JPH10121234A - Sputtering device and collimator used therefor - Google Patents

Sputtering device and collimator used therefor

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JPH10121234A
JPH10121234A JP29809696A JP29809696A JPH10121234A JP H10121234 A JPH10121234 A JP H10121234A JP 29809696 A JP29809696 A JP 29809696A JP 29809696 A JP29809696 A JP 29809696A JP H10121234 A JPH10121234 A JP H10121234A
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JP
Japan
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collimator
substrate
target
center
sputtering apparatus
Prior art date
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Application number
JP29809696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Abe
宏幸 阿部
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10121234A publication Critical patent/JPH10121234A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the asymmetry of formed coating by a long distant sputtering method. SOLUTION: The bulkhead 12a of the cell 10 of a collimator 4a is made oblique, and its angle is made wide as it closes from the center part to the circumferential part in the collimator 4a. The bulkhead 12a of the cell 10 of the collimator 4a is made slant in such a manner that the normal of the bulkhead on the circumferential side of the cell 10 orients not to the side of a substrate 2 but to the side of a target 6. In this way, since, in the circumferential part of a wafer 2, the effect of trapping the sputtered particles imparting asymmetry increases and the components at the shallow angles and the components having incident angles in the direction opposite to the gradient direction of the cell bulkhead 12a are hardly trapped, the effect of improving the asymmetry at the hall part is made higher than the case in which the cell bulkhead is vertical.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造に
使われるスパッタリング装置、特にターゲットと成膜さ
れる基板との間に、スパッタ粒子に指向性を与えるコリ
メータを設置したコリメーションスパッタ装置と、それ
に用いるコリメータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering apparatus used for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a collimation sputtering apparatus having a collimator for giving directivity to sputtered particles between a target and a substrate on which a film is formed. It relates to the collimator used.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化と多層配線化によ
り、微細ホールを埋め込む技術が重要になっている。半
導体基板と上層配線間の導通をとるためのコンタクトホ
ールにおいても、低い接触抵抗を得るためにホール底面
にスパッタリング法によるTi(チタン)膜を形成する
のが一般的である。従来のスパッタリング法では、ホー
ル上端部にオーバーハング状の堆積物が発生することに
より、孔径が0.5μm以下で高アスペクト比の微細ホ
ールになると、ホール底面に十分な膜厚のTi膜を形成
することが困難になってしまう。この問題を解決するた
めに、コリメーションスパッタ法、遠距離スパッタ法、
金属膜のCVD法が検討され、一部は量産にも使われ始
めている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and multilayer wiring of semiconductor devices, a technique for filling fine holes has become important. Even in a contact hole for establishing conduction between the semiconductor substrate and the upper wiring, a Ti (titanium) film is generally formed on the bottom surface of the hole by a sputtering method in order to obtain a low contact resistance. In the conventional sputtering method, when an overhanging deposit is generated at the upper end of the hole, a fine hole having a hole diameter of 0.5 μm or less and a high aspect ratio is formed, a sufficiently thick Ti film is formed on the bottom of the hole. Would be difficult to do. In order to solve this problem, collimation sputtering, long-distance sputtering,
The CVD method of a metal film has been studied, and a part thereof has begun to be used for mass production.

【0003】CVD法は原理的に平坦部とホール底面
部、側面部の全てに同じ膜厚の金属膜を形成することが
可能であり、微細ホールのプロセスに有利ではあるが、
原料ガスからの不純物が膜中に取り込まれる問題や、装
置とプロセスガスが高価で、まだ開発段階にあることも
あって、現在は従来のスパッタリング法を改良した手法
の方が主流となっている。
In principle, the CVD method can form a metal film having the same thickness on all of the flat portion, the bottom portion and the side portion of the hole, and is advantageous for the process of fine holes.
Due to the problem of impurities from the source gas being taken into the film and the high cost of equipment and process gas, which is still in the development stage, an improved method of the conventional sputtering method is now the mainstream. .

【0004】コリメーションスパッタ法は、図1に示さ
れるように、成膜を行なおうとする基板2の表面に対し
垂直に近い成分をもつスパッタ粒子のみを透過させる構
造をもつコリメータ4と呼ばれる部品をターゲット6と
基板2の間に設置してスパッタリング成膜を行なう手法
であり(特公平7−116599号公報参照)、従来の
スパッタリング法に比べてホール底部に付着するスパッ
タ粒子の割合(ボトムカバレッジ)を大幅に増加させる
ことができる。8はスパッタ粒子である。
In the collimation sputtering method, as shown in FIG. 1, a component called a collimator 4 having a structure that allows only a sputtered particle having a component almost perpendicular to the surface of a substrate 2 to be formed to pass through is formed. This is a method of performing sputtering film formation by setting the film between the target 6 and the substrate 2 (see Japanese Patent Publication No. Hei 7-116599). Compared with the conventional sputtering method, the ratio of sputter particles attached to the bottom of the hole (bottom coverage) Can be greatly increased. 8 is a sputtered particle.

【0005】通常のコリメーションスパッタ法ではター
ゲット6と基板2の距離は100mm以下に設定され
る。成膜を行なおうとする基板として、例えば6インチ
ウエハを使用すれば、ターゲット6と基板2との距離は
基板2の直径より小さいのが普通である。そして、その
ような通常のコリメーションスパッタ法では、コリメー
タ4でトラップされる割合の分だけ成膜レートが減少す
る問題、コリメータ開口部の目詰りによる成膜レートの
経時変化の問題、さらにはコリメータ4に付着した膜が
剥離し、基板2に付着する問題がある。
In the ordinary collimation sputtering method, the distance between the target 6 and the substrate 2 is set to 100 mm or less. If, for example, a 6-inch wafer is used as a substrate on which a film is to be formed, the distance between the target 6 and the substrate 2 is usually smaller than the diameter of the substrate 2. In such a normal collimation sputtering method, the problem that the film formation rate is reduced by the proportion trapped by the collimator 4, the problem that the film formation rate changes over time due to clogging of the collimator opening, and the collimator 4 There is a problem that the film adhered to the substrate is peeled off and adheres to the substrate 2.

【0006】また、コリメーションスパッタ法には、コ
リメータの単位セル隔壁を基板の法線方向に対して斜め
に設置することにより、基板に入射するスパッタ粒子に
斜めの指向性をもたせるようにする方法も提案されてい
る(特開平7−113172号公報参照)。その方法は
薄膜の結晶配向性を制御することを目的としたものであ
り、傾斜した単位セル隔壁は全て同じ傾斜角を持ってい
る。
In the collimation sputtering method, a unit cell partition of a collimator is installed obliquely with respect to a normal direction of a substrate so that sputtered particles incident on the substrate have oblique directivity. It has been proposed (see JP-A-7-113172). This method aims at controlling the crystal orientation of the thin film, and all the inclined unit cell partition walls have the same inclination angle.

【0007】遠距離スパッタ法はターゲットと基板の距
離を基板の直径以上に離し、成膜時の圧力を従来のスパ
ッタリング法よりも一桁程度下げて成膜を行なうことに
より、基板に対して垂直に近い成分をもつスパッタ粒子
のみを成膜する手法である(特開平6−220627号
公報参照)。遠距離スパッタ法では微細ホールの底面に
堆積する割合が増加し、ターゲットと基板の間に別の部
品を設置することなしにコリメーションスパッタ法と同
様な効果を得ることができる。
[0007] In the long-distance sputtering method, the distance between the target and the substrate is set to be larger than the diameter of the substrate, and the pressure at the time of film formation is reduced by about one digit compared with the conventional sputtering method. This is a technique of forming a film only of sputtered particles having a component close to the above (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-220627). In the long distance sputtering method, the rate of deposition on the bottom surface of the fine hole increases, and the same effect as the collimation sputtering method can be obtained without installing another component between the target and the substrate.

【0008】遠距離スパッタ法ではコリメーションスパ
ッタ法で述べた問題は発生しないが、原理的な原因によ
る問題が発生する。それは微細ホールの底面部及び側面
部の膜厚がウエハの周辺部に行くほど非対称になってし
まうことである。それは次のような理由によるものであ
る。遠距離スパッタにおいては、ボトムカバレッジを大
きくするために、ターゲットの直径は基板の直径より若
干大きくする程度にとどめる必要がある。ターゲットの
直径が大きすぎると基板に対して斜めに入射する粒子が
増加し、ターゲットと基板の距離を離した意味がなくな
るからである。そして、ターゲットと基板が同程度の大
きさである場合には、ウエハの中央部からターゲットを
見込む角度は基板の法線方向を軸にもつ円錐で表わされ
るが、ウエハ周辺部からターゲットを見込む角度はその
点とターゲットの中心を結ぶ線を軸にもつ円錐で表わさ
れることになる。遠距離スパッタ法のような低圧力成膜
では、スパッタ粒子がターゲットと基板の間で散乱され
る確率が小さいため、上記の見込角の違いがそのままウ
エハ上でのスパッタ粒子の入射方向分布に反映され、ウ
エハの周辺部のホールほど中央側の側壁部の膜厚が薄
く、周辺側の側壁部の膜厚が厚くなり、底部の膜も周辺
側ほど厚くなる非対称な分布になってしまうのである
(1995 VMIC Conference P.226 参照)。
Although the problem described in the collimation sputtering method does not occur in the long-distance sputtering method, a problem occurs due to a principle cause. That is, the film thickness of the bottom and side surfaces of the fine hole becomes more asymmetric toward the periphery of the wafer. This is for the following reasons. In long-distance sputtering, the diameter of the target needs to be slightly larger than the diameter of the substrate in order to increase the bottom coverage. If the diameter of the target is too large, the number of particles obliquely incident on the substrate increases, and it becomes meaningless to separate the target from the substrate. When the target and the substrate are substantially the same size, the angle at which the target can be seen from the center of the wafer is represented by a cone having the axis of the normal to the substrate as an axis. Is represented by a cone whose axis is the line connecting the point and the center of the target. In low-pressure deposition such as long-distance sputtering, the probability that the sputtered particles are scattered between the target and the substrate is small, so the above-mentioned difference in the expected angle is directly reflected in the incident direction distribution of the sputtered particles on the wafer. As a result, the thickness of the side wall portion on the center side becomes thinner in the hole at the peripheral portion of the wafer, the thickness of the side wall portion on the peripheral side becomes thicker, and the film on the bottom portion also becomes an asymmetric distribution in which the film becomes thicker on the peripheral side. (See P.226 of the 1995 VMIC Conference).

【0009】コンタクトホールに形成されるTi膜ある
いはTiN(チッ化チタン)膜は、コンタクトホールを
W(タングステン)やAl(アルミニウム)などの膜で
埋め込む際に、Si基板がWやAlあるいは原料ガスと
反応してしまうのを防ぐバリア層として用いられるの
で、コンタクトホール底面の膜厚に薄い部分があるとバ
リア層の機能が果たせなくなる恐れがある。ウエハの周
辺部のホールにおける膜厚の非対称性の問題は、遠距離
スパッタ法において顕著であるが、コリメーションスパ
ッタ法の場合でもターゲットと基板の直径の比率とコリ
メータのアスペクト比の関係によっては同じ問題が発生
することになる。
When a Ti film or a TiN (titanium nitride) film formed in a contact hole is filled with a film such as W (tungsten) or Al (aluminum), the Si substrate is formed of W or Al or a source gas. Is used as a barrier layer for preventing the reaction with the barrier layer. Therefore, if there is a thin portion on the bottom surface of the contact hole, the function of the barrier layer may not be fulfilled. The problem of the asymmetry of the film thickness in the hole at the periphery of the wafer is remarkable in the long-distance sputtering method, but the same problem also occurs in the case of the collimation sputtering method depending on the relationship between the ratio of the diameter of the target to the substrate and the aspect ratio of the collimator. Will occur.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の非対
称性の問題を解決することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem of asymmetry.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、ウエハの周
辺部のホールにおける膜厚の非対称性の問題を解決する
ために、互いに平行に設置されるターゲットと基板との
間にスパッタ粒子に指向性を与えるコリメータを設置
し、ターゲットと基板との距離Lが基板の直径より小さ
く設定された通常のコリメーションスパッタ装置におい
ては、コリメータのアスペクト比mを m=L/(R−r) となるように設定した。ここで、Rはターゲットの半
径、rは基板の半径で、R>rである。通常のコリメー
ションスパッタ装置でコリメータのアスペクト比をこの
ように設定することにより、基板の全ての点でスパッタ
粒子の入射方向の最大値が同じになり、基板の周辺部の
微細ホールにおいてホール側壁部と底面部の膜厚の非対
称性が生じなくなる。
According to the present invention, in order to solve the problem of the asymmetry of the film thickness in a hole at the peripheral portion of a wafer, a sputtered particle is directed between a target and a substrate which are placed in parallel with each other. In a normal collimation sputtering apparatus in which a collimator giving the property is provided and the distance L between the target and the substrate is set smaller than the diameter of the substrate, the aspect ratio m of the collimator is set to m = L / (R−r). Set to. Here, R is the radius of the target, r is the radius of the substrate, and R> r. By setting the aspect ratio of the collimator in this way with a normal collimation sputtering apparatus, the maximum value in the incident direction of the sputtered particles becomes the same at all points of the substrate, and the fine hole in the peripheral portion of the substrate and the side wall portion of the hole. Asymmetry of the film thickness at the bottom portion does not occur.

【0012】また、ターゲットと基板との距離Lが基板
の直径以上に設定される遠距離スパッタ装置において
も、ターゲットと基板との間にコリメータを設置し、そ
のコリメータのアスペクト比mを L/R≦m≦L/(R−r) となるように設定した。そのようなコリメータのアスペ
クト比は、1.0〜1.5が適当である。遠距離スパッタ
装置に設けたコリメータのアスペクト比をこのように設
定することにより、基板の周辺部の微細ホールにおいて
ホール側壁部と底面部の膜厚の非対称性の原因となるス
パッタ粒子をかなりの割合でトラップでき、膜厚の非対
称性を改善することができる。
In a long-distance sputtering apparatus in which the distance L between the target and the substrate is set to be equal to or greater than the diameter of the substrate, a collimator is provided between the target and the substrate, and the aspect ratio m of the collimator is set to L / R. ≦ m ≦ L / (R−r). The aspect ratio of such a collimator is suitably from 1.0 to 1.5. By setting the aspect ratio of the collimator provided in the long-distance sputtering device in this way, a large proportion of sputtered particles that cause asymmetry of the film thickness on the side wall and bottom of the hole in the fine hole around the substrate And the asymmetry of the film thickness can be improved.

【0013】また、非対称性改善の効果を上げるために
コリメータに改良を加えた。そのようなコリメータの好
ましい例は、中心を通る断面で見たときに単位セルの隔
壁が中央ではターゲット及び基板の法線方向と平行であ
り、周辺部では隔壁が傾けられ、かつ、その傾き角度が
中央から周辺に行くにしたがって大きくなっているもの
である。そのコリメータを斜めに傾けられた単位セルの
隔壁の法線がターゲット方向に向くように設置すること
により、膜厚の非対称性の原因となるスパッタ粒子を効
率よくトラップできる。
Further, in order to improve the effect of improving the asymmetry, the collimator has been improved. A preferred example of such a collimator is such that when viewed in a cross-section passing through the center, the partition walls of the unit cell are parallel to the normal direction of the target and the substrate at the center, and the partition walls are inclined at the peripheral portion, and the inclination angle thereof Is increasing from the center to the periphery. By arranging the collimator so that the normal line of the partition wall of the unit cell inclined obliquely faces the target direction, sputter particles that cause asymmetry of the film thickness can be efficiently trapped.

【0014】そのコリメータの厚みを中央から周辺部に
行くにしたがって薄くなるように構成することにより、
コリメータの設置による基板上に成膜される膜厚の不均
一性を補正できる。コリメータの厚みを中央から周辺部
に行くにしたがって薄くなるように構成するのに代え
て、中央から周辺部にわたって厚みが一定のコリメータ
のターゲット側及び基板側の少なくとも一方に、それよ
りも直径の小さいコリメータを中心をほぼ一致させて一
体化させることにより、加工が容易になる。
By making the thickness of the collimator thinner from the center to the periphery,
The unevenness of the film thickness formed on the substrate due to the installation of the collimator can be corrected. Instead of making the thickness of the collimator thinner as going from the center to the periphery, at least one of the target side and the substrate side of the collimator having a constant thickness from the center to the periphery has a smaller diameter than the collimator. Processing is facilitated by integrating the collimator so that the centers are substantially aligned.

【0015】このコリメータの目的は微細ホールのボト
ムカバレッジを向上させることではなく、膜厚の非対称
性をもたらすスパッタ粒子をコリメータでトラップする
ことである。コリメータはアスペクト比に応じて基板に
到達する粒子の入射角度をある範囲に制限する働きを持
っている。ウエハ周辺部において非対対称性をもたらす
のは、その点からターゲットを見込んだ場合の最も遠い
位置近傍から飛来する斜めの入射成分を持つスパッタ粒
子であるので、その最も斜めになる成分の角度からある
程度垂直に近づいた角度以上の入射角を持つ粒子をトラ
ップできるコリメーターを設置すれば、非対称性の改善
が図れる。本発明は、他の特性を劣化させることなく非
対称性を改善するために最適なコリメータの構成を提案
するものである。
The purpose of this collimator is not to improve the bottom coverage of the fine holes, but to trap the sputtered particles causing the film thickness asymmetry by the collimator. The collimator has a function of limiting the incident angle of particles reaching the substrate to a certain range according to the aspect ratio. The non-symmetric property at the wafer periphery is caused by sputtered particles having oblique incident components flying from near the farthest position when the target is viewed from that point. If a collimator capable of trapping particles having an incident angle larger than the angle approaching perpendicular to a certain degree is installed, asymmetry can be improved. The present invention proposes an optimal collimator configuration for improving asymmetry without deteriorating other characteristics.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

(実施例1)図2に最適なコリメータの構成を得るため
の計算に使った幾何学的なモデルを示す。Rとrはそれ
ぞれターゲットと基板の半径であり、Lはターゲットと
基板間の距離である。ターゲット6と基板2は互いに平
行に設置され、コリメータ4の単位セル10の隔壁12
はターゲット6及び基板2の法線と平行になっている。
コリメータ4の単位セル10は孔径がa、深さがbで、
アスペクト比がm(=b/a)とする。コリメータ4は
tanψ=a/bで決まる角度ψ以上の入射粒子をトラッ
プすることになる。コリメータ4を設置しない場合を考
えると、基板2の中央部での入射粒子の角度範囲は tan
θ=R/Lで決まる角度θ以内に全て収まる。ところ
が、基板2の最短部での入射粒子の角度の最大値は、タ
ーゲット6の近い方の端部からは tanφ1=(R−r)
/Lで決まる角度φ1であり、遠い方の端部からは tan
φ2=(R+r)/Lで決まる角度φ2になり、このφ
1とφ2が大きく異なることが非対称性の原因である。
したがって、非対称性を改善するためには少なくともψ
<φ2なる関係が成り立つことが必要である。最も改善
効果が高いのはψ≦φ1なる関係が成り立つ場合であ
り、このときは基板上の全ての点に入射する粒子の角度
の最大値が同じ値になる。
(Embodiment 1) FIG. 2 shows a geometric model used for calculation for obtaining an optimal collimator configuration. R and r are the radii of the target and the substrate, respectively, and L is the distance between the target and the substrate. The target 6 and the substrate 2 are installed in parallel with each other, and the partition 12 of the unit cell 10 of the collimator 4 is provided.
Is parallel to the normal line of the target 6 and the substrate 2.
The unit cell 10 of the collimator 4 has a hole diameter a and a depth b,
The aspect ratio is m (= b / a). Collimator 4
An incident particle having an angle ψ or more determined by tanψ = a / b is trapped. Considering the case where the collimator 4 is not installed, the angle range of the incident particle at the center of the substrate 2 is tan.
All fall within an angle θ determined by θ = R / L. However, the maximum value of the angle of the incident particle at the shortest part of the substrate 2 is tanφ1 = (R−r) from the near end of the target 6.
/ L, and tan from the far end
The angle φ2 is determined by φ2 = (R + r) / L.
The large difference between 1 and φ2 is the cause of the asymmetry.
Therefore, at least ψ
It is necessary that the relationship <φ2 be established. The highest improvement effect is obtained when the relationship of ψ ≦ φ1 is satisfied. In this case, the maximum value of the angles of the particles incident on all points on the substrate becomes the same value.

【0017】表1に、ターゲットサイズ8インチ(R=
100mm)、基板サイズ6インチ(r=75mm)の
場合に、ターゲット6と基板2間の距離Lが50〜25
0mmまで変化させたときに、φ1=ψ,θ=ψ,φ2
=ψなる関係を満たすコリメータのアスペクト比mを一
覧表にしたものを示す。
Table 1 shows that the target size is 8 inches (R =
100 mm) and the substrate size is 6 inches (r = 75 mm), the distance L between the target 6 and the substrate 2 is 50 to 25.
When it is changed to 0 mm, φ1 = と き に, θ = ψ, φ2
Here, a list of the aspect ratios m of the collimator satisfying the relationship of = ψ is shown.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】例えば特開平6−220627号公報で
は、Lが150mm以上の場合を遠距離スパッタと定義
しているが、Lが150mmの場合に非対称性を完全に
なくすためにはアスペクト比が6.0以上のコリメータ
が必要となる。しかし、現在主流のアスペクト比は1.
0〜2.0であることを考えれば、これは極めて非現実
的な値である。ただし、表に示した値はあくまで幾何学
的な計算結果であり、ターゲットから放射されるスパッ
タ粒子の角度分布は考慮していないので、この効果をモ
デルに入れるとφ1=ψ,θ=ψ,φ2=ψなる関係を
満たすコリメータのアスペクト比mは、それぞれ3割程
度小さい値になる。したがって、遠距離スパッタの場合
においてもアスペクト比が1.0〜1.5のコリメータを
ターゲットと基板間に設置すれば、完全ではないまでも
非対称性の改善がかなりの程度まで図れるといえる。
For example, JP-A-6-220627 defines a case where L is 150 mm or more as long-distance sputtering, but when L is 150 mm, in order to completely eliminate asymmetry, an aspect ratio of 6. Zero or more collimators are required. However, the current mainstream aspect ratio is 1.
This is a very unrealistic value given that it is between 0 and 2.0. However, the values shown in the table are merely geometrical calculation results, and the angular distribution of sputtered particles radiated from the target is not taken into account. Therefore, when this effect is included in the model, φ1 = ψ, θ = ψ, The aspect ratio m of the collimator satisfying the relationship of φ2 = φ is about 30% smaller. Therefore, even in the case of long-distance sputtering, if a collimator having an aspect ratio of 1.0 to 1.5 is provided between the target and the substrate, it can be said that the asymmetry can be improved to a considerable extent, if not completely.

【0020】従来のスパッタリング装置にコリメータを
設置した場合には成膜レートが1/5〜1/10程度ま
で低下するが、遠距離スパッタでは元々垂直に近い入射
粒子のみが基板に到達する構成になっているので、コリ
メータを設置しても成膜レートの低下は1/2〜1/3
程度と考えられ、問題はない。
When a collimator is installed in a conventional sputtering apparatus, the film forming rate is reduced to about 1/5 to 1/10, but in a long-distance sputtering, only incident particles which are originally close to vertical reach the substrate. Therefore, even if a collimator is installed, the reduction in the film formation rate is reduced by 1/2 to 1/3.
Considered to be a degree, no problem.

【0021】(実施例2)表1の結果はコリメータ4の
セルの隔壁10が基板2及びターゲット6の法線方向と
平行な構成の場合であるが、非対称性の改善を効率よく
行なうために、コリメータセルの隔壁を斜めにし、その
角度をコリメータの中心部から周辺部に近づくに伴って
大きくなるような構成にする。図3にその断面形状を示
す。コリメータ4aのセル10aの隔壁12aは、コリ
メータセル10aの周辺側の隔壁の法線が、基板2側で
はなくターゲット6側を向くように傾ける。このような
構成にすることにより、ウエハの周辺部では非対称性を
もたらすスパッタ粒子(図2の角度φ2付近の成分)を
トラップする効率が増加し、浅い角度の成分と、セル隔
壁12aの傾斜方向と反対方向の入射角度を持つ成分は
殆どトラップされないことになるので、ホール部の非対
称性の改善効果は、セル隔壁が垂直な場合よりも大きく
なる。基板2の中央部付近ではホール内に成膜される膜
の非対称性はもともと少ないためにセル隔壁12aの傾
きの程度は少なくてすみ、中央では傾きをつける必要は
ない。
(Embodiment 2) The results shown in Table 1 are for the case where the partition 10 of the cell of the collimator 4 is parallel to the normal direction of the substrate 2 and the target 6, but in order to improve the asymmetry efficiently. In addition, the partition wall of the collimator cell is made oblique, and the angle is increased as the distance from the center of the collimator to the peripheral portion increases. FIG. 3 shows the cross-sectional shape. The partition wall 12a of the cell 10a of the collimator 4a is inclined such that the normal line of the partition wall on the peripheral side of the collimator cell 10a faces the target 6 side instead of the substrate 2 side. With such a configuration, the efficiency of trapping sputter particles (components near the angle φ2 in FIG. 2) causing asymmetry at the peripheral portion of the wafer is increased, and the components at a shallow angle and the inclination direction of the cell partition 12a are increased. A component having an incident angle in the opposite direction is hardly trapped, so that the effect of improving the asymmetry of the hole is greater than when the cell partition is vertical. Since the asymmetry of the film formed in the hole is originally small near the center of the substrate 2, the degree of the inclination of the cell partition wall 12a is small, and it is not necessary to incline in the center.

【0022】このようなコリメータ4aの外観図は、例
えば図4のような形状になり、高さが同じで底面積が異
なる多数の金属円錐を同じ高さで切り出したものを中心
が一致するようにお互いに溶接することで作成できる。
The external view of such a collimator 4a has a shape as shown in FIG. 4, for example, in which a large number of metal cones having the same height and different bottom areas are cut out at the same height so that their centers coincide. Can be created by welding to each other.

【0023】(実施例3)遠距離スパッタ装置も含むス
パッタ装置は、コリメータをつけない場合に基板に形成
される膜厚の均一性が良好になるように設計されている
ため、実施例2のように周辺部ほどコリメータでトラッ
プされる粒子の割合が大きくなる場合には、コリメータ
の設置が原因で膜厚の均一性が劣化することになる。そ
のような不均一性を解決するのは、ターゲット裏側に設
置されるマグネット等の設計を最適化することが本質的
な解決手段であるが、大がかりな改造になってしまう。
そこで、簡単な解決策として、図5に示すように実施例
2のコリメータ4aの形状を、中央部ほど厚さを厚くし
てアスペクト比を大きくした構成4a−1にすることに
より、中央付近の成膜レートを周辺部の成膜レートに合
わせることができる。
(Embodiment 3) The sputtering apparatus including the long-distance sputtering apparatus is designed so that the uniformity of the film thickness formed on the substrate is improved when no collimator is provided. When the proportion of particles trapped by the collimator increases in the peripheral portion, the uniformity of the film thickness deteriorates due to the installation of the collimator. In order to solve such non-uniformity, optimizing the design of a magnet or the like installed on the back side of the target is an essential solution, but it is a major modification.
Therefore, as a simple solution, as shown in FIG. 5, the shape of the collimator 4a of the second embodiment is changed to a configuration 4a-1 in which the thickness is increased toward the center and the aspect ratio is increased, so that the vicinity of the center is increased. The film forming rate can be adjusted to the film forming rate in the peripheral portion.

【0024】(実施例4)実施例3のコリメータ4a−
1はかなり複雑な形状をしているので、加工が困難な場
合には、図6のように実施例2のコリメータ4aの中央
付近の片側或いは両側に成膜レートを落すために、直径
がそのコリメータ4aより小さな低アスペクト比のコリ
メータ4aを付加してもよい。このコリメータ4bは、
基板2及びターゲット6の法線方向と平行な構成のもの
でもよいし、図4のコリメータ4aの直径を小さくした
ものでも構わない。
(Embodiment 4) The collimator 4a of Embodiment 3
1 has a considerably complicated shape, and when processing is difficult, the diameter of the collimator 4a of Example 2 is reduced to one or both sides near the center as shown in FIG. A collimator 4a having a smaller aspect ratio than the collimator 4a may be added. This collimator 4b is
A configuration parallel to the normal direction of the substrate 2 and the target 6 or a configuration in which the diameter of the collimator 4a in FIG. 4 is reduced may be used.

【0025】(実施例5)上記の実施例は全て遠距離ス
パッタ法についての場合であるが、発明の目的でも述べ
たようにコリメーションスパッタ法においても遠距離ス
パッタ法ほど極端ではないが、ウエハの周辺部のホール
における膜厚の非対称性の問題は存在する。実施例1で
の計算と同じ手法で非対称性を改善するためのコリメー
タの構成を定めることができる。
(Embodiment 5) Although all of the above embodiments are directed to the long-distance sputtering method, the collimation sputtering method is not as extreme as the long-distance sputtering method as described in the object of the invention. There is a problem of thickness asymmetry in the peripheral holes. The configuration of the collimator for improving the asymmetry can be determined by the same method as the calculation in the first embodiment.

【0026】表2と表3に基板サイズが6インチでター
ゲットサイズがそれぞれ10インチと12インチの場合
に、ターゲットと基板間の距離Lが50〜250mmま
で変化させたときに、φ1=ψ,θ=ψ,φ2=ψなる
関係を満たすコリメータのアスペクト比mを一覧表にし
たものを示す。
Tables 2 and 3 show that when the substrate size is 6 inches and the target sizes are 10 inches and 12 inches, respectively, when the distance L between the target and the substrate is changed from 50 to 250 mm, φ1 = ψ, A list of aspect ratios m of the collimator satisfying the relationship of θ = ψ, φ2 = ψ is shown.

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】[0028]

【数3】 (Equation 3)

【0029】通常のコリメーションスパッタ法ではター
ゲットと基板の距離は100mm以下に設定されるのが
普通であり、φ1=ψを満たすコリメータのアスペクト
比は最大でも2.0であり、現在入手可能となっている
コリメータがそのまま使用できることがわかる。つま
り、ターゲットと基板の半径がそれぞれRとrである場
合には、ターゲットと基板間の距離Lとコリメータのア
スペクト比mをφ1=ψを満たす条件、すなわちm=L
/(R−r)を満たすように設定すれば非対称性の問題
を効率よく解決できることになる。
In a normal collimation sputtering method, the distance between the target and the substrate is usually set to 100 mm or less, and the aspect ratio of a collimator satisfying φ1 = ψ is 2.0 at the maximum, and is now available. It can be seen that the collimator used can be used as it is. That is, when the radii of the target and the substrate are R and r, respectively, the distance L between the target and the substrate and the aspect ratio m of the collimator satisfy φ1 = φ, that is, m = L
If it is set so as to satisfy / (R-r), the problem of asymmetry can be efficiently solved.

【0030】実施例1の説明でも述べたように、遠距離
スパッタ法の場合には上記の関係を満たすコリメータの
アスペクト比は極端に大きいので成膜レートの低下が激
しく非現実的な値となるが、θ=ψすなわちm=L/R
の関係が成り立つようなコリメータを設置した場合で
も、ターゲットから放射されるスパッタ粒子の角度分布
を考慮にいれれば、成膜レートを極端に落とすことな
く、十分な効果が得られる。
As described in the description of the first embodiment, in the case of the long-distance sputtering method, since the aspect ratio of the collimator satisfying the above relationship is extremely large, the rate of film formation is drastically reduced, which is an unrealistic value. Is θ = ψ, that is, m = L / R
Even if a collimator that satisfies the relationship is established, a sufficient effect can be obtained without drastically reducing the film forming rate if the angular distribution of sputter particles emitted from the target is taken into consideration.

【0031】逆にm≦L/Rの場合は、成膜レートの低
下は少ないが非対称性の改善効果は少なくなる。したが
って、遠距離スパッタ法の場合には、コリメータのアス
ペクト比mをL/R≦m≦L/(R−r)なる関係が成
り立つような値のものを設置することにより、非対称性
の問題を解決できることになる。
On the other hand, when m ≦ L / R, the effect of improving the asymmetry is reduced although the decrease in the film formation rate is small. Therefore, in the case of the long-distance sputtering method, the problem of asymmetry can be solved by setting the aspect ratio m of the collimator to a value satisfying the relationship of L / R ≦ m ≦ L / (R−r). It can be solved.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明では、通常のコリメーションスパ
ッタ装置でコリメータのアスペクト比mを所定の値に設
定したので、基板の全ての点でスパッタ粒子の入射方向
の最大値が同じになり、基板の周辺部の微細ホールにお
いてホール側壁部と底面部の膜厚の非対称性が生じなく
なる。遠距離スパッタ装置にもコリメータを設け、その
コリメータのアスペクト比を所定の範囲に設定すること
により、基板の周辺部の微細ホールにおいてホール側壁
部と底面部の膜厚の非対称性の原因となるスパッタ粒子
をかなりの割合でトラップでき、膜厚の非対称性を改善
することができるようになる。また、コリメータに改良
を加えることにより、膜厚の非対称性の原因となるスパ
ッタ粒子を効率よくトラップできるようにしたり、コリ
メータの設置による基板上に成膜される膜厚の不均一性
を補正できる。
According to the present invention, since the aspect ratio m of the collimator is set to a predetermined value in a normal collimation sputtering apparatus, the maximum value in the incident direction of sputtered particles becomes the same at all points of the substrate, and In the peripheral fine hole, asymmetry of the film thickness between the hole side wall portion and the bottom portion does not occur. A collimator is also provided in the long-distance sputtering device, and the aspect ratio of the collimator is set within a predetermined range. A significant proportion of the particles can be trapped and the asymmetry of the film thickness can be improved. In addition, by improving the collimator, it is possible to efficiently trap sputter particles that cause asymmetry of the film thickness, and to correct the nonuniformity of the film thickness formed on the substrate due to the installation of the collimator. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】コリメーションスパッタ装置を概略的に示す正
面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view schematically showing a collimation sputtering apparatus.

【図2】最適なコリメータの構成を得るための計算に使
った幾何学的なモデルを示すコリメーションスパッタ装
置の概略正面断面図である。
FIG. 2 is a schematic front sectional view of a collimation sputtering apparatus showing a geometric model used for calculation for obtaining an optimal collimator configuration.

【図3】好ましいコリメータを備えたコリメーションス
パッタ装置の一実施例を概略的に示す正面断面図であ
る。
FIG. 3 is a front sectional view schematically showing an embodiment of a collimation sputtering apparatus provided with a preferable collimator.

【図4】同実施例におけるコリメータを示す概略斜視図
である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a collimator in the embodiment.

【図5】他の好ましいコリメータを備えたコリメーショ
ンスパッタ装置の実施例を概略的に示す正面断面図であ
る。
FIG. 5 is a front sectional view schematically showing an embodiment of a collimation sputtering apparatus provided with another preferred collimator.

【図6】さらに他の好ましいコリメータを備えたコリメ
ーションスパッタ装置の実施例を概略的に示す正面断面
図である。
FIG. 6 is a front sectional view schematically showing an embodiment of a collimation sputtering apparatus provided with still another preferred collimator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 基板 4,4a,4a−1,4b コリメータ 6 ターゲット 8 スパッタ粒子 10,10a 単位セル 12,12a 単位セルの隔壁 2 Substrate 4, 4a, 4a-1, 4b Collimator 6 Target 8 Sputtered particle 10, 10a Unit cell 12, 12a Partition wall of unit cell

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに平行に設置されるターゲットと成
膜される基板との間に、スパッタ粒子に指向性を与える
コリメータを設置したコリメーションスパッタ装置にお
いて、 ターゲットと基板との距離Lが基板の直径より小さく設
定されており、 ターゲットの半径をR、基板の半径をr(R>r)とし
たとき、前記コリメータのアスペクト比mが m=L/(R−r) となるように設定されていることを特徴とするコリメー
ションスパッタ装置。
In a collimation sputtering apparatus in which a collimator for giving directivity to sputtered particles is provided between a target placed in parallel with a target and a substrate on which a film is formed, a distance L between the target and the substrate is equal to a diameter of the substrate. When the radius of the target is R and the radius of the substrate is r (R> r), the aspect ratio m of the collimator is set to be m = L / (R−r). A collimation sputtering apparatus.
【請求項2】 互いに平行に設置されるターゲットと成
膜される基板との間に、スパッタ粒子に指向性を与える
コリメータを設置したコリメーションスパッタ装置にお
いて、 ターゲットと基板との距離Lが基板の直径以上に設定さ
れた遠距離スパッタ装置であり、 ターゲットの半径をR、基板の半径をr(R>r)とし
たとき、前記コリメータのアスペクト比mが L/R≦m≦L/(R−r) となるように設定されていることを特徴とするコリメー
ションスパッタ装置。
2. A collimation sputtering apparatus in which a collimator for giving directivity to sputter particles is provided between a target placed in parallel with a substrate and a substrate on which a film is formed, wherein a distance L between the target and the substrate is equal to a diameter of the substrate. In the long-distance sputtering apparatus set as above, where the radius of the target is R and the radius of the substrate is r (R> r), the aspect ratio m of the collimator is L / R ≦ m ≦ L / (R− r) A collimation sputtering apparatus characterized in that:
【請求項3】 前記コリメータは、中心を通る断面で見
たときに単位セルの隔壁が中央ではターゲット及び基板
の法線方向と平行であり、周辺部では隔壁が傾けられ、
かつ、その傾き角度が中央から周辺に行くにしたがって
大きくなっているものであり、 そのコリメータは斜めに傾けられた単位セルの隔壁の法
線がターゲット方向に向くように設置されている請求項
1又は2に記載のコリメーションスパッタ装置。
3. The collimator according to claim 1, wherein a partition wall of the unit cell is parallel to a normal direction of the target and the substrate at the center when viewed in a cross section passing through the center, and the partition wall is inclined at a peripheral portion.
2. The collimator according to claim 1, wherein the inclination angle increases from the center to the periphery, and the collimator is installed such that a normal line of a partition wall of the unit cell inclined obliquely faces the target direction. Or the collimation sputtering apparatus according to 2.
【請求項4】 前記コリメータは、その厚みが中央から
周辺部に行くにしたがって薄くなっている請求項3に記
載のコリメーションスパッタ装置。
4. The collimation sputtering apparatus according to claim 3, wherein the thickness of the collimator decreases from the center to the periphery.
【請求項5】 前記コリメータは、中央から周辺部にわ
たって厚みが一定のコリメータのターゲット側及び基板
側の少なくとも一方に、それよりも直径の小さいコリメ
ータを中心をほぼ一致させて一体化させたものである請
求項3に記載のコリメーションスパッタ装置。
5. The collimator according to claim 1, wherein a collimator having a smaller diameter is integrated with at least one of a target side and a substrate side of the collimator having a constant thickness from the center to the peripheral portion so that the center of the collimator is substantially aligned with the center. The collimation sputtering apparatus according to claim 3.
【請求項6】 コリメーションスパッタ装置で用いられ
るコリメータであり、中心を通る断面で見たときに単位
セルの隔壁が中央ではターゲット及び基板の法線方向と
平行であり、周辺部では隔壁が傾けられ、かつ、その傾
き角度が中央から周辺に行くにしたがって大きくなって
いることを特徴とするコリメータ。
6. A collimator used in a collimation sputtering apparatus, wherein a partition wall of a unit cell is parallel to a normal direction of a target and a substrate at the center when viewed in a cross section passing through the center, and the partition wall is inclined at a peripheral portion. A collimator characterized in that the inclination angle increases from the center to the periphery.
【請求項7】 厚みが中央から周辺部に行くにしたがっ
て薄くなっている請求項6に記載のコリメータ。
7. The collimator according to claim 6, wherein the thickness decreases from the center to the periphery.
【請求項8】 中央から周辺部にわたって厚みが一定の
コリメータの開口を有する面の少なくとも一方に、それ
よりも直径の小さいコリメータを中心をほぼ一致させて
一体化させたものである請求項6に記載のコリメータ。
8. The method according to claim 6, wherein a collimator having a diameter smaller than that of the collimator is integrated with at least one of the surfaces having the opening of the collimator having a constant thickness from the center to the periphery with the center substantially coincident with the center. The collimator described.
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