなり、従来に比
べて相当程度厚い薄膜となっても剥離落下することがな
くなる。従って、コリメーター８の交換頻度が少なくで
き、この点から生産性の高い装置になる。

【００３５】尚、コリメーター８は、ヒータ８１によっ
て加熱される他、スパッタ放電によって形成されたプラ
ズマによっても加熱される。即ち、プラズマ中の荷電粒
子の衝突による加熱、プラズマ発光による輻射加熱等に
よってコリメーターは加熱される。従って、温度測定器
温８２からの信号によりフィードバック制御を行う制御
手段８０は、ヒータ８１を制御して、ヒータ８１からの
熱とプラズマからの熱とによって制御温度が維持される
ようにする。即ち、プラズマからの熱が少なくなればヒ
ータ８１の加熱量が増大し、プラズマからの熱が多くな
ればヒータ８１の加熱量は減少する。

【００３６】温度制御手段による温度制御は、各回の成
膜処理の間の装置の休止期間のみならず、装置の運転停
止中も常時行っておくと好適である。コリメーター８が
常時加熱されていると、基板５０を搬入して直ぐにスパ
ッタを開始することができるので、生産性の点で良好で
ある。別な構成としては、基板５０を搬入した後に温度
制御手段を動作させ、コリメーター８が所定の制御温度
に維持された後にスパッタを行うようにしてもよい。も
しくは、装置の運転を開始した際、最初にコリメーター
８の温度制御手段が働くようにしておき、装置の運転中
は常時温度制御手段が働くように構成してもよい。これ
らの構成は、省エネルギーの点でメリットがある。

【００３７】尚、「装置の休止」とは、成膜処理を繰り
返す際の一回の成膜処理を終了した後の次の成膜処理ま
での期間であり、「装置の停止」とは、メンテナンスの
際や生産ライン全体が停止している場合等のように装置
自体が運転を停止している期間である。

【００３８】

【実施例】次に、上述した実施形態の装置を使用して成
膜処理を行う実施例について説明する。上述した装置を
使用する場合、例えば以下のような条件で成膜処理を実
施することができる。

【００３９】図４から図９は、本実施形態の装置の効果
を確認した実験を結果を示す図であって、上記実施例の
条件で装置を動作させた実験の結果を示す図である。こ
のうち、図４から図６は、コリメーター８の温度制御手
段を動作させないで成膜処理を繰り返した結果の図、図
７から図９はコリメーター８の温度制御手段を動作させ
ながら成膜処理を繰り返した結果の図である。そして、
図４及び図７は、成膜処理の回数とコリメーター８の温
度との関係を示す図であり、図５及び図８は、成膜処理
の回数と基板５０上のパーティクルの個数との関係を示
す図である。また、図６及び図９は、成膜処理の回数と
膜のシート抵抗値との関係を示す図である。

【００４０】パーティクルの測定方法は、次の通りとし
た。５０回の成膜処理を繰り返す毎にパーティクル測定
用のシリコンウェーハ（直径６インチ）をスパッタチャ
ンバー１に搬入し、上記実施例の条件と同一の条件で且
つ電源のみを動作させずに成膜をしない条件として成膜
時間と同じ時間だけ基板ホルダー５上に保持した。その
後、そのシリコンウェーハを装置から取り出し、ＴＥＮ
ＣＯＲ社製レーザー式パーティクル測定器サーフスキャ
ン５５００を用いてシリコンウェーハ上のパーティクル
の数を測定した。尚、粒径０．３μｍ以上の大きさのパ
ーティクルの数のみをカウントした。

【００４１】まず、図４に示すように、コリメーター８
の温度制御手段を動作させない場合、装置の運転開始直
後のコリメーター８の温度は３０℃程度と低く、処理回
数が多くなるに従って徐々に上昇する。そして、２５回
を越えるあたりからコリメーター８の温度は平衡に達
し、約１８０℃程度の値で安定化する。これは、成膜処
理を繰り返すうちに、スパッタ放電によって形成される
プラズマにより加熱されて徐々に昇温する状況を示して
いる。

【００４２】尚、図４に示す温度データは、成膜処理の
際のコリメーター８の温度をプロットしてそれをつない
だものである。各回の成膜処理の間の処理の休止期間で
は、コリメーター８は徐々に熱放散して温度低下するか
ら、実際には図４中に部分的に拡大して点線で示すよう
な温度変化になっていると予想される。

【００４３】また、図５に示すように、コリメーター８
の温度制御手段を動作させない場合、１枚のシリコンウ
ェーハ上のパーティクルの個数は、最初は４個程度と少
なかったが、処理回数の増加に伴って多くなり、２００
回の処理を終了した時点では５０個以上となってしまっ
た。そして、３００回終了後にパーティクル数は急激に
増加し、５００回処理した時点では２００個程度にまで
達した。

【００４４】この原因は、前述した通り、コリメーター
８に付着するスパッタ粒子が比較的熱応力が存在する状
況下で薄膜を堆積する形成するためであると考えられ
る。即ち、装置の運転の開始後の処理回数が少ない期間
ではコリメーター８の温度は図４に示すように低く、そ
の後徐々に上昇する。従って、この期間にコリメーター
８に堆積する薄膜は熱による内部応力が比較的大きいと
推察される。大きな内部応力を有して堆積した薄膜は剥
がれやすく、１５０回程度の処理を繰り返したからコリ
メーター８から多量に剥離落下して多くのパーティクル
を発生させるものと考えられる。１６ＭＤＲＡＭ等の集
積回路の製作では、基板５０上のパーティクルの個数は
５０個以下とされており、従って、温度制御手段を使用
しない場合、２００回処理を終了した時点で既にコリメ
ーター８を交換する必要が生ずることになる。

【００４５】また、図６に示すように、コリメーター８
の温度制御手段を動作させない場合、装置の運転開始後
の処理回数が７回程度までに成膜処理した基板５０のシ
ート抵抗値は、その後に処理したもの比べて高い。具体
的には、１、２及び３回目に作成した薄膜のシート抵抗
値は１１μΩ／ｍｍ² を越えており、４回目以降２５回
目までは１０．６μΩ／ｍｍ² 近傍を上下して推移して
いる。

【００４６】シート抵抗値のばらつきを、｛（最大値−
最小値）／（最大値＋最小値）｝×１００（％）の式に
従って算出したところ、最大値１１．８μΩ／ｍｍ² で
最小値１０．４μΩ／ｍｍ² であったから、±６．３１
％であった。１６ＭＤＲＡＭ等の集積回路の製作では、
シート抵抗値のばらつきは前記算出式で通常５％以内に
抑えられる必要がある。従って、温度制御手段を使用し
ない場合、この条件を満たさず、不適であることがわか
る。

【００４７】このような温度制御手段を使用しない場合
のシート抵抗値のばらつきの原因は、次のように考えら
れる。図１に示すようにコリメーター８はターゲット２
と基板５０との間に配置される部材であり、スパッタチ
ャンバー１内の部材のうちでは比較的基板５０に接近し
た部材である。この場合、前述の通りコリメーター８は
プラズマによって加熱されるから、基板５０はプラズマ
によって直接加熱される分の他、コリメーター８からの
輻射熱によっても加熱される。従って、基板５０の温度
はコリメーター８の温度に影響を受け、コリメーター８
の温度が変化すると基板５０の温度の変化すると考えら
れる。

【００４８】図６に示す処理回数が少ないうちのシート
抵抗値のばらつきは、この点が原因していると考えられ
る。つまり、処理回数が少ないうちは熱平衡状態に比べ
てコリメーター８の温度が低く、このため処理中の基板
５０の温度も若干低いと考えられる。そして、この実験
で作成した薄膜のシート抵抗値は成膜温度に敏感であ
り、これが原因して上記ばらつきが生じたものと判断さ
れる。

【００４９】次に、コリメーター８の温度制御手段を使
用した場合、コリメーター８の温度は、図７に示すよう
に、装置の運転開始当初から制御温度（２００℃）に維
持されて安定している。そして、図８に示すように、シ
リコンウェーハ上のパーティクルの発見個数は、５００
回程度まで処理を繰り返すまで５０個／枚以下に抑えら
れており、パーティクルの発生も少なく製造上の許容範
囲を満たしていることが分かる。さらに、図９に示すよ
うに、作成された薄膜のシート抵抗値はほぼ均一であ
り、１回目から２５回目の処理において、１０．４μΩ
／ｍｍ² から１１．０μΩ／ｍｍ² の間を推移してい
る。前記計算式により算出したシート抵抗値のばらつき
は２．８０％であり、シート抵抗値のばらつきの点でも
製造上の許容値以下であることが分かる。

【００５０】このような結果は、温度制御手段によって
コリメーター８を一定温度に維持していることによるの
は明らかである。つまり、コリメーター８の温度が一定
であるところから、コリメーター８に堆積する薄膜内に
熱よる内部応力が少なく、相当程度厚い薄膜に成長する
まで剥離落下するのが抑制されている。また、コリメー
ター８の温度が一定であることから、コリメーター８か
ら基板５０が受ける輻射熱も一定であり、このため、シ
ート抵抗値等の膜質も一定になる。

【００５１】尚、コリメーター８を予め加熱しておくこ
とによるシート抵抗値の安定化は、以下のような点も原
因している場合があると推察される。即ち、例えば新品
のコリメーター８を装着して温度制御手段を使用しない
まま装置の運転を開始すると、コリメーター８からは温
度の上昇にともなって吸蔵ガスの放出（脱ガス）が一時
的に多量に生ずる。この際放出されたガスが基板５０に
付着して薄膜中に取り込まれ、シート抵抗値などの膜質
のばらつきを生じさせる原因となると推察される。温度
制御手段を使用してコリメーター８を予め加熱して一定
温度に維持しておくと、コリメーター８の吸増ガスは充
分放出され、ごく少量のガスが安定して放出される状態
が維持される。この結果、脱ガスに起因する膜質のばら
つきも抑制される。

【００５２】本実施形態の装置は、枚葉式即ち基板５０
を一枚ずつ処理する装置であるため、図４から図９にお
ける「成膜処理の回数」は処理枚数に等しいが、本願発
明の実施態様としてはバッチ式即ち複数枚の基板５０を
同時に処理する構成でもよく、この場合は、「成膜処理
の回数」は処理枚数よりも少なくなる。

【００５３】上述した説明において、温度制御手段を使
用しない場合のコリメーター８の熱平衡温度は１８０℃
程度であって制御温度は２００℃、つまり、熱平衡温度
以上の一定温度にコリメーター８を加熱するとして説明
したが、熱平衡温度と同程度の温度に加熱するようにし
てもよい。この場合、成膜処理を開始してプラズマから
の熱供給が多くなるに従ってヒータ８１からの熱供給は
低下し、プラズマからの熱のみによって熱平衡が維持さ
れる状態になると、ヒータ８１からは直接的には熱が与
えられない状態となる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の発明によれば、コリメーターの温度が制御温度に維持
されるので、コリメーターに堆積する薄膜内の熱応力が
抑制され、薄膜の剥離落下によるパーティクルの発生が
抑えられる。このため、コリメーターの交換の頻度を低
くでき、生産性の高いコリメートスパッタ装置となる。
また、基板に対するコリメーターの熱輻射が一定になる
ので、基板の温度も常時安定したものとなり、膜質のば
らつきも低く抑えられる。また、請求項２の発明によれ
ば、上記効果に加え、スパッタチャンバーに基板を搬入
して直ちにスパッタを開始することができるので、生産
性の点で良好な装置となる。また、請求項３の発明によ
れば、上記効果に加え、プラズマからの熱のみによって
コリメーターが熱平衡に達した際には温度制御手段から
熱を与える必要がないので、エネルギー効率の点で良好
な装置となる。また、請求項４の発明によれば、上記効
果に加え、スパッタを行う際にコリメーターの温度が制
御温度に維持されているかどうか確認するので、上記パ
ーティクルの発生抑制等の効果を確実に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態に係るコリメートスパッタ
装置の主要部の概略を示す正面図である。

【図２】図１のコリメートスパッタ装置の全体の構造を
示す平面概略図である。

【図３】図１及び図２に示す装置におけるコリメーター
の構成を示した平面概略図である。

【図４】本実施形態の装置の効果を確認する実験の結果
を示す図であり、コリメーターの温度制御手段を動作さ
せないで成膜処理を繰り返した際の成膜処理の回数とコ
リメーターの温度との関係を示す図である。

【図５】本実施形態の装置の効果を確認する実験の結果
を示す図であり、コリメーターの温度制御手段を動作さ
せないで成膜処理を繰り返した際の成膜処理の回数と基
板上のパーティクルの個数との関係を示す図である。

【図６】本実施形態の装置の効果を確認する実験の結果
を示す図であり、コリメーターの温度制御手段を動作さ
せないで成膜処理を繰り返した際の成膜処理の回数と膜
のシート抵抗値との関係を示す図である。

【図７】本実施形態の装置の効果を確認する実験の結果
を示す図であり、コリメーターの温度制御手段を動作さ
せながら成膜処理を繰り返した際の成膜処理の回数とコ
リメーターの温度との関係を示す図である。

【図８】本実施形態の装置の効果を確認する実験の結果
を示す図であり、コリメーターの温度制御手段を動作さ
せながら成膜処理を繰り返した際の成膜処理の回数と基
板上のパーティクルの個数との関係を示す図である。

【図９】本実施形態の装置の効果を確認する実験の結果
を示す図であり、コリメーターの温度制御手段を動作さ
せながら成膜処理を繰り返した際の成膜処理の回数と膜
のシート抵抗値との関係を示す図である。

【図１０】従来のコリメートスパッタ装置の概略を示す
正面図である。

【図１１】ステップカバレッジ特性の説明図である。

【符号の説明】

１スパッタチャンバー１１排気系２ターゲット３電極４ガス導入手段５基板ホルダー５０基板８コリメーター８１ヒータ８２温度測定器８３制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を備えたスパッタチャンバーと、
このスパッタチャンバー内の所定の位置に配置された所
定の材料からなるターゲットと、このターゲットをスパ
ッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極と、成膜
する基板をスパッタチャンバー内の所定位置にターゲッ
トと平行に配置する基板ホルダーと、ターゲットから放
出されるスパッタ粒子のうち基板にほぼ垂直な方向に飛
行するもののみを通過させるコリメーターとを備えたコ
リメートスパッタ装置において、コリメーターの温度を一定の温度に維持する温度制御手
段を具備していることを特徴とするコリメートスパッタ
装置。
【請求項２】前記温度制御手段は、装置の運転中のみ
ならず、装置の休止中又は停止中においてもコリメータ
ーの温度を同じ一定の温度に維持するものであることを
特徴とする請求項１記載のコリメートスパッタ装置。
【請求項３】前記温度制御手段は、コリメーターを加
熱しない状態においてスパッタ放電による加熱によって
コリメーターが熱平衡に達する温度にコリメーターの温
度を維持するものであることを特徴とする請求項１又は
２記載のコリメートスパッタ装置。
【請求項４】前記温度制御手段は、コリメーターの温
度を測定する温度測定器を有し、コリメーターの温度が
前記一定の温度に維持されていることを温度測定器によ
って確認した後、スパッタを行うよう構成されているこ
とを特徴とする請求項１、２又は３記載のコリメートス
パッタ装置。