基板処理装置および半導体装置の製造方法
【課題】ターゲットの角度を調整可能な基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、イオンを発生させるイオン源と、該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、該ターゲットを保持するターゲットホルダと、前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、を有している。ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積させる。
【解決手段】基板処理装置は、イオンを発生させるイオン源と、該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、該ターゲットを保持するターゲットホルダと、前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、を有している。ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法において、半導体装置を作り込む基板に薄膜を形成する基板処理装置としては、真空容器内にスパッタリング装置を設けたもの、がある。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スパッタリング装置のターゲットの角度を調整することができないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、ターゲットの角度を調整することができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
この手段によれば、ターゲットの角度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態である基板処理装置を示す正面図である。
【図２】その平面図である。
【図３】その側面断面図である。
【図４】イオン源を示す側面断面図である。
【図５】ターゲットチャックを示しており、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図６】ＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
【図７】入射角度別スパッタ粒子分布図である。
【図８】ターゲットの傾斜角度調整状態を示す各側面図である。
【図９】本発明の第二実施形態である基板処理装置のターゲットチャックを示す側面断面図である。
【図１０】本発明の第三実施形態である基板処理装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図１１】本発明の第四実施形態である基板処理装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
図１〜図８は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、半導体装置の一例であるＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory)を製造するものとして構成されている。
ＭＲＡＭはスピン注入磁化反転方式を利用したメモリーである。ＭＲＡＭの製造方法においては、数原子層レベルの薄膜を積層して、ＭＴＪ（Magnetic tunnel Junction) 素子を作製する。絶縁膜（目標値で１ｎｍ以下のＭｇＯ膜（酸化マグネシウム膜））を電子の反転を利用するための磁性膜（ＣｏＦｅＢ膜）によって挟んだ極薄膜が、膜の中心部分である。
本実施形態に係る基板処理装置は、基板としてのシリコンウエハ（以下、ウエハという）に複数の薄膜を積層する。
【００１０】
図１〜図３に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、直方体函形状に形成された第一収納容器としての第一真空容器１１を備えており、第一真空容器１１は処理室１２を構成している。第一真空容器１１の正面壁には、処理室１２に基板としてのウエハ１を搬入したり搬出するための開口１３が設けられている。開口１３はゲートバルブ１４によって開閉される。
【００１１】
処理室１２の右側壁にはチルト装置１５が設置されている。チルト装置１５はチルト軸１６を所定角度旋回可能に構成されており、例えば、９０度だけ往復回転させる。チルト軸１６は処理室１２内に挿入されている。チルト軸１６はチルトブロック１７を処理室１２内において支持する。チルトブロック１７には基板ホルダとしてのウエハホルダ１８が配置されている。チルトブロック１７内には回転装置１９が設置されている。回転装置１９はウエハホルダ１８を回転させる。
チルト装置１５はウエハホルダ１８が保持したウエハ１を、水平姿勢と垂直姿勢との間でチルトさせる。
処理室１２の底壁には昇降装置２０が設置されている。昇降装置２０は処理室１２内に配置された邪魔板２１を昇降させる。邪魔板２１はチルトブロック１７の背面側に配置されており、昇降装置２０によって昇降される。
【００１２】
第一真空容器１１の背面壁には、直方体函形状に形成された第二収納容器としての第二真空容器２２が連結されている。第二真空容器２２はターゲット室２３を構成している。ターゲット室２３の容積は処理室１２の容積よりも大きい。すなわち、処理室１２の容積はターゲット室２３の容積よりも小さい。
第一真空容器１１と第二真空容器２２との合わせ壁は、処理室１２とターゲット室２３とを仕切る隔壁２４を構成している。隔壁２４には連通孔２５が所定の位置に設けられている。所定の位置は、後述するターゲットに照射されて反射したイオンの一部が通過し、他部が隔壁２４の壁面に衝突する位置、である。
第二真空容器２２の背面壁下部には、第一真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ２６と、第二真空ポンプとしてのクライオポンプ２７が設置されている。ターボ分子ポンプ２６およびクライオポンプ２７はターゲット室２３、処理室１２および後述するイオン源室を排気する。
【００１３】
第二真空容器２２の背面壁の上部には回転装置２８が水平方向に設置されている。回転装置２８の回転軸２９はターゲット室２３に前後方向に延在するように水平に挿入されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０をターゲット室２３内で支持している。
ターゲットホルダ３０は錐形状で形成されている。具体的にはターゲットホルダ３０は、八角錐（八方錐）台（切頭八角錐）形状に形成されており、錐の回転軸線（頂点の垂線）３１に回転軸２９が連結されている。図３に示されているように、錐の回転軸線３１と錐面３２とがなす夾角３３は鋭角で設定され、例えば４５度に設定されている。すなわち、回転軸線３１と直交する面３１Ａと錐面３２とがなす夾角３３Ａは、４５度である。
錐面３２は台形形状の側壁面３４を８枚備えている。８枚の側壁面３４は周方向に等間隔にそれぞれ位置している。８枚の側壁面３４には角度調整部としてのターゲットチャック３５が１台ずつ設置されている。図５に示されているように、ターゲットチャック３５はターゲット３６に対して傾斜可能に保持する。側壁面３４に平行に保持されたターゲット３６は、回転軸２９に対して４５度分傾斜する。ターゲット３６は、平板状の正方形で形成されている。
隣り合うターゲット３６、３６の隣接する一端同士は、鋭角としての４０度の夾角を構成する。つまり、隣接するターゲット３６、３６間の間隙が、回転軸線３１を直交する面３１Ａ側の方が回転軸末端側より大きく形成されている。したがって、隣り合うターゲット３６、３６同士は、充分な間隙を挟む。
なお、第二真空容器２２は回転軸線より下方に配置されている。
【００１４】
第二真空容器２２の底壁には射出孔３９が設けられている。第二真空容器２２の底壁下面にはイオン源４０が設置されている。射出孔３９の上方にはターゲット３６が位置する。４５度傾斜したターゲット３６は射出孔３９と連通孔２５とに対向する。
【００１５】
図４に示されているように、イオン源４０はイオン源室４１、フィラメント４２、平板状の加速電極４３、平板状の減速電極４４を備えている。
イオン源室４１内はターゲット室２３に射出孔３９によって連通している。フィラメント４２はイオン源室４１内に設けられる。加速電極４３および減速電極４４は射出孔３９を横断するように設けられる。加速電極４３および減速電極４４はフィラメント４２に対向する。フィラメント４２にはフィラメント電源およびアーク電源から電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には加速電源および減速電源から電圧が印加される。
加速電極４３および減速電極４４は耐熱金属、例えば、モリブデン（Ｍｏ）によって形成される。加速電極４３と減速電極４４とは所定間隙ｄを置いて平行に配される。加速電極４３は多数個の加速通過孔４３ａを有する。減速電極４４は多数個の減速通過孔４４ａを有する。
減速通過孔４４ａは対向する加速通過孔４３ａに対して、軸心がずれる（偏心する）ようにそれぞれ配置される。この配置は、加速電極４３からのイオンビーム４５を偏向させるので、図４に示されているように、イオンビーム４５はターゲット３６上において収束する。イオンビーム４５の収束は、イオンビーム密度（電流密度）を高め、成膜速度を増大させるので、不純物の発生を抑制し、ウエハ１の汚染を防止する。また、この配置は、ターゲット３６を小型化し、イオン源４０を小型化する。
【００１６】
イオン源４０にはガス供給源５０が接続されている。ガス供給源５０はイオン化されるガスをイオン源室４１内に供給する。ガスとしては、通常、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
アルゴンガスがイオン源室４１内に供給され、フィラメント４２にアーク電力が供給されると、フィラメント４２とイオン源室４１の側壁との間においてアーク放電が起こる。このアーク放電により、アルゴンのプラスイオン（以下、アルゴンイオンという）と電子とが混在した状態（プラズマ状態）になる。加速電極４３および減速電極４４はアルゴンイオンに運動エネルギを与えることにより、アルゴンイオンを加速通過孔４３ａと減速通過孔４４ａとを通して、ターゲット室２３内に引き出す。
ターゲット室２３に引き出されたアルゴンイオンは、イオンビーム４５となってターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５は、ターゲット３６の構成材料を成分とする粒子（以下、スパッタ粒子という）４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は大きな平均自由行程でターゲット室２３および処理室１２内を飛翔し、処理室１２内のウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ターゲット３６の構成材料を成分とする薄膜を形成する。
【００１７】
図５はターゲットチャックの第一実施形態を示している。
ターゲットチャック３５はボス５１を備えており、ボス５１はターゲットホルダ３０内から側壁面３４に直交するように突き出されている。ボス５１にはボールジョイント５２の一端が三次元方向に回転可能に連結されている。側壁面３４にはベローズ５３が設置されている。ベローズ５３の両端には内側フランジ５４と外側フランジ５５が配置されている。内側フランジ５４は側壁面３４に固定されており、外側フランジ５５には長方形平盤形状のターゲット保持体としてのバッキングプレート５６がねじ５７ａでねじ止めされて、固定されている。バッキングプレート５６の中心であって内面にはボールジョイント５２の他端が固定されており、バッキングプレート５６の外面にはターゲット３６が溶着されている。ベローズ５３、内側フランジ５４、外側フランジ５５により、ボス５１およびボールジョイント５２、冷却水継手５９はターゲット室２３内の雰囲気から隔離されている。
バッキングプレート５６の両端部には一対の調整ボルト５７、５７が位置調整可能にねじ込まれている。一対の調整ボルト５７、５７のねじ込み量を調整することにより、バッキングプレート５６に溶着されたターゲット３６の傾斜角度を調整することができる。
バッキングプレート５６の内部には冷却水路５８が形成されており、冷却水路５８には冷却水継手５９が接続されている。冷却水が冷却水路５８を流れることにより、バッキングプレート５６およびターゲット３６は冷却される。
【００１８】
図３に示されているように、基板処理装置１０はコントローラ６０を備えており、コントローラ６０はパーソナルコンピュータまたはパネルコンピュータ等によって構成されている。コントローラ６０はチルト装置１５、ウエハホルダ１８、回転装置１９、昇降装置２０、ターボ分子ポンプ２６、クライオポンプ２７、回転装置２８、イオン源４０およびガス供給源５０等々を制御する。
【００１９】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を、前記構成に係る基板処理装置を使用したＳＰＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) の製造方法における薄膜形成工程について説明する。
ＳＰＲＡＭはＭＲＡＭの一種であり、スピン注入磁化反転するものである。
図６はＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
この成膜例では、ＳｉＯ2 （二酸化珪素）もしくはＳｉ（シリコン）材で構成されるウエハ上に、Ｔａ（タングステン）膜、Ｔａ膜上にＰｔＭｎ膜、その上にＣｏＦｅ膜、第一のＲｕ（ルテニウム）膜、第一のＣｏＦｅＢ膜、ＭｇＯ膜、第二のＣｏＦｅＢ膜、第二のＴａ膜、第二のＲｕ膜の順に積層され、トータル６種類の膜種にて９層の金属膜が積層される。
【００２０】
以下の基板処理装置の作動はコントローラ６０が制御する。
初期状態において、ゲートバルブ１４は開口１３を閉じている。チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に維持し、ウエハホルダ１８を解除している。回転装置１９は停止している。昇降装置２０は邪魔板２１を下限に位置させている。
ターゲットホルダ３０はホームポジションを維持している。すなわち、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６を保持したターゲットチャック３５をイオン源４０に対向させている。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、クライオポンプ２７の排気により１０-5Ｐａ（パスカル）以上１０-7Ｐａ以下に維持されている。
【００２１】
ウエハローディングステップにおいて、コントローラ６０はクライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下に維持する。ゲートバルブ１４の動作により開口１３を開く。ウエハ移載装置（図示せず）はウエハ１を処理室１２内へ予備室（図示せず）から搬入し、ウエハホルダ１８上に移載する。ウエハホルダ１８はウエハ１を保持する。
【００２２】
減圧ステップにおいて、コントローラ６０はゲートバルブ１４によって開口１３を閉じた後に、ターボ分子ポンプ２６からクライオポンプ２７に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１を１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下の内圧から１０-6Ｐａに真空引きする。
次いで、クライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６へ切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０-7Ｐａに維持する。
【００２３】
成膜（Ｔａ）ステップにおいて、ガス供給源５０はアルゴンガスをイオン源室４１に供給する。フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加される。必要に応じて、中和電源がＯＮされる。
チルト装置１５はチルトブロック１７を処理位置である垂直姿勢に移行させる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電力が供給されると、イオン源４０はイオンビーム４５をＴａで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＴａで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、Ｔａ膜を形成する。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０-2Ｐａに維持されている。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０-2Ｐａ以上１０-3Ｐａ以下に維持される。
【００２４】
次の成膜（ＰｔＭｎ）ステップにおいて、回転装置２８はターゲットホルダ３０を回転して、ＰｔＭｎのターゲット３６をイオン源４０およびウエハ１に対向させる。必要に応じて、フィラメント４２の電力値を変更し、加速電極４３および減速電極４４の電圧値を変更する。
続いて、必要に応じて、供給量が調整されて、アルゴンガスがイオン源室４１に供給され、フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加され、必要に応じて、中和電源がＯＮされる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。必要に応じて、昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電源がＯＮされると、イオン源４０はイオンビーム４５をＰｔＭｎで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＰｔＭｎで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１のＴａ膜上に付着する。ウエハ１のＴａ膜上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ＰｔＭｎ膜を形成する。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。
【００２５】
以降、コントローラ６０は使用するターゲット３６を前述した成膜ステップに準じて切り替えることにより、ウエハ１上に図６に示された各種の膜を順次成膜して積層する。
【００２６】
最後の成膜ステップとして、第二のＲｕ膜成膜ステップが終了すると、コントローラ６０はウエハアンローディグステップを実施する。
ウエハアンローディングステップにおいては、フィラメント４２への電力供給が停止され、加速電極４３および減速電極４４への電圧印加が停止され、必要に応じて、中和電源がＯＦＦされると、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６をホームポジションに戻す。回転装置１９が回転を停止し、昇降装置２０が邪魔板２１を下限位置に下降させると、チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に移行させる。イオン源室４１へのアルゴンガスの供給を停止する。この時、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が１０-5Ｐａ以上１０-7Ｐａ以下に維持される。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が、１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下に維持されると、ゲートバルブ１４は開口１３を開く。ウエハ移載装置は処理済のウエハ１をウエハホルダ１８上からピックアップし、処理室１２内から予備室へ搬出する（ウエハアンローディグする）。
【００２７】
図７はイオンビームの入射角度別スパッタ粒子の角度分布を示している。
図７において、黒丸は実験値を示しており、白丸はコンピュータシミュレーションによる値を示している。
図７（ａ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｂ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角６０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｃ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角８０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｄ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｅ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角６０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｆ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角８０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７によれば、入射角度によってスパッタ粒子の角度分布が異なることが判る。
これは、入射角度の変更によりスパッタ粒子の角度分布を変更可能であることを意味する。
また、ターゲットの種類によってイオンビームの入射角度に対するスパッタ粒子の飛散角度や分布が異なることが知られている。
そこで、図８に示されているように、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整して、ターゲット３６に対するイオンビーム４５の入射角度Θを選定することにより、スパッタ粒子の角度分布を制御することが考えられる。
図８（ａ）は、ターゲットチャック３５をイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角度Θが増加（４５度超）する方向に調整した場合を示している。
図８（ｂ）は、ターゲットチャック３５をイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角度Θが減少（４５度未満）する方向に調整した場合を示している。
例えば、ターゲット３６の構成成分（Ｔａ、ＰｔＭｎ）に対応して、入射角度を選定することにより、スパッタ粒子分布を最適値に制御し、もって、スパッタリング成膜（Ｔａ膜、ＰｔＭｎ膜）の成膜レートおよび膜厚分布均一性を向上させることができる。
【００２８】
ところで、イオンビームのアルゴンイオンは高運動エネルギを有するため、ターゲットにおいて反射したアルゴンイオン（以下、反跳粒子という）がウエハに衝突すると、ウエハに悪影響を及ぼすので、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することが望ましい。
一般に、反跳粒子はスパッタ粒子分布と似た分布を持つ、と考えられている。
そこで、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整して、ターゲット３６に対するイオンビーム４５の入射角度Θを選定することにより、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することができる。すなわち、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整することにより、ウエハ上における反跳粒子分布が無くなるように、または、極めて少なくなるように制御する。
【００２９】
イオンビームは高運動エネルギを有するため、イオンビームがターゲットに衝突すると、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度は上昇する。
そこで、冷却水をバッキングプレート５６内に敷設された冷却水路５８に流すことにより、バッキングプレート５６およびターゲット３６を冷却し、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止する。好ましくは、冷却はイオンビームがターゲットに照射されている時に限らず、常時実施する。
なお、ターゲットホルダ３０内が大気圧に維持されているので、冷却水継手５９は真空環境に晒されていない。したがって、冷却水継手５９にリークが発生しても、冷却水がターゲット室２３に浸入することはない。つまり、冷却水継手５９のシール構造を簡素化することができるし、冷却水継手５９に接続する冷却水配管を樹脂等によって形成することができる。
他面、第二真空容器２２内に大気圧を確保するターゲットホルダ３０を構築するので、重量およびコストが増加する。
【００３０】
前記実施形態によれば、次の効果のうち、少なくとも１つ以上の効果が得られる。
【００３１】
1) ターゲットチャックによってターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる。
【００３２】
2) ターゲットチャックによってターゲットの傾斜角度を調整することにより、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することができるので、反跳粒子のウエハへの悪影響を防止することができる。
【００３３】
3) 冷却水をバッキングプレート内に敷設された冷却水路に流すことにより、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止することができる。
【００３４】
4) 冷却水継手を真空環境に晒さないので、真空環境への浸水を防止することができ、また、冷却水継手および冷却水配管を簡素化することができる。
【００３５】
5) 錐形状のターゲットホルダであって、錐面において複数のターゲットを保持するターゲットホルダを備えているので、ターゲット室の容積を小さくすることができ、スループットの向上やフットプリント拡大の抑制をすることができる。また、複数のターゲット間に充分な間隙を挟むことができるので、種類の異なるターゲットが隣接設置された場合にも、クロスコンタミネーションを抑制することができる。
【００３６】
図９は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態は第一実施形態とターゲットチャック、回転軸、ターゲットホルダの形態が異なる。すなわち、本実施形態に係るターゲットチャック３５Ａはブラケット６１を備えており、ブラケット６１はターゲットホルダ３０の側壁面３４に固定されている。ブラケット６１には気密容器からなるケース６２がヒンジ６３によって回動可能に支持されており、ケース６２は調整ボルト６４によってブラケット６１に位置規制される。ケース６２の気密室には大気圧配管６５の一端が接続されており、大気圧配管６５の他端は回転軸２９内を経由して大気に連通されている。ケース６２の外側主面にはバッキングプレート５６が固定されており、バッキングプレート５６の冷却水継手５９に接続された冷却水配管６６は、ケース６２の側壁を貫通して真空室であるターゲット室２３内に引き出されて、回転軸２９内に形成された冷却水路６７に接続されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０の錐の回転軸線（頂点の垂線）上を貫通して設けられている。回転軸２９の末端には冷却水路６７が設けられており、冷却水路６７は、回転軸２９の軸内、軸心をつたってターゲット室２３外の冷却水系統に接続されている。回転軸２９に冷却水路６７より基端側には、大気圧配管６５が接続される大気路６７Ａが設けられている。大気路６７Ａは回転軸２９の軸内であって、冷却水路６７よりも外周側を軸方向につたって、ターゲット室２３外の大気と連通されている。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することができるので、スパッタ粒子分布および反跳粒子分布を制御することができる。
また、冷却水をバッキングプレート内に敷設された冷却水路に流すことができるので、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止することができる。
本実施形態においては、ターゲットホルダを気密容器構造に構築しないで済むので、構造およびメンテナンスを簡単化することができる。他面、冷却水がリークすると、真空環境へ浸水してしまう。
【００３７】
図１０は本発明の第三実施形態を示している。
第三実施形態が第一実施形態と異なる点は、八角柱形状に形成されたターゲットホルダ３０Ａの各側壁面３４Ａにターゲットチャック３５がそれぞれ設置されている点、ターゲットホルダ３０Ａおよびウエハホルダ１８がターゲット室２３に共に設置されている点、である。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる等、第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図１１は本発明の第四実施形態を示している。
第四実施形態が第一実施形態と異なる点は、四角柱形状に形成されたターゲットホルダ３０Ｂの各側壁面３４Ｂにターゲットチャック３５がそれぞれ設置されている点、ターゲットホルダ３０Ｂおよびウエハホルダ１８がターゲット室２３に共に設置されている点、である。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる等、第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４０】
例えば、ターゲットホルダは、八角錐（八角錐台を含む。他の錐も同じ）に形成するに限らず、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐、七角錐等々のように多角錐に形成してもよいし、円錐に形成してもよい。
また、ターゲットホルダは、八角柱または四角柱に形成するに限らず、三角柱、五角柱、六角柱、七角柱等々のように多角柱に形成してもよいし、円柱に形成してもよい。
【００４１】
ターゲット間の汚染防止等のために、ターゲットをターゲットホルダに一つ置きに配置してもよい。例えば、異なる材質のターゲットを一つ置きに配置することは、複数種の膜を積層する場合に有効である。
しかし、ターゲットホルダの高速回転の点では不利になる。
【００４２】
ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は、各ターゲット毎に相異させてもよい。ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は基本的には４５度であるが、他方で、ターゲットの傾斜角度は均一性等を考慮した成膜条件の一つであるとも考えられる。したがって、ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は、例えば、ターゲットの材質によって最適値を選択することが望ましい。
【００４３】
基板はウエハに限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等であってもよい。
【００４４】
本発明の好ましい態様を付記する。
（１）イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
（２）ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積する、半導体装置の製造方法。
（３）前記ターゲットホルダは、横断面形状の外郭線が、回転軸からの距離が相対的に長い第一領域と前記回転軸からの距離が相対的に短い第二領域とを複数有し、縦断面形状の外郭線の一部が前記基板ホルダ側に近づくに従って漸次前記回転軸からの距離を短くしている前記第二領域で前記ターゲットを保持するように構成されている（１）の基板処理装置。
（４）前記ターゲットホルダは、前記第二領域に前記ターゲットを載置するターゲット載置部と、該ターゲット載置部を冷却する冷却部とを有する（３）の基板処理装置。
【符号の説明】
【００４５】
１…ウエハ（基板）、
１０…基板処理装置、１１…第一真空容器、１２…処理室、１３…開口、１４…ゲートバルブ、
１５…チルト装置、１６…チルト軸、１７…チルトブロック、１８…ウエハホルダ（基板ホルダ）、１９…回転装置、
２０…昇降装置、２１…邪魔板、
２２…第二真空容器、２３…ターゲット室、２４…隔壁、２５…連通孔、２６…ターボ分子ポンプ（第一真空ポンプ）、２７…クライオポンプ（第二真空ポンプ）、２８…回転装置、２９…回転軸、３０、３０Ａ、３０Ｂ…ターゲットホルダ、３１…回転軸線（頂点の垂線）、３１Ａ…回転軸線と直交する面、３２…錐面、３３、３３Ａ…夾角、３４、３４Ａ、３４Ｂ…側壁面、３５、３５Ａ…ターゲットチャック、３６…ターゲット、
３９…射出孔、４０…イオン源、４１…イオン源室、４２…フィラメント、４３…加速電極、４４…減速電極、４３ａ…加速通過孔、４４ａ…減速通過孔、４５…イオンビーム、４６…スパッタ粒子（ターゲット成分粒子）、
５０…ガス供給源、
５１…ボス、５２…ボールジョイント、５３…ベローズ、５４…内側フランジ、５５…外側フランジ、５６…バッキングプレート、５７…調整ボルト、５８…冷却水路、５９…冷却水継手、
６０…コントローラ、６１…ブラケット、６２…ケース、６３…ヒンジ、６４…調整ボルト、６５…大気圧配管、６６…冷却水配管、６７…冷却水路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法において、半導体装置を作り込む基板に薄膜を形成する基板処理装置としては、真空容器内にスパッタリング装置を設けたもの、がある。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スパッタリング装置のターゲットの角度を調整することができないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、ターゲットの角度を調整することができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
この手段によれば、ターゲットの角度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態である基板処理装置を示す正面図である。
【図２】その平面図である。
【図３】その側面断面図である。
【図４】イオン源を示す側面断面図である。
【図５】ターゲットチャックを示しており、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図６】ＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
【図７】入射角度別スパッタ粒子分布図である。
【図８】ターゲットの傾斜角度調整状態を示す各側面図である。
【図９】本発明の第二実施形態である基板処理装置のターゲットチャックを示す側面断面図である。
【図１０】本発明の第三実施形態である基板処理装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図１１】本発明の第四実施形態である基板処理装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
図１〜図８は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、半導体装置の一例であるＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory)を製造するものとして構成されている。
ＭＲＡＭはスピン注入磁化反転方式を利用したメモリーである。ＭＲＡＭの製造方法においては、数原子層レベルの薄膜を積層して、ＭＴＪ（Magnetic tunnel Junction) 素子を作製する。絶縁膜（目標値で１ｎｍ以下のＭｇＯ膜（酸化マグネシウム膜））を電子の反転を利用するための磁性膜（ＣｏＦｅＢ膜）によって挟んだ極薄膜が、膜の中心部分である。
本実施形態に係る基板処理装置は、基板としてのシリコンウエハ（以下、ウエハという）に複数の薄膜を積層する。
【００１０】
図１〜図３に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、直方体函形状に形成された第一収納容器としての第一真空容器１１を備えており、第一真空容器１１は処理室１２を構成している。第一真空容器１１の正面壁には、処理室１２に基板としてのウエハ１を搬入したり搬出するための開口１３が設けられている。開口１３はゲートバルブ１４によって開閉される。
【００１１】
処理室１２の右側壁にはチルト装置１５が設置されている。チルト装置１５はチルト軸１６を所定角度旋回可能に構成されており、例えば、９０度だけ往復回転させる。チルト軸１６は処理室１２内に挿入されている。チルト軸１６はチルトブロック１７を処理室１２内において支持する。チルトブロック１７には基板ホルダとしてのウエハホルダ１８が配置されている。チルトブロック１７内には回転装置１９が設置されている。回転装置１９はウエハホルダ１８を回転させる。
チルト装置１５はウエハホルダ１８が保持したウエハ１を、水平姿勢と垂直姿勢との間でチルトさせる。
処理室１２の底壁には昇降装置２０が設置されている。昇降装置２０は処理室１２内に配置された邪魔板２１を昇降させる。邪魔板２１はチルトブロック１７の背面側に配置されており、昇降装置２０によって昇降される。
【００１２】
第一真空容器１１の背面壁には、直方体函形状に形成された第二収納容器としての第二真空容器２２が連結されている。第二真空容器２２はターゲット室２３を構成している。ターゲット室２３の容積は処理室１２の容積よりも大きい。すなわち、処理室１２の容積はターゲット室２３の容積よりも小さい。
第一真空容器１１と第二真空容器２２との合わせ壁は、処理室１２とターゲット室２３とを仕切る隔壁２４を構成している。隔壁２４には連通孔２５が所定の位置に設けられている。所定の位置は、後述するターゲットに照射されて反射したイオンの一部が通過し、他部が隔壁２４の壁面に衝突する位置、である。
第二真空容器２２の背面壁下部には、第一真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ２６と、第二真空ポンプとしてのクライオポンプ２７が設置されている。ターボ分子ポンプ２６およびクライオポンプ２７はターゲット室２３、処理室１２および後述するイオン源室を排気する。
【００１３】
第二真空容器２２の背面壁の上部には回転装置２８が水平方向に設置されている。回転装置２８の回転軸２９はターゲット室２３に前後方向に延在するように水平に挿入されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０をターゲット室２３内で支持している。
ターゲットホルダ３０は錐形状で形成されている。具体的にはターゲットホルダ３０は、八角錐（八方錐）台（切頭八角錐）形状に形成されており、錐の回転軸線（頂点の垂線）３１に回転軸２９が連結されている。図３に示されているように、錐の回転軸線３１と錐面３２とがなす夾角３３は鋭角で設定され、例えば４５度に設定されている。すなわち、回転軸線３１と直交する面３１Ａと錐面３２とがなす夾角３３Ａは、４５度である。
錐面３２は台形形状の側壁面３４を８枚備えている。８枚の側壁面３４は周方向に等間隔にそれぞれ位置している。８枚の側壁面３４には角度調整部としてのターゲットチャック３５が１台ずつ設置されている。図５に示されているように、ターゲットチャック３５はターゲット３６に対して傾斜可能に保持する。側壁面３４に平行に保持されたターゲット３６は、回転軸２９に対して４５度分傾斜する。ターゲット３６は、平板状の正方形で形成されている。
隣り合うターゲット３６、３６の隣接する一端同士は、鋭角としての４０度の夾角を構成する。つまり、隣接するターゲット３６、３６間の間隙が、回転軸線３１を直交する面３１Ａ側の方が回転軸末端側より大きく形成されている。したがって、隣り合うターゲット３６、３６同士は、充分な間隙を挟む。
なお、第二真空容器２２は回転軸線より下方に配置されている。
【００１４】
第二真空容器２２の底壁には射出孔３９が設けられている。第二真空容器２２の底壁下面にはイオン源４０が設置されている。射出孔３９の上方にはターゲット３６が位置する。４５度傾斜したターゲット３６は射出孔３９と連通孔２５とに対向する。
【００１５】
図４に示されているように、イオン源４０はイオン源室４１、フィラメント４２、平板状の加速電極４３、平板状の減速電極４４を備えている。
イオン源室４１内はターゲット室２３に射出孔３９によって連通している。フィラメント４２はイオン源室４１内に設けられる。加速電極４３および減速電極４４は射出孔３９を横断するように設けられる。加速電極４３および減速電極４４はフィラメント４２に対向する。フィラメント４２にはフィラメント電源およびアーク電源から電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には加速電源および減速電源から電圧が印加される。
加速電極４３および減速電極４４は耐熱金属、例えば、モリブデン（Ｍｏ）によって形成される。加速電極４３と減速電極４４とは所定間隙ｄを置いて平行に配される。加速電極４３は多数個の加速通過孔４３ａを有する。減速電極４４は多数個の減速通過孔４４ａを有する。
減速通過孔４４ａは対向する加速通過孔４３ａに対して、軸心がずれる（偏心する）ようにそれぞれ配置される。この配置は、加速電極４３からのイオンビーム４５を偏向させるので、図４に示されているように、イオンビーム４５はターゲット３６上において収束する。イオンビーム４５の収束は、イオンビーム密度（電流密度）を高め、成膜速度を増大させるので、不純物の発生を抑制し、ウエハ１の汚染を防止する。また、この配置は、ターゲット３６を小型化し、イオン源４０を小型化する。
【００１６】
イオン源４０にはガス供給源５０が接続されている。ガス供給源５０はイオン化されるガスをイオン源室４１内に供給する。ガスとしては、通常、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
アルゴンガスがイオン源室４１内に供給され、フィラメント４２にアーク電力が供給されると、フィラメント４２とイオン源室４１の側壁との間においてアーク放電が起こる。このアーク放電により、アルゴンのプラスイオン（以下、アルゴンイオンという）と電子とが混在した状態（プラズマ状態）になる。加速電極４３および減速電極４４はアルゴンイオンに運動エネルギを与えることにより、アルゴンイオンを加速通過孔４３ａと減速通過孔４４ａとを通して、ターゲット室２３内に引き出す。
ターゲット室２３に引き出されたアルゴンイオンは、イオンビーム４５となってターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５は、ターゲット３６の構成材料を成分とする粒子（以下、スパッタ粒子という）４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は大きな平均自由行程でターゲット室２３および処理室１２内を飛翔し、処理室１２内のウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ターゲット３６の構成材料を成分とする薄膜を形成する。
【００１７】
図５はターゲットチャックの第一実施形態を示している。
ターゲットチャック３５はボス５１を備えており、ボス５１はターゲットホルダ３０内から側壁面３４に直交するように突き出されている。ボス５１にはボールジョイント５２の一端が三次元方向に回転可能に連結されている。側壁面３４にはベローズ５３が設置されている。ベローズ５３の両端には内側フランジ５４と外側フランジ５５が配置されている。内側フランジ５４は側壁面３４に固定されており、外側フランジ５５には長方形平盤形状のターゲット保持体としてのバッキングプレート５６がねじ５７ａでねじ止めされて、固定されている。バッキングプレート５６の中心であって内面にはボールジョイント５２の他端が固定されており、バッキングプレート５６の外面にはターゲット３６が溶着されている。ベローズ５３、内側フランジ５４、外側フランジ５５により、ボス５１およびボールジョイント５２、冷却水継手５９はターゲット室２３内の雰囲気から隔離されている。
バッキングプレート５６の両端部には一対の調整ボルト５７、５７が位置調整可能にねじ込まれている。一対の調整ボルト５７、５７のねじ込み量を調整することにより、バッキングプレート５６に溶着されたターゲット３６の傾斜角度を調整することができる。
バッキングプレート５６の内部には冷却水路５８が形成されており、冷却水路５８には冷却水継手５９が接続されている。冷却水が冷却水路５８を流れることにより、バッキングプレート５６およびターゲット３６は冷却される。
【００１８】
図３に示されているように、基板処理装置１０はコントローラ６０を備えており、コントローラ６０はパーソナルコンピュータまたはパネルコンピュータ等によって構成されている。コントローラ６０はチルト装置１５、ウエハホルダ１８、回転装置１９、昇降装置２０、ターボ分子ポンプ２６、クライオポンプ２７、回転装置２８、イオン源４０およびガス供給源５０等々を制御する。
【００１９】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を、前記構成に係る基板処理装置を使用したＳＰＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) の製造方法における薄膜形成工程について説明する。
ＳＰＲＡＭはＭＲＡＭの一種であり、スピン注入磁化反転するものである。
図６はＳＰＲＡＭの成膜例を示す断面図である。
この成膜例では、ＳｉＯ2 （二酸化珪素）もしくはＳｉ（シリコン）材で構成されるウエハ上に、Ｔａ（タングステン）膜、Ｔａ膜上にＰｔＭｎ膜、その上にＣｏＦｅ膜、第一のＲｕ（ルテニウム）膜、第一のＣｏＦｅＢ膜、ＭｇＯ膜、第二のＣｏＦｅＢ膜、第二のＴａ膜、第二のＲｕ膜の順に積層され、トータル６種類の膜種にて９層の金属膜が積層される。
【００２０】
以下の基板処理装置の作動はコントローラ６０が制御する。
初期状態において、ゲートバルブ１４は開口１３を閉じている。チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に維持し、ウエハホルダ１８を解除している。回転装置１９は停止している。昇降装置２０は邪魔板２１を下限に位置させている。
ターゲットホルダ３０はホームポジションを維持している。すなわち、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６を保持したターゲットチャック３５をイオン源４０に対向させている。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、クライオポンプ２７の排気により１０-5Ｐａ（パスカル）以上１０-7Ｐａ以下に維持されている。
【００２１】
ウエハローディングステップにおいて、コントローラ６０はクライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下に維持する。ゲートバルブ１４の動作により開口１３を開く。ウエハ移載装置（図示せず）はウエハ１を処理室１２内へ予備室（図示せず）から搬入し、ウエハホルダ１８上に移載する。ウエハホルダ１８はウエハ１を保持する。
【００２２】
減圧ステップにおいて、コントローラ６０はゲートバルブ１４によって開口１３を閉じた後に、ターボ分子ポンプ２６からクライオポンプ２７に切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１を１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下の内圧から１０-6Ｐａに真空引きする。
次いで、クライオポンプ２７からターボ分子ポンプ２６へ切り替え、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧を、１０-7Ｐａに維持する。
【００２３】
成膜（Ｔａ）ステップにおいて、ガス供給源５０はアルゴンガスをイオン源室４１に供給する。フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加される。必要に応じて、中和電源がＯＮされる。
チルト装置１５はチルトブロック１７を処理位置である垂直姿勢に移行させる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電力が供給されると、イオン源４０はイオンビーム４５をＴａで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＴａで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１上に付着する。ウエハ１上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、Ｔａ膜を形成する。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０-2Ｐａに維持されている。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。この時の処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧は、１０-2Ｐａ以上１０-3Ｐａ以下に維持される。
【００２４】
次の成膜（ＰｔＭｎ）ステップにおいて、回転装置２８はターゲットホルダ３０を回転して、ＰｔＭｎのターゲット３６をイオン源４０およびウエハ１に対向させる。必要に応じて、フィラメント４２の電力値を変更し、加速電極４３および減速電極４４の電圧値を変更する。
続いて、必要に応じて、供給量が調整されて、アルゴンガスがイオン源室４１に供給され、フィラメント４２には電力が供給され、加速電極４３および減速電極４４には電圧が印加され、必要に応じて、中和電源がＯＮされる。回転装置１９はウエハ１を回転させる。必要に応じて、昇降装置２０は邪魔板２１を所定位置へ上昇させる。
アーク電源がＯＮされると、イオン源４０はイオンビーム４５をＰｔＭｎで構成されるターゲット３６に照射する。ターゲット３６に照射したイオンビーム４５はＰｔＭｎで構成されるスパッタ粒子４６をターゲット３６から叩き出す。スパッタ粒子４６は処理室１２内に飛翔し、ウエハホルダ１８に保持されたウエハ１のＴａ膜上に付着する。ウエハ１のＴａ膜上に付着したスパッタ粒子４６は堆積することにより、ＰｔＭｎ膜を形成する。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がＯＦＦされる。中和電源がＯＮしている場合にはＯＦＦさせる。
【００２５】
以降、コントローラ６０は使用するターゲット３６を前述した成膜ステップに準じて切り替えることにより、ウエハ１上に図６に示された各種の膜を順次成膜して積層する。
【００２６】
最後の成膜ステップとして、第二のＲｕ膜成膜ステップが終了すると、コントローラ６０はウエハアンローディグステップを実施する。
ウエハアンローディングステップにおいては、フィラメント４２への電力供給が停止され、加速電極４３および減速電極４４への電圧印加が停止され、必要に応じて、中和電源がＯＦＦされると、ターゲットホルダ３０はＴａのターゲット３６をホームポジションに戻す。回転装置１９が回転を停止し、昇降装置２０が邪魔板２１を下限位置に下降させると、チルト装置１５はチルトブロック１７を水平姿勢に移行させる。イオン源室４１へのアルゴンガスの供給を停止する。この時、処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が１０-5Ｐａ以上１０-7Ｐａ以下に維持される。
処理室１２、ターゲット室２３およびイオン源室４１の内圧が、１０-3Ｐａ以上１０-4Ｐａ以下に維持されると、ゲートバルブ１４は開口１３を開く。ウエハ移載装置は処理済のウエハ１をウエハホルダ１８上からピックアップし、処理室１２内から予備室へ搬出する（ウエハアンローディグする）。
【００２７】
図７はイオンビームの入射角度別スパッタ粒子の角度分布を示している。
図７において、黒丸は実験値を示しており、白丸はコンピュータシミュレーションによる値を示している。
図７（ａ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｂ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角６０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｃ）は、イオン照射エネルギ４５０ｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角８０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｄ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｅ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角６０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７（ｆ）は、イオン照射エネルギ１ｋｅｖをターゲットホルダ３０に保持されたターゲット３６に対し入射角８０°にて照射した場合の、コンピュータシュミレーション結果と実験値とを示すグラフである。
図７によれば、入射角度によってスパッタ粒子の角度分布が異なることが判る。
これは、入射角度の変更によりスパッタ粒子の角度分布を変更可能であることを意味する。
また、ターゲットの種類によってイオンビームの入射角度に対するスパッタ粒子の飛散角度や分布が異なることが知られている。
そこで、図８に示されているように、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整して、ターゲット３６に対するイオンビーム４５の入射角度Θを選定することにより、スパッタ粒子の角度分布を制御することが考えられる。
図８（ａ）は、ターゲットチャック３５をイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角度Θが増加（４５度超）する方向に調整した場合を示している。
図８（ｂ）は、ターゲットチャック３５をイオンビーム４５のターゲット３６に対する入射角度Θが減少（４５度未満）する方向に調整した場合を示している。
例えば、ターゲット３６の構成成分（Ｔａ、ＰｔＭｎ）に対応して、入射角度を選定することにより、スパッタ粒子分布を最適値に制御し、もって、スパッタリング成膜（Ｔａ膜、ＰｔＭｎ膜）の成膜レートおよび膜厚分布均一性を向上させることができる。
【００２８】
ところで、イオンビームのアルゴンイオンは高運動エネルギを有するため、ターゲットにおいて反射したアルゴンイオン（以下、反跳粒子という）がウエハに衝突すると、ウエハに悪影響を及ぼすので、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することが望ましい。
一般に、反跳粒子はスパッタ粒子分布と似た分布を持つ、と考えられている。
そこで、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整して、ターゲット３６に対するイオンビーム４５の入射角度Θを選定することにより、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することができる。すなわち、ターゲットチャック３５によってターゲット３６の傾斜角度を調整することにより、ウエハ上における反跳粒子分布が無くなるように、または、極めて少なくなるように制御する。
【００２９】
イオンビームは高運動エネルギを有するため、イオンビームがターゲットに衝突すると、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度は上昇する。
そこで、冷却水をバッキングプレート５６内に敷設された冷却水路５８に流すことにより、バッキングプレート５６およびターゲット３６を冷却し、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止する。好ましくは、冷却はイオンビームがターゲットに照射されている時に限らず、常時実施する。
なお、ターゲットホルダ３０内が大気圧に維持されているので、冷却水継手５９は真空環境に晒されていない。したがって、冷却水継手５９にリークが発生しても、冷却水がターゲット室２３に浸入することはない。つまり、冷却水継手５９のシール構造を簡素化することができるし、冷却水継手５９に接続する冷却水配管を樹脂等によって形成することができる。
他面、第二真空容器２２内に大気圧を確保するターゲットホルダ３０を構築するので、重量およびコストが増加する。
【００３０】
前記実施形態によれば、次の効果のうち、少なくとも１つ以上の効果が得られる。
【００３１】
1) ターゲットチャックによってターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる。
【００３２】
2) ターゲットチャックによってターゲットの傾斜角度を調整することにより、反跳粒子がウエハに衝突するのを防止することができるので、反跳粒子のウエハへの悪影響を防止することができる。
【００３３】
3) 冷却水をバッキングプレート内に敷設された冷却水路に流すことにより、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止することができる。
【００３４】
4) 冷却水継手を真空環境に晒さないので、真空環境への浸水を防止することができ、また、冷却水継手および冷却水配管を簡素化することができる。
【００３５】
5) 錐形状のターゲットホルダであって、錐面において複数のターゲットを保持するターゲットホルダを備えているので、ターゲット室の容積を小さくすることができ、スループットの向上やフットプリント拡大の抑制をすることができる。また、複数のターゲット間に充分な間隙を挟むことができるので、種類の異なるターゲットが隣接設置された場合にも、クロスコンタミネーションを抑制することができる。
【００３６】
図９は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態は第一実施形態とターゲットチャック、回転軸、ターゲットホルダの形態が異なる。すなわち、本実施形態に係るターゲットチャック３５Ａはブラケット６１を備えており、ブラケット６１はターゲットホルダ３０の側壁面３４に固定されている。ブラケット６１には気密容器からなるケース６２がヒンジ６３によって回動可能に支持されており、ケース６２は調整ボルト６４によってブラケット６１に位置規制される。ケース６２の気密室には大気圧配管６５の一端が接続されており、大気圧配管６５の他端は回転軸２９内を経由して大気に連通されている。ケース６２の外側主面にはバッキングプレート５６が固定されており、バッキングプレート５６の冷却水継手５９に接続された冷却水配管６６は、ケース６２の側壁を貫通して真空室であるターゲット室２３内に引き出されて、回転軸２９内に形成された冷却水路６７に接続されている。回転軸２９はターゲットホルダ３０の錐の回転軸線（頂点の垂線）上を貫通して設けられている。回転軸２９の末端には冷却水路６７が設けられており、冷却水路６７は、回転軸２９の軸内、軸心をつたってターゲット室２３外の冷却水系統に接続されている。回転軸２９に冷却水路６７より基端側には、大気圧配管６５が接続される大気路６７Ａが設けられている。大気路６７Ａは回転軸２９の軸内であって、冷却水路６７よりも外周側を軸方向につたって、ターゲット室２３外の大気と連通されている。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することができるので、スパッタ粒子分布および反跳粒子分布を制御することができる。
また、冷却水をバッキングプレート内に敷設された冷却水路に流すことができるので、ターゲットおよびバッキングプレート等の温度上昇を防止することができる。
本実施形態においては、ターゲットホルダを気密容器構造に構築しないで済むので、構造およびメンテナンスを簡単化することができる。他面、冷却水がリークすると、真空環境へ浸水してしまう。
【００３７】
図１０は本発明の第三実施形態を示している。
第三実施形態が第一実施形態と異なる点は、八角柱形状に形成されたターゲットホルダ３０Ａの各側壁面３４Ａにターゲットチャック３５がそれぞれ設置されている点、ターゲットホルダ３０Ａおよびウエハホルダ１８がターゲット室２３に共に設置されている点、である。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる等、第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図１１は本発明の第四実施形態を示している。
第四実施形態が第一実施形態と異なる点は、四角柱形状に形成されたターゲットホルダ３０Ｂの各側壁面３４Ｂにターゲットチャック３５がそれぞれ設置されている点、ターゲットホルダ３０Ｂおよびウエハホルダ１８がターゲット室２３に共に設置されている点、である。
本実施形態においても、ターゲットの傾斜角度を調整することにより、スパッタ粒子分布を制御することができるので、成膜レートおよび膜厚均一性を最適化することができる等、第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４０】
例えば、ターゲットホルダは、八角錐（八角錐台を含む。他の錐も同じ）に形成するに限らず、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐、七角錐等々のように多角錐に形成してもよいし、円錐に形成してもよい。
また、ターゲットホルダは、八角柱または四角柱に形成するに限らず、三角柱、五角柱、六角柱、七角柱等々のように多角柱に形成してもよいし、円柱に形成してもよい。
【００４１】
ターゲット間の汚染防止等のために、ターゲットをターゲットホルダに一つ置きに配置してもよい。例えば、異なる材質のターゲットを一つ置きに配置することは、複数種の膜を積層する場合に有効である。
しかし、ターゲットホルダの高速回転の点では不利になる。
【００４２】
ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は、各ターゲット毎に相異させてもよい。ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は基本的には４５度であるが、他方で、ターゲットの傾斜角度は均一性等を考慮した成膜条件の一つであるとも考えられる。したがって、ターゲットホルダに対するターゲットの傾斜角度は、例えば、ターゲットの材質によって最適値を選択することが望ましい。
【００４３】
基板はウエハに限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等であってもよい。
【００４４】
本発明の好ましい態様を付記する。
（１）イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
（２）ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積する、半導体装置の製造方法。
（３）前記ターゲットホルダは、横断面形状の外郭線が、回転軸からの距離が相対的に長い第一領域と前記回転軸からの距離が相対的に短い第二領域とを複数有し、縦断面形状の外郭線の一部が前記基板ホルダ側に近づくに従って漸次前記回転軸からの距離を短くしている前記第二領域で前記ターゲットを保持するように構成されている（１）の基板処理装置。
（４）前記ターゲットホルダは、前記第二領域に前記ターゲットを載置するターゲット載置部と、該ターゲット載置部を冷却する冷却部とを有する（３）の基板処理装置。
【符号の説明】
【００４５】
１…ウエハ（基板）、
１０…基板処理装置、１１…第一真空容器、１２…処理室、１３…開口、１４…ゲートバルブ、
１５…チルト装置、１６…チルト軸、１７…チルトブロック、１８…ウエハホルダ（基板ホルダ）、１９…回転装置、
２０…昇降装置、２１…邪魔板、
２２…第二真空容器、２３…ターゲット室、２４…隔壁、２５…連通孔、２６…ターボ分子ポンプ（第一真空ポンプ）、２７…クライオポンプ（第二真空ポンプ）、２８…回転装置、２９…回転軸、３０、３０Ａ、３０Ｂ…ターゲットホルダ、３１…回転軸線（頂点の垂線）、３１Ａ…回転軸線と直交する面、３２…錐面、３３、３３Ａ…夾角、３４、３４Ａ、３４Ｂ…側壁面、３５、３５Ａ…ターゲットチャック、３６…ターゲット、
３９…射出孔、４０…イオン源、４１…イオン源室、４２…フィラメント、４３…加速電極、４４…減速電極、４３ａ…加速通過孔、４４ａ…減速通過孔、４５…イオンビーム、４６…スパッタ粒子（ターゲット成分粒子）、
５０…ガス供給源、
５１…ボス、５２…ボールジョイント、５３…ベローズ、５４…内側フランジ、５５…外側フランジ、５６…バッキングプレート、５７…調整ボルト、５８…冷却水路、５９…冷却水継手、
６０…コントローラ、６１…ブラケット、６２…ケース、６３…ヒンジ、６４…調整ボルト、６５…大気圧配管、６６…冷却水配管、６７…冷却水路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
【請求項２】
ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積する、半導体装置の製造方法。
【請求項１】
イオンを発生させるイオン源と、
該イオン源が発射したイオンビームが照射されるターゲットと、
該ターゲットを保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分粒子が堆積する位置で基板を保持する基板ホルダと、
前記ターゲットの前記イオンビームに対する角度を調整する角度調整部と、
を有している基板処理装置。
【請求項２】
ターゲットホルダに保持されたターゲットの角度を角度調整部により調整し、イオン源が発射したイオンビームを前記ターゲットに照射させて前記ターゲットからはじき出されたターゲット成分を基板ホルダに保持された基板に堆積する、半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６８９６５（Ｐ２０１１−６８９６５Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２２６１（Ｐ２００９−２２２２６１）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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