(57)【要約】【課題】ＥＣＲスパッタ成膜後の基板面内の膜厚均一性をターゲット使用寿命の間維持できるＥＣＲスパッタ処理装置を提供する。【解決手段】ＥＣＲスパッタ処理装置のターゲット１２０を複数の短冊形状ターゲット１２１を筒形状に配置して構成する。各短冊形状ターゲット１２１は独立したターゲット電源１１１を有し、短冊形状ターゲット１２１のプラズマ生成室１０５側の端部に設けられたターゲット開口軸１１３を起点として任意の角度（０度〜２０度）に開口可能に設けられる。隣接する短冊形状ターゲット１２１間には、ターゲット１０４と同材質の三角柱ガイド１１２が配置される。これにより、ターゲット１２０が開口した際にターゲット１２０内面の筒形状内のＥＣＲプラズマ領域１０５からターゲット１２０の外部へＥＣＲプラズマが廻り込み、効率が低下することを防止するとともに、成膜後の基板１０３面内の膜厚均一性を維持することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＲプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内に磁場を形成する磁場発生装置と、
前記プラズマ生成室のプラズマ取り出し開口部に近接した位置に設けられる筒形状のターゲットとを備え、
前記筒形状のターゲットは、当該筒形状のターゲットの軸方向に沿って分割された短冊形状の複数のターゲットを組み合わせて構成されており、
前記各短冊形状のターゲットは、前記プラズマ取り出し開口部に近接した位置を軸として回転可能に設けられ、前記筒形状ターゲットの内側面を任意の角度に開口させることを特徴とするＥＣＲスパッタ処理装置。
【請求項２】
前記短冊形状のターゲットは、スパッタ処理の累積により磨耗したターゲット肉厚寸法に応じて傾斜することで、前記筒形状ターゲットの内側面の開口角度を一定に維持することを特徴とする請求項１記載のＥＣＲスパッタ処理装置。
【請求項３】
隣接する前記短冊形状のターゲットの間に、短冊形状のターゲットと同じ材質の三角柱形状のガイドを設けたことを特徴とする請求項１記載のＥＣＲスパッタ処理装置。
【請求項４】
前記短冊形状のターゲットは各々独立したターゲット電源を有し、ターゲット電力を各々個別に設定できることを特徴とする請求項１に記載のＥＣＲスパッタ処理装置。
【請求項５】
前記筒形状のターゲットを挟んで前記プラズマ取り出し開口部と反対側に処理対象の基板が配置されるとともに、
前記基板と前記筒形状のターゲットとの間に出没可能に設けられたシャッタと、
前記シャッタに設けられた水晶振動子とをさらに備え、
前記基板への成膜処理前に、基板と筒形状ターゲットとの間に前記シャッタを介在させて前記水晶振動子により膜厚分布を計測し、当該膜厚分布に基づいて目的の均一性を得るように筒形状ターゲットの開口角度を設定するとともに、必要に応じてターゲット電力を設定することを特徴とする請求項１に記載のＥＣＲスパッタ処理装置。
【請求項６】
ＥＣＲプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内に磁場を形成する磁場発生装置と、
前記プラズマ生成室のプラズマ取り出し開口部に近接した位置に設けられる筒形状のターゲットと、を備え、
前記筒形状のターゲットは、当該筒形状のターゲットの軸方向に沿って分割された短冊形状の複数のターゲットを組み合わせて構成されており、
前記各短冊形状のターゲットは、前記筒形状のターゲットの軸に対して垂直な方向に移動可能に設けられ、スパッタ処理の累積により磨耗したターゲット肉厚寸法に応じて、前記各短冊形状ターゲットを移動させることを特徴とするＥＣＲスパッタ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）により生成したプラズマでターゲットをスパッタリングして、半導体デバイス製造工程における基板上に薄膜を形成するＥＣＲスパッタ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、ＥＣＲスパッタ処理装置の概要図を示すものである。ＥＣＲスパッタ処理装置は、排気装置１０１により真空状態に保たれており、Ａｒガス導入管１１０より導入された、Ａｒガス雰囲気中のプラズマ生成室１０９内にマグネトロン１０８により磁場を形成するとともにマイクロ波導入窓１０７よりマイクロ波源１０６で生成されたマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマ生成室内１０９にプラズマ領域１０５を生成する。そして、生成されたプラズマ領域１０５中のＡｒイオンを成膜室１０２内に設置されたターゲット電源１１１で負のバイアス電圧が印加されたターゲット１０４に入射させる。これにより、スパッタ粒子を放出させ、このスパッタ粒子を基板１０３上に堆積させることによりターゲット１０４の材質からなる薄膜を形成している。また、Ａｒイオンに反応性ガス（Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2等）を添加することにより所望の薄膜を形成している。ＥＣＲスパッタに使用されるターゲット１０４の形状は基板に近づくにつれて内径が増大する円錐筒形状もしくは、多角錐筒形状であって、この内周面にＡｒイオンを衝突させてスパッタリングを行っている（例えば、特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００３―２６８５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
基板に近づくにつれて内径が増大する円錐筒形状もしくは多角錐筒形状としたターゲットでは、ターゲットの開口角度（ターゲット内側面のターゲット軸心からの開き角）が３０度から８０度の間で固定されている。ターゲットを円錐筒形状もしくは多角錐筒形状とすることで、傾斜の無い円筒形状（開口角度０度）のターゲットの課題であった、基板面内に形成された膜の膜厚均一性を向上させることが可能となった。しかし、このような、円錐筒形状もしくは多角錐筒形状のターゲットは、スパッタ処理の累積によるターゲット内径寸法の増加（磨耗）に起因する、基板面内の膜厚均一性の悪化に対応する事は出来ない。また、ターゲットの開口角度を大きくし過ぎた場合は、基板から遠い側のターゲット開口部周部にＥＣＲプラズマが積極的に衝突するために、当該開口部周部でのターゲット消費が大きくなり、均一にターゲットを消費する事が出来ない。
【０００４】
本発明の目的は、成膜後の基板面内の膜厚均一性をターゲット使用寿命の間維持できるＥＣＲスパッタ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明は、ＥＣＲスパッタ処理装置のターゲットを、複数の短冊形状のターゲットを筒形状となるように配置して構成する。各ターゲットは独立してターゲット電源を有し、基板面と反対側を開口軸起点として任意の角度（０度〜２０度）に各短冊形状ターゲットを開口させる手段を備える。前記筒形状に配置された短冊形状ターゲットの隣り合ったターゲット間には、ターゲットと同材質の三角柱のガイドが配置される。このように、ターゲットを開口させる際のガイドの役割をする手段と、ターゲットが開口した際にＥＣＲプラズマがターゲット内面の筒形状内のＥＣＲプラズマ領域から外部へ廻り込まない構造を備えたことにより、成膜後の基板面内の膜厚均一性を維持させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のＥＣＲスパッタ処理装置は、成膜後の基板面内の膜厚均一性がターゲット使用開始から交換前までの間に悪化する事をターゲット開口角度を変化させることで防止可能とする。また、ターゲット開口角度を変化させる際に、ＥＣＲプラズマ領域がターゲット外部に廻り込まない構造としたため、スパッタ効率を低下させることなく基板面内の膜厚均一性を維持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態におけるＥＣＲスパッタ処理装置の概略全体構成を示す断面図である。図２は同ＥＣＲスパッタ処理装置のターゲット部の一部を拡大して示す上面図である。また、図３は同ＥＣＲスパッタ処理装置のターゲット部の一部を拡大して示す断面図である。図１、図２、図３において、先に図６を用いて説明した従来のＥＣＲスパッタ処理装置と同様の作用を有する部材は、図６と同じ符号を付して説明を省略する。
【０００８】
図１において、１１２はガイド、１１３はターゲット開口軸である。図２において、１１４はガイド溝である。ＥＣＲスパッタ処理装置の動作に関しては、先に図６を用いて説明した内容と同等であるが、本発明のターゲット１２０は、分割された短冊形状のターゲット１２１が筒形状を形成するように配置されている。また、隣り合った短冊形状ターゲット１２１の間には、ターゲット１２１と同じ材質で製作された三角柱の形状をしたガイド１１２が配置されている。ここでは、図２に示すように、３枚の短冊形状ターゲット１２１のそれぞれが三角柱の側面に接して配置されている。なお、図２は、筒形状ターゲット１２０を基板１０３側からみた形状を示している。また、短冊形状のターゲット１２１は、一つ一つがターゲット電源１１１を有し、短冊形状ターゲット１２１は、各々個別にターゲット電力を変更する事が出来る。
【０００９】
図３で示すように筒形状ターゲット１２０の開口角度を変更する際、各短冊形状ターゲット１２１は、ターゲット１２１の一つ一つに設置されたターゲット開口軸１１３を起点として、図示しない開口軸駆動部により任意の開口角度に開口（回転）する。その際、ガイド１１２は、ＥＣＲプラズマ領域１０５を封じ込める役割を果たす。すなわち、ガイド１１２が、短冊形状ターゲット１２１の開口角度を大きくしたときに、隣接する短冊形状ターゲット１２１の間（特に、基板１０３に近い側）に空隙が生じることを防止する。このため、ＥＣＲプラズマ領域１０５が、ターゲット１２１の裏面に廻り込みスパッタ効率が低下する事が防止される。なお、ガイド１１２と短冊形状ターゲット１２１とが接触している部分のガイド１１２側には、ガイド溝１１４が短冊形状ターゲット１２１の最小開口角度から最大開口角度まで設けられている。短冊形状ターゲット１２１が開口動作を行う場合、短冊形状ターゲット１２１の側面に設置されたガイド溝１１４に嵌合する接触軸（図示せず）により、ガイド１１２と隣り合った短冊形状ターゲット１２１との間に空隙を発生させない構造としている。本実施形態では、スパッタ処理の累積により磨耗したターゲット肉厚寸法分に応じて開口することで、前記筒形状ターゲットの内側面の開口角度を一定に維持する。これにより、短冊形状ターゲット１２１の使用が進み、短冊形状ターゲット１２１の厚みが薄くなる事に起因する、基板１０３のスパッタ処理後の膜厚面内均一性の悪化を防止することができる。
【００１０】
従来の開口角度を固定したターゲット１０４を用いた場合の膜厚均一性（以後Ｃｐｋと表記する。）の変化に関して説明する。ターゲット１０４の開口角度は０度の場合に評価した。またスパッタ処理には、シリコン（Ｓｉ）ターゲットを使用し、酸素（Ｏ2）を添加し、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を作製した。ターゲット肉厚は、初期状態を６ｍｍとして経過変化によりターゲット使用限度時の肉厚を３ｍｍとし、この３ｍｍの肉厚差によるＳｉＯ2膜成膜時の基板面内のＣｐｋはターゲット使用開始時と比較して、０．３悪化する。ここで、短冊形状ターゲット１２１の肉厚みが３ｍｍとなった際に、Ｃｐｋを初期の状態に復帰させる為には、短冊形状ターゲット１２１の開口角度を約１４度にする必要がある。このため、ターゲットの使用限界の肉厚を３ｍｍより薄くする場合を考慮して、本実施形態の短冊状形状ターゲット１２１は開口角度を０度から２０度まで変動させることができるように構成している。
【００１１】
なお、実施の形態では短冊形状のターゲット１２１が３個で構成された図を用いて説明したが３個以上であれば同様の効果が得られる事はいうまでもない。また、上記では、Ｓｉターゲットを使用しＡｒガスにＯ2を添加したＳｉＯ2膜をスパッタした状態で説明したが、同一のチャンバー内で窒素（Ｎ2）を使用してシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、あるいは、水素（Ｈ2）を使用してＳｉＨ4膜を処理する場合においては、それぞれの膜を成膜する際に均一性の違いを修正するために、それぞれの膜に応じた短冊形状ターゲット１２１の開口角度を任意に変更することが可能である。
【００１２】
（変形例１）
次に、上記実施形態の変形例１を図４を用いて説明する。ここでは、短冊形状ターゲット１２１の角度は予め０度から２０度の間の任意の角度で固定され、各短冊形状ターゲット１２１が、筒形状ターゲット１２０の軸に対して垂直な方向に移動可能に設けられている。当該ターゲット１２０においても、スパッタ処理が進むにつれて、短冊形状ターゲット１２１の肉厚は従来と同様に薄くなる。
【００１３】
上記実施形態で説明したように、短冊形状ターゲット１２１の肉厚は、初期の６ｍｍから使用末期には３ｍｍとなる（図４（ａ）の短冊形状ターゲット１２１の斜線部が除去される）。そのために筒形状ターゲット１２０の内径寸法が大きくなり、スパッタ処理後の基板１０３膜厚面内均一性が悪化していく。例えば、筒形状ターゲット１２０の内径の肉厚が、０．５ｍｍ薄くなるスパッタ処理の積算膜厚に到達した際に、短冊形状ターゲット１２１を、図４（ｂ）のようにして初期の内径肉厚時であった位置すなわち０．５ｍｍ内側に水平移動させる。この際、実施例１同様隣り合った短冊形状ターゲット１２１の間に設置されたガイド１１２により、ＥＣＲプラズマ領域１０５が筒形状ターゲット１２０の裏面側に回り込むことを防止する。
【００１４】
これらの動作により、筒形状ターゲット１２０の内径の寸法を初期状態と一致させることで、肉厚寸法が薄くなったことによる、スパッタ処理後の基板１０３面内の膜厚均一性悪化を防止する事が可能となる。
【００１５】
（変形例２）
次に、実施の形態の変形例２を図５を用いて説明する。図５において１１５はシャッタ、１１６は水晶振動子、１１７はコントローラ（ターゲット駆動手段）である。他の構造は上記実施形態と同一である。
【００１６】
基板１０３にスパッタ処理により成膜を行う前に、基板１０３と筒形状ターゲット１２０との間に設置された、シャッタ１１５にプリスパッタを行い筒形状ターゲット１２０の表面を清浄な状態にする。その際、シャッタ１１５の、基板１０３の中心、および外周部に対応する箇所に設置された水晶振動子１１６により、シャッタ１１５上に堆積する膜の膜厚分布を測定する。当該測定結果に基づいて、コントローラ１１７が筒形状ターゲット１２０の使用開始すなわち筒形状ターゲット１２０の初期状態からの膜厚分布変化量を演算し、予め設定した分布差が生じた場合にコントローラ１１７が短冊形状ターゲット１２１の開口角度の変更を指示し、短冊形状ターゲット１２１を指示開口角度に開口させる。基板１０３へのスパッタ処理の実施前にプリスパッタを実施する際に、同様の動作を繰り返し行うことにより、基板１０３へのスパッタ処理は、常に膜厚面内均一性が安定した状態となる。なお、コントローラ１１７は、水晶振動子１１６により測定された膜厚分布に基づいて、必要に応じて、ターゲット電源１１１が各ターゲットに印加する電力を調整してもよい。
【００１７】
（変形例３）
次に、上記実施形態の変形例３を図５を用いて説明する。ここでは、上記変形例１の筒形状ターゲット１２０を使用する。実施の形態の変形例２と同様に、基板１０３にスパッタ処理により成膜を行う前に、基板１０３とターゲット１０４間に設置された、シャッタ１１５にプリスパッタを行いターゲット１０４表面を清浄な状態にする。その際、シャッタ１１５の、基板１０３の中心、および外周部に対応する箇所に設置された水晶振動子１１６により、シャッタ１１５の上に堆積する膜の膜厚分布を測定する。当該測定結果に基づいて、コントローラ１１７が筒形状ターゲット１２０の使用開始すなわち筒形状ターゲット１２０の初期状態からの膜厚分布変化量を演算し、予め設定した分布差が生じた場合にコントローラ１１７が短冊形状ターゲット１２１の内側への水平移動動作を指示し、短冊形状ターゲット１２１を指示開口部内側寸法すなわち、筒形状ターゲット１２０の初期状態の肉厚寸法まで水平移動させる。基板１０３へのスパッタ処理の実施前にプリスパッタを実施する際に、同様の動作を繰り返し行うことにより、基板１０３へのスパッタ処理は、常に膜厚面内均一性が安定した状態となる。なお、コントローラ１１７は、水晶振動子１１６により測定された膜厚分布に基づいて、必要に応じて、ターゲット電源１１１が各ターゲットに印加する電力を調整してもよい。
【００１８】
なお、以上で説明した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のＥＣＲスパッタ処理装置は、半導体レーザ装置の端面コートプロセスに必要な誘電体膜などの成膜処理装置として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＣＲスパッタ処理装置の概略全体構成を示す断面図
【図２】図１のターゲット部分の一部拡大図
【図３】図１のターゲット部分の開口動作を示す一部拡大図
【図４】図１のターゲット部分の開口動作を示す一部拡大図
【図５】図１のＥＣＲスパッタ処理装置の膜厚測定部分を示す一部拡大図
【図６】従来のＥＣＲスパッタ処理装置の概略全体構成を示す断面図
【符号の説明】
【００２１】
１０１  排気装置
１０２  成膜室
１０３  基板
１０４  ターゲット
１０５  プラズマ領域
１０６  マイクロ波
１０７  マイクロ波導入窓
１０８  マグネトロン
１０９  プラズマ生成室
１１０  Ａｒガス導入管
１１１  ターゲット電源
１１２  ガイド
１１３  ターゲット開口軸
１１４  ガイド溝
１１５  シャッタ
１１６  水晶振動子
１１７  コントローラ
１２０  筒形状ターゲット
１２１  短冊形状ターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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