(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、
チャンバ内に、前記被膜の母材をなす１つ以上のターゲットと、前記被処理体とを対向配置し、前記ターゲットのスパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させつつ、
前記チャンバ内にスパッタガスを導入して、前記チャンバ内におけるガス圧を０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、前記ターゲットと前記被処理体との間の空間にプラズマを発生させ、  前記ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら、前記スパッタ粒子を前記被処理体へ誘導して堆積させて、前記被膜を形成する際に、
前記ターゲットは、その内部に有底筒状の空間を備え、かつ、その内底面が該空間を通して、前記被処理体の表面と対向するように配されており、
前記ターゲットのスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる第一磁場発生機構は、前記ターゲットの内部の空間に磁場を発生させることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記磁場の強度を調整することにより、前記スパッタ粒子の飛翔方向を制御することを
特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が同一である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が異なること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
【請求項５】
被処理体の表面に被膜を形成する成膜装置であって、
前記被膜の母材をなす１つ以上のターゲットと前記被処理体とを対向配置させて、前記ターゲット及び前記被処理体を収納する内部空間を有するチャンバと；
前記チャンバ内を減圧する排気機構と；
前記ターゲットのスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる第一磁場発生機構
と；
前記チャンバ内に導入するスパッタガスの流量を調整する機能を備えたガス導入機構と
；
前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と；
前記ターゲットの前記スパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で
垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させる第二磁場発生機構と；
を備え、
前記ターゲットは、その内部に有底筒状の空間を備え、かつ、その内底面が該空間を通して、前記被処理体の表面と対向するように配されており、
前記第一磁場発生機構は、前記ターゲットの内部の空間に磁場を発生させるように構成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
片面に１つ以上の凹部が設けられたホルダをさらに備え；
前記ターゲットは、前記ホルダの前記凹部に、前記ターゲットの底部側から装着されている、ことを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体の表面に被膜を形成する方法及びその装置に関し、詳しくは、薄膜形成方法の一種であるスパッタリング法を用いて被膜を形成する成膜方法、及びＤＣマグネトロン方式の成膜装置に関する。
本願は、２００９年０５月２０日に、日本に出願された特願２００９−１２１８９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体デバイスの製作における成膜工程において、スパッタリング法を用いた成膜装置（以下、「スパッタリング装置」という）が用いられている。このような用途のスパッタリング装置において、近年の配線パターンの微細化に伴い、高アスペクト比の微細ホールに対して、処理すべき基板全面に亘って被覆性よく成膜できること、即ち、カバレッジの向上が強く要求されている。【０００３】
一般に、上記のスパッタリング装置では、例えばターゲットの後方（スパッタ面と背向する側）に、交互に極性を変えて複数の磁石を設けた磁石組立体を配置する。この磁石組立体によりターゲットの前方（スパッタ面側）にトンネル状の磁場を発生させ、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉する。これにより、ターゲットの前方での電子密度を高めて、プラズマ密度を高くしている。【０００４】
ところが、このようなスパッタリング装置では、ターゲットのうち、上記磁場の影響を受ける領域でターゲットが優先的にスパッタリングされる。このため、放電の安定性やターゲットの使用効率の向上等の観点から、上記領域が例えばターゲットの中央付近にあると、スパッタリング時のターゲットのエロージョン量はその中央付近で多くなる。このような場合、基板の外周部において、ターゲットからスパッタリングされたターゲット材粒子（例えば金属粒子、以下、「スパッタ粒子」という）が傾斜した角度で入射し、付着することになる。その結果、上記用途の成膜に用いた場合には、特に、基板の外周部でカバレッジの非対称性の問題が生じることが従来から知られている。【０００５】
また、従来のスパッタリング装置では、成膜の際、ターゲットから放出されるスパッタ粒子が傾斜して飛散することから、基板の表面のみならず、例えば防着板などの成膜室内の露出面にも付着し堆積する問題がある。そのため、この露出面への薄膜の付着及び堆積が重なると、内部応力や自重によって、薄膜の剥離や割れなどのパーティクルが発生する。さらに、作成された薄膜に微小な突起が形成される等の形状あるいは構造欠陥が生じ、成膜室のメンテナンスを頻繁に行う必要があった。【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、例えば、特許文献１には複数のカソードユニットを備えたスパッタリング装置が開示されている。特許文献１に係るスパッタリング装置において、真空チャンバ内で基板が載置されるステージの上方に、ステージの表面と略平行に第１のスパッタリングターゲットを配置すると共に、ステージの斜め上方でステージ表面に対して斜めに第２のスパッタリングターゲットを配置した。【０００７】
一方、真空チャンバ内をメンテナンスする技術として、以下のような技術が提案されている。
例えば、特許文献２には、基板を固定する静電チャックプレートの表面にダミー基板を載置し、静電吸着により密着させた後、真空槽内にフッ素ガス等のクリーニングガスを導入することにより、真空チャンバの内部壁面等に付着したターゲットの構成物質等の薄膜をエッチングする技術が開示されている。
また、特許文献３には、半導体ウエハに硫酸過水洗浄とアンモニア過水洗浄を実施することで、静電チャックプレートからのパーティクルを除去する技術が開示されている。
さらに、例えば特許文献４には、成膜材料供給源（ターゲット）からの材料を遮断するシャッター機構を備え、このシャッター機構を構成するシャッター板を定期的に清浄するか取り替える成膜装置が開示されている。【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された装置は、複数のカソードユニットを真空チャンバ内に配置する必要がある。従って、装置構成が複雑となると共に、ターゲットの数に応じたスパッタ電源や磁石組立体が必要になるので、部品点数が増え、コスト高を招くという不具合がある。【０００９】
また、上記特許文献２〜特許文献４に記載された技術は何れも、成膜室のメンテナンス頻度を抑制する技術でない。
しかも、上記特許文献２及び特許文献４に記載された技術は、その装置構成が複雑となり、やはりコスト高を招くという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−４７６６１号公報
【特許文献２】特開２００３−１５８１７５号公報
【特許文献３】特開２００８−２５１５７９号公報
【特許文献４】特開平６−２９９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成かつ低コストで高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率を向上させると共に、成膜装置のメンテナンス周期を延長することができる成膜方法及びその成膜装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用している。
本発明に係る成膜方法は、被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に、前記被膜の母材をなす１つ以上のターゲットと、前記被処理体とを対向配置し、前記ターゲットのスパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させつつ、前記チャンバ内にスパッタガスを導入して、前記チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、前記ターゲットと前記被処理体との間の空間にプラズマを発生させて、前記ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら、前記スパッタ粒子を前記被処理体へ誘導して堆積させて、前記被膜を形成する際に、前記ターゲットは、その内部に有底筒状の空間を備え、かつ、その内底面が該空間を通して、前記被処理体の表面と対向するように配されており、前記ターゲットのスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる第一磁場発生機構は、前記ターゲットの内部の空間に磁場を発生させる。
【００１３】
前記成膜方法において、前記磁場の強度を調整することにより、前記スパッタ粒子の飛翔方向を制御してもよい。【００１４】
前記成膜方法において、前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が同一でもよい。【００１５】
前記成膜方法において、前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が異なってもよい。【００１６】
本発明に係る成膜装置は、被処理体の表面に被膜を形成する成膜装置であって、前記被膜の母材をなす１つ以上のターゲットと前記被処理体とを対向配置させて、前記ターゲット及び前記被処理体を収納する内部空間を有するチャンバと、前記チャンバ内を減圧する排気機構と、前記ターゲットのスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる第一磁場発生機構と、前記チャンバ内に導入するスパッタガスの流量を調整する機能を備えたガス導入機構と、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する（あるいは、直流電圧を印加して前記ターゲットのスパッタ面を負の電位とする）直流電源と、前記ターゲットの前記スパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させる第二磁場発生機構と、を備え、前記ターゲットは、その内部に有底筒状の空間を備え、かつ、その内底面が該空間を通して、前記被処理体の表面と対向するように配されており、前記第一磁場発生機構は、前記ターゲットの内部の空間に磁場を発生させるように構成されている。
【００１７】
本発明に係る成膜装置は、片面に１つ以上の凹部が設けられたホルダをさらに備え、前記ターゲットは、前記ホルダの前記凹部に、前記ターゲットの底部側から装着されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の成膜方法によれば、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御する。したがって、ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子は、０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲の高圧のプロセスガスによってチャンバ空間における平均自由行程（ＭＦＰ）が低下して直進性が弱まり、ターゲットのスパッタ面と被処理体との間に発生した磁場の磁力線にしたがって垂直な磁力線の方向に沿うようにその飛翔方向が制御され、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成する、もしくは選択的に所定の領域に被膜を形成させないように指向性が高めることができる。また、スパッタ粒子が傾斜して飛散し、例えば防着板などの被処理体の被成膜面以外の部分への付着及び堆積を大幅に減少させることができる。
したがって、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができ、しかも、成膜装置のメンテナンス周期の延長が達成できる。【００１９】
本発明に係る成膜装置によれば、チャンバ内に導入するスパッタガスの流量を調整する機能を備えたガス導入機構と、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させる第二磁場発生機構と、を少なくとも備える。ゆえに、ターゲットの優先的にスパッタリングされる領域を決める磁石組立体はそのままであるため、ターゲットの利用効率が低下するものではなく、しかも、上記従来技術のような複数のカソードユニットをスパッタリング装置自体に設けるものではないため、装置の製作コストやランニングコストを低くできる。
したがって、簡単な構成かつ低コストで、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができると共に、メンテナンス周期が延長された成膜装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。
【図２】ターゲットと第一磁場発生機構を備えた第１の実施形態に係るホルダ（カソードユニット）の構造を説明する断面図である。
【図３】図２に示すホルダの横断面図である。
【図４】ターゲットの内部の空間におけるスパッタリングを説明する一部拡大断面図である。
【図５】第二磁場発生機構により発生させる垂直な磁力線を説明する模式図である。
【図６】第二磁場発生機構により発生させる他の垂直な磁力線を説明する模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。
【図８】ターゲットと第一磁場発生機構を備えた第２の実施形態に係るホルダ（カソードユニット）の構造を説明する断面図である。
【図９】図８に示すホルダの横断面図である。
【図１０】プロセス圧力に依存する成膜特性を説明するグラフである。
【図１１Ａ】チャンバ内のガス圧を変えて成膜した、高アスペクト比の微細ホールの状態を説明する模式的断面図である。
【図１１Ｂ】チャンバ内のガス圧を変えて成膜した、高アスペクト比の微細ホールの状態を説明する模式的断面図である。
【図１１Ｃ】チャンバ内のガス圧を変えて成膜した、高アスペクト比の微細ホールの状態を説明する模式的断面図である。
【図１２】垂直な磁場の有無に依存する成膜特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施形態に係る成膜装置及び成膜方法について、図面に基づいて説明する。
本発明に係る成膜方法を実施する成膜装置１は、被処理体としての基板Ｗの表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する装置である。本実施形態にかかる成膜装置１は、図１〜図３に示すように、チャンバ２と、カソードユニットＣと、第一磁場発生機構７と、直流電源９と、ガス導入機構１１と、排気機構１２と、第二磁場発生機構１３と、を少なくとも備える。
なお、以下の説明において、チャンバ２の天井部側を「上方」とし、その底部側を「下方」として説明する。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
チャンバ２は、真空雰囲気を形成することが可能である気密容器である。このチャンバ２は、基板Ｗとターゲット５とを対向配置させて、基板Ｗとターゲット５とを収納する内部空間を有する。
また、チャンバ２の底部には、ターゲット５に対向させてステージ１０が配置され、基板Ｗを位置決め保持できる。
なお、チャンバ２は、電気的に接地電位に接続されている。ここで、接地電位に接続されているとは、グラウンド電位状態又はアースした状態を示す。
【００２３】
カソードユニットＣは、導電性を有する材料から作製された円板状のホルダ３を備える。このホルダ３は、例えば後述するターゲット５と同一材料から作製されることも可能である。このターゲット５は、ホロータイプ（有底円筒形状；断面逆Ｕ字状）のターゲット５である。
本実施形態に係るホロータイプ（逆Ｕ字状）のターゲット５を備えたカソードユニットＣを、チャンバ２の天井部に取り付けた場合について説明する。
【００２４】
ターゲット５は、処理すべき基板Ｗに形成する薄膜の組成に応じて適宜選択された材料、例えば、ＣｕやＴｉ、Ｔａ製のものである。このターゲット５は、例えば、その内部に放電用の空間５ａが形成された有底筒状の外形を有する。図２に示すように、このターゲット５は、ホルダ３に形成された凹部４内に装着されると共に、チャンバ２の内部空間において上方の位置（天井側の内側）に配置されている。これにより、ターゲット５は、その内部に有底筒状の空間５ａを備え、かつ、その内底面が空間５ａを通して、基板（被処理体）Ｗの表面と対向するように配されている（図１参照）。このターゲット５は、チャンバ２の外部に設けられた直流電源９に接続されている。凹部４は、ホルダ３の下面に形成され、且つホルダ３の中心Ｃｐ（図３参照）と同心で、平面視で円形の形状である。
【００２５】
また、ターゲット５は、その底部側から凹部４に着脱自在に嵌着される。すなわち、ターゲット５の開口が基板側に向いている。ターゲット５が凹部４に嵌着された時、ターゲット５の下面がホルダ３の下面と水平面で一致する（面一となる）。すなわち、ターゲット５の長さが、凹部４の長さと一致する。このターゲット５をホルダ３の凹部４に嵌着した後、ターゲット５の開口面積より小さい開口を備えたマスクプレート（図示せず）がホルダ３の下面に取付けられる。カソードユニットＣをチャンバ２の天井部に取付けた時、このマスクプレートにより、凹部４からのターゲット５の脱離を防止する。この場合、マスクプレートは、例えばターゲット５と同一な材料から作製されることが可能である。
【００２６】
第一磁場発生機構７は、例えば、棒状や円柱状、角柱状に形成された磁石であり、ターゲット５のスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる。第一磁場発生機構７はホルダ３に組み付けられて、ターゲット５の内部の空間に磁場を発生させる。この第一磁場発生機構（磁石）７は、ホルダ３の上面に形成された収容孔６内に挿設される。収容孔６は、ホルダ３の上面に開設されて、その厚さ方向に延びている。したがって、収容孔６が凹部４の深さ方向に沿って配置され、凹部４が形成された片面と背向する面（反対側の面）に、第一磁場発生機構７を収容することが可能である収容孔６を開設することにより、第一磁場発生機構７は簡単にホルダ３に組み付けることができる。すなわち、ホルダ３の一方の面に凹部が形成され、他方の面に収容孔６が形成されることにより、第一磁場発生機構７をホルダ３に簡単に組み付けることができる。以下の説明において、第一磁場発生機構７を磁石７として説明する場合もある。
【００２７】
本実施形態では、図３に示すように、１個の凹部４の周囲に、凹部４との同心円の周方向において、６個の収容孔６が等間隔に形成されている。従って、６個の磁石７が、１個の凹部４の周囲に等間隔に形成されている。また、図１に示すように、ターゲット５の底部から少なくとも１／３程度の深さ位置まで磁石７が位置するようにホルダ３の上面からの深さが設定されている。すなわち、収容孔６が、ターゲット５の１／３程度の深さの位置まで形成されている。
この磁石７は、凹部４の周囲に配置したときにターゲット５の内部の空間５ａに５００ガウス以上の強磁場が発生するように設計されている。なお、この磁石７は、円板状の支持板８の所定位置にその極性を一致させて（例えば、支持板８側の極性をＮ極として）立設されている。
【００２８】
そして、支持板８をホルダ３の上面と接合すると、各収容孔６に各磁石７が挿入され、凹部４の周囲にそれぞれの磁石７が配置される（図２参照）。この支持板８も、導電性を有する材料から形成され、両者が接合された後、例えば、ボルト等の締結機構を用いて両者が固定される。なお、支持板８の内部空間に冷媒を循環させる機構を設け、スパッタリング中、ターゲット５を挿設したホルダ３を冷却するバッキングプレートとしての役割を果たしても良い。
【００２９】
また、磁石（第一磁場発生機構）７は、支持板８に一体的に取付けられたものとすれば、この支持板８をホルダ３の上面と接合することで、収容孔６に磁石７が挿設され、凹部４の周囲に第一磁場発生機構である磁石７が一層簡単に配置されても良い。
【００３０】
直流電源９は、スパッタリングの際にターゲットに負の直流電圧を印加する（あるいは、直流電圧を印加して前記ターゲットのスパッタ面を負の電位とする）、所謂スパッタ電源であり、公知の構造を有する。また、直流電源９は、カソードユニットＣ（ターゲット５）に電気的に接続されている。
【００３１】
ガス導入機構１１は、チャンバ２内に導入するスパッタガスの流量を調整し、チャンバ２の側壁に接続されたガス管を介して、例えば、アルゴンガスなどのスパッタガスを導入する。また、ガス管の他端は、図示省略したマスフローコントローラを介してガス源に連通している。
【００３２】
排気機構１２は、チャンバ２内を減圧する、例えば、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどからなり、真空チャンバ２の底壁に形成された排気口に接続されている。図１に示したように、この排気機構１２を起動すると、排気口から排気管１２ａを介してチャンバ２の内部を真空排気する。
【００３３】
第二磁場発生機構１３は、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗの被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線Ｍが局所的に通るように磁場を発生させる。
この第二磁場発生機構１３は、例えば、ターゲット５と基板Ｗとを結ぶ基準軸ＣＬの回りでチャンバ２の外側壁に設けたリング状のヨーク１４に導線１５を巻回してなるコイルと、このコイルを通電させる電源装置１６とを備える。
本実施形態において、コイルは、上方に配された上コイル１３ｕと、下方に配された下コイル１３ｄとを備えている。
【００３４】
これにより、コイル１３ｕ，１３ｄに通電してターゲット５及び基板Ｗの間において所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように垂直な磁場を発生できる。このような状態で成膜すれば、ターゲット５からのスパッタ粒子が垂直な磁場によりその飛翔方向が制御され、基板Ｗに対してより略垂直に入射して付着することができる。その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態にかかる成膜装置を用いれば、高アスペクト比の微細ホールに対しても指向性良く基板Ｗの表面に被膜を形成することができる。
【００３５】
また、第二磁場発生機構１３では、磁場の強度を調整することで、スパッタ粒子の飛翔方向を制御することもできる。
【００３６】
ここで、コイル１３の個数、導線１５の径や巻数は、例えばターゲット５の寸法、ターゲット５と基板Ｗとの間の距離、電源装置１６の定格電流値や発生させようとする磁場の強度（ガウス）に応じて適宜設定される（例えば、径１４ｍｍ、巻数１０）。
【００３７】
また、本実施形態のように、上下に配された２個のコイル１３ｕ、１３ｄで垂直磁場を発生させる場合、成膜時の基板Ｗの面内における膜厚分布を略均一にする（スパッタレートを基板Ｗの径方向で略均一にする）ためには、上コイル１３ｕの下端とターゲット５との間の距離及び下コイル１３ｄの上端と基板Ｗとの間の距離が、基準軸の中点Ｃｐまでの距離より短くなるように各コイル１３ｕ、１３ｄの上下方向の位置を設定することが好ましい。また、この場合、上コイル１３ｕの下端とターゲット５との間の距離及び下コイル１３ｄの上端と基板Ｗとの間の距離は必ずしも一致している必要はなく、装置構成によっては、上下の各コイル１３ｕ、１３ｄをターゲット５及び基板Ｗの背面側に設けるようにしても良い。
【００３８】
電源装置１６は、上下の各コイル１３ｕ、１３ｄへの電流値及び電流の向きを任意に変更できる制御回路（図示せず）を備えた公知の構造のものである。なお、上下の各コイル１３ｕ、１３ｄへの電流値及び電流の向きを任意に変更するために、図１では別個の電源装置１６を設けた形態を示しているが、同一の電流値及び電流の向きで各コイル１３ｕ、１３ｄに通電する場合には、１個の電源装置で通電する構成を採用しても良い。
【００３９】
上記のように成膜装置１を構成することで、ターゲット５をスパッタリングした場合に、ターゲット５から飛散したスパッタ粒子が正電荷を有していると、ターゲット５から基板Ｗへの垂直な磁場によりその飛翔方向が制御され、基板Ｗの全面で、スパッタ粒子が基板Ｗに対して略垂直に入射して付着することになる。その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で本実施形態の成膜装置１を用いれば、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができる。
【００４０】
次に、上記成膜装置１を用いた成膜について、成膜される基板Ｗとして、Ｓｉウエハ表面にシリコン酸化物膜（絶縁膜）を形成した後、このシリコン酸化物膜中に公知の方法で配線用の微細ホールをパターニングして形成したものを用い、スパッタリングによりシード膜であるＣｕ膜を成膜する例を説明する。
【００４１】
まず、ホルダ３の下面の凹部４にターゲット５を嵌着すると共に、各磁石７がホルダ３の各収容孔６に挿入されるように、磁石７が立設された支持板８をホルダ３上面と接合し、例えば、ボルトを用いて指示板８とホルダ３とを固定してカソードユニットＣを組付ける。そして、カソードユニットＣをチャンバ２の天井部に取付ける。
【００４２】
次いで、カソードユニットＣに対向するステージ１０に基板Ｗを載置した後、排気機構（排気ポンプ）１２を作動させて、チャンバ２内を所定の真空度（例えば、１０−５Ｐａ）まで真空引きすると共に、電源装置１６を入力してコイル１３ｕ，１３ｄに通電し、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗの被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線Ｍ（図５）が局所的に通るように磁場を発生させる。このとき、被処理体である基板Ｗの中央域と周縁域において、垂直な磁力線どうしの間隔が同一なものとなっている。
【００４３】
そして、チャンバ２内の圧力が所定値に達すると、チャンバ２内に、たとえばＡｒ（アルゴン）ガスからなるスパッタガスを所定の流量で（すなわち、チャンバ２内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御されるように）導入し、直流電源９を起動し、カソードユニットＣに所定値の負の電位を印加（電力投入）する。
【００４４】
カソードユニットＣに負の電位が印加されると、ホルダ３内のターゲット５の空間５ａからカソードユニットＣの前方の空間にグロー放電が生じ、このとき、磁石７により発生させた磁場により空間５ａにプラズマが封じ込められる。この状態でスパッタガスの導入を停止すると、空間５ａで自己放電するようになる。
【００４５】
そして、プラズマ中のアルゴンイオン等がターゲット５の内壁面に衝突してスパッタリングされ、Ｃｕ原子が飛散し、Ｃｕ原子や電離したＣｕイオンが、図４において点線矢印で示すように、ターゲット５の下面の開口から強い直進性を持って、基板Ｗに向かってチャンバ２内に放出される。
【００４６】
電離したＣｕイオンは、ターゲット５の下面の開口から放出されると、高圧のプロセスガスによってチャンバ空間における平均自由行程（ＭＦＰ）が短くなって直進性が弱まり、図５において矢印で示すように、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗに向けて所定の間隔で局所的に発生した垂直な磁力線Ｍの形状にしたがって、この磁力線Ｍの方向に沿うように飛翔方向が制御され、図中点線矢印で示すように、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成する（もしくは選択的に所定の領域に被膜を形成させない）ように指向性が高められる。
【００４７】
その結果、ターゲット５の開口直下の位置（ターゲット５の開口に対向する部分及びその周辺を含む領域）では、極めて高い膜厚均一性を持って成膜されることで、基板Ｗの所定領域において高アスペクト比の微細ホールに対しても被覆性よく成膜できる。
なお、この際、熱やイオン照射等によりエネルギーを供給することで、薄膜の成長を促すことができる。
【００４８】
このように本実施形態においては、チャンバ２内で被膜の母材をなすターゲット５に対向させて基板Ｗを配置し、ターゲット５のスパッタ面から被処理体である基板Ｗの被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ２内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御することで、スパッタ源から基板へ向けて方向性の揃ったスパッタ粒子を輸送することができ、ターゲット５からのスパッタ粒子が垂直の磁場によりその方向が変えられ、基板Ｗに対して略垂直に入射して付着することになる。その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態に係る成膜装置を用いれば、高アスペクト比の微細ホールに対しても基板全面に亘ってより一層被覆性よく成膜でき、カバレージ率を向上させることができる。
【００４９】
したがって、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態に係る成膜装置を用いれば、高アスペクト比の微細ホールに対しても被覆性よく成膜することができる。また、スパッタ粒子の輸送経路が制御できるので、スパッタ粒子を基板に対してだけ制限するように制御すれば、防着板等の基板以外の部分への堆積量を大幅に減少させることができ、メンテナンス周期の延長を達成することができる。しかも、従来技術のような複数のカソードユニットを成膜装置自体に設けるものではないため、装置構成を変更する場合に比べて、その構成は簡単であり、且つ装置の製作コストを低くできる。
【００５０】
なお、本実施形態では、磁石７として棒状のものを用いた形態を例に説明したが、ターゲット５の空間５ａに５００ガウス以上の強磁場が形成されるものであれば、その形態は特に限定がない。したがって、リング状の磁石を用い、ターゲット５の空間５ａをそのターゲット５を囲繞するように配置してもよい。この場合、ホルダ３の上面には、リング状の磁石の収容を可能とする環状の収容溝を開設すれば良い。
【００５１】
また、本実施形態では、量産性やターゲットの使用効率を考慮して、ホルダ３にターゲット５を着脱自在に挿設する形態について説明したが、ホルダ３自体がターゲット５としての役割を果たすことも可能である。つまり、ホルダ３の下面に凹部４だけを形成し、この凹部４の周囲に磁石７を内蔵し、その凹部４の内壁面をスパッタリングする構成を採用しても良い。
【００５２】
また、ステージに、公知の構造を有する高周波電源（図示せず）を電気的に接続し、スパッタリング中、ステージ１０、ひいては基板Ｗに所定のバイアス電位が印加して、Ｃｕのシード層を形成する場合には、Ｃｕイオンを基板に積極的に引き込んでスパッタレートが高くなる構成を採用してもよい。
【００５３】
なお、上記実施形態において、基板Ｗの中央域と周縁域において、垂直な磁力線Ｍどうしの間隔が同一である場合について説明したが、電源装置１６によって上下のコイル１３ｕ、１３ｄへ加わる電流値をそれぞれ調整することで、図６に示すように、基板Ｗの中央域と周縁域において、垂直な磁力線Ｍどうしの間隔が異なる構成を採用しても良い。
このようにすると、磁場の強度が調整され、スパッタ粒子の飛翔方向を制御して、所望の領域に成膜することができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、ホルダの片面にターゲット（材）が１つだけ取り付けられたカソードユニットを備える形態について説明したが、本発明はこれのみに限定されない。
したがって、本実施形態では、ホルダの片面に複数のターゲット（材）が取り付けられたカソードユニットを備える成膜装置について説明する。
【００５５】
図７〜図９に示すように、本発明の成膜方法を実施する本実施形態に係る成膜装置２１は、被処理体としての基板Ｗの表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する装置である。この成膜装置２１は、チャンバ２と、カソードユニットＣ１と、第一磁場発生機構７と、直流電源９と、ガス導入機構１１と、排気機構１２と、第二磁場発生機構１３と、を少なくとも備える。
なお、以下に説明する第２の実施形態において、上述した第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。したがって、第１の実施形態と同様の構成部分は同じ符号を付し、その説明は省略し、特に説明しない限り同じである。
【００５６】
カソードユニットＣ１は、導電性を有する材料から作製された平面視で円板状のホルダ２３を備えている。このホルダ２３は、例えば後述するターゲットと同一な材料で作製されることも可能である。ホルダ２３の下面には、同一の開口面積である複数の平面視円形の凹部４が形成されている。本実施形態では、図９に示すように、先ずホルダ２３の中心Ｃｐと同心に１個の凹部４を形成し、この凹部４を基準として、その周囲に６個の凹部４を同一の仮想円周Ｖｃ上でかつ等間隔に位置するように形成する。すなわち、本実施形態において、ホルダ２３の中心Ｃｐに形成された１個の凹部４と、ホルダ２３の中心Ｃｐを円心とする円周に等間隔で形成された６個の凹部４とが例示されている。
【００５７】
本実施形態では、ホルダの中心Ｃｐに形成された凹部４を基準としてその周囲に６個の凹部４を形成する形態を説明したが、この仮想円周Ｖｃ上の各凹部４を基準としてその周囲に６個ずつの凹部４を形成することも可能である。さらに、同様にして、ホルダ２３の径方向外側で複数の凹部４を（凹部４が形成できなくなるまで）形成し、ホルダ２３の下面全体に亘って凹部４を密集させて多く形成しても良い。これに応じて、ホルダ下面の面積は、ホルダの径方向最外に位置する凹部４の中心が基板Ｗの外周より径方向内側に位置するように定寸される。なお、図９に示す形態では、ホルダの中心Ｃｐに形成された凹部４を基準に、その周囲に１サイクルの凹部（６個）が形成されているが、これのみに限定されず、その周囲に２サイクル以上の凹部（例え１２個以上）が形成されても良い。さらに、１サイクルに６個の凹部のみに限定されず、例えば、４個や８個の凹部でも良い。
【００５８】
また、各凹部４相互の径方向の間隔は、後述する円筒状の磁石の直径より大きく、かつ、ホルダ２３の強度が保持できる範囲で設定される。そして、この各凹部４にはそれぞれターゲット５が挿設され、個々のターゲット５は、その底部側から各凹部４に着脱自在に嵌着される。
【００５９】
また、本実施形態では、収容孔６が１個の凹部４の周囲に６個の磁石７が等間隔で、かつ相互に隣接する各凹部４の中心を結ぶ線上に位置するように形成されている（図９参照）。各磁石７は、各凹部４の周囲に配置したときに、個々のターゲット５の内部の空間５ａに５００ガウス以上の強磁場が発生するように設計されている。
【００６０】
上記のように成膜装置２１を構成することで、複数のターゲット５をスパッタリングした場合に、各ターゲット５から飛散したスパッタ粒子が正電荷を有していると、各ターゲット５から基板Ｗへの垂直な磁場によりその飛翔方向が制御され、基板Ｗ全面でスパッタ粒子が基板Ｗに対して略垂直に入射して付着する。すなわち、図７において矢印で示すように、個々のターゲット５のスパッタ面から基板Ｗに向けて、所定の間隔で局所的に発生した垂直な磁力線Ｍの形状にしたがって、この磁力線Ｍの方向に沿うように飛翔方向が制御され、図中点線矢印で示すように、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成する（もしくは選択的に所定の領域に被膜を形成させない）ように指向性が高められる。
【００６１】
その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態の成膜装置２１を用いれば、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができる。図７では、複数設けられたターゲット５の開口と対向する位置に、極めて高い膜厚均一性を持って成膜されることで、基板Ｗ上の複数の所定領域において高アスペクト比の微細ホールに対しても被覆性よく成膜できる。
【実施例１】
【００６２】
まず、実施例１として、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、プロセス圧力を調整することで、スパッタ粒子の指向性を高めることができることを確認するため、図１に示す成膜装置を用い、チャンバ内のプロセス圧力を０．１２Ｐａ、０．３Ｐａ、０．６Ｐａ、１．２Ｐａ、１．６Ｐａ、３．０Ｐａ、１０．０Ｐａと変えて導入し、基板Ｗ上にＣｕ膜を成膜した。【００６３】
本実施例では、基板Ｗとして、φ３００ｍｍのＳｉウエハ表面全体に亘ってシリコン酸化物膜を形成した後、このシリコン酸化物膜中に公知の方法で高アスペクト比の微細ホール（例えば、幅ｗが４５ｎｍ、深さｄが１５０ｎｍ）をパターニングして形成したものを用いた。
また、カソードユニットとして、図２に示すように、組成比が９９％で、φ６００ｍｍに作製したＣｕ製のホルダを用いた。そして、このホルダの下面中央に開口径φ４０ｍｍ、深さ５０ｍｍの凹部を形成し、この凹部内に、ホルダと同一材料から作製された有底筒状のターゲットをその底部側から嵌着した。また、凹部の周囲には、周方向に等間隔で６個の磁石ユニットを内蔵し、実施例１用のカソードユニットとした。この場合、磁石は、凹部の空間に５００ガウスの磁場強度で磁場を発生させる。そして、このように作製したカソードユニットを真空チャンバの天井部に取付けた後、凹部の開口を除くホルダ下面にマスク部材を装着して覆った。【００６４】
また、成膜条件として、ホルダ下面と基板との間の距離を３００ｍｍに設定し、スパッタガスとしてＡｒを用い、ターゲットへの投入電力を２０Ａの定電流制御に設置し、スパッタ時間を２０秒に設定して、Ｃｕ膜の成膜を行った。
そして、成膜した基板Ｗの中心位置（０ｍｍ）と、この中心位置を基準として７０ｍｍ離れた位置での膜厚をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。また、プロセス圧力と膜厚との関係を図１０に示す。【００６５】
[表１] 
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【００６６】
表１及び図１０の結果より、プロセス圧力が０．３Ｐａ以上で、徐々に基板の中心位置の膜厚が増し、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成できることが確認された。また、プロセス圧力が１．２Ｐａと１．６Ｐａの間、おおよそ１．５Ｐａ辺りから、基板の中心位置から７０ｍｍ離れた位置での膜厚が一気に減少し、選択的に所定の領域に被膜を形成させないように指向性が高められることが確認された。これは、プロセス圧力を１．５Ｐａ以上とすることで、ホロー放電電圧が一定（飽和）となり、スパッタ粒子はホロー内部で方向性を失い、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて発生した磁場により基板へ向けて誘導されるものと思われる。
これにより、チャンバ内におけるプロセス圧力を０．３Ｐａ以上、好ましくは１．５Ｐａ以上に制御すると、指向性を高められることが分かる。【００６７】
また、上記実施例において、チャンバ内のガス圧が、（Ａ）０．１２Ｐａ、（Ｂ）０．６Ｐａ、（Ｃ）１．６Ｐａのときの上記微細ホールでの成膜状態を、模式的断面図として図１１Ａ〜図１１Ｃにそれぞれ示すと共に、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａと、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂとをそれぞれ測定し、ボトムカバレッジ（Ｔｂ／Ｔａ）を算出した。【００６８】
その結果、ガス圧が上記（Ａ）０．１２Ｐａである時、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａ１が４０ｎｍ、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂ１が２４．３ｎｍ、ボトムカバレッジが６０．８％であった。また、ガス圧が上記（Ｂ）０．６Ｐａである時、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａ２が４０ｎｍ、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂ２が３５．０ｎｍ、ボトムカバレッジが８７．９％であった。さらに、ガス圧が上記（Ｃ）１．６Ｐａである時、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａ３が４０ｎｍで、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂ３が４２．４ｎｍで、ボトムカバレッジが１０６％であった。【００６９】
図１１Ａ〜図１１Ｃ及び上記結果より、チャンバ内のガスの流量を上げること、すなわち、チャンバ内にのガス圧を上げることで、指向性が高められ、選択的に所定の領域に被膜を形成させ、カバレージ率を向上させることができることが確認できた。また、この結果より、スパッタ粒子が傾斜して飛散し、例えば防着板などの被処理体の被成膜面以外の部分への付着及び堆積を大幅に減少させることができることもわかる。【００７０】
次に、上記実施例１において、成膜した時の圧力が０．３Ｐａ以下のときをゾーン（Ａ）、成膜した時の圧力が０．３Ｐａ以上１．５Ｐａ以下のときをゾーン（Ｂ）、成膜した時の圧力が１．５Ｐａ以上１０．０以下のときをゾーン（Ｃ）、成膜した時の圧力が１０．０Ｐａ以上のときをゾーン（Ｄ）として、それぞれのゾーンにおいて成膜したときの被膜のボトムカバレッジ、スパッタ粒子の指向性、スパッタ粒子の収束性についてそれぞれ評価した。その結果を表２に示す。
なお、各評価方法における結果は、それぞれ以下のことを示す。
ボトムカバレッジが、５０％以下のときはＮＧ印、５０％〜８０％のときはＢ印、８０％〜１００％のときはＦ印、１００％以上のときはＧ印とした。
また、スパッタ粒子の指向性によりカバレージのシンメトリーが著しく大きくなるときはＮＧ印、大きいときはＢ印、中程度のときはＦ印、ほとんど確認できないときはＧ印とした。
さらに、スパッタ粒子の収束性は、エロード部の下方と非エロード部の下方に相当する位置における膜厚比が、１以下のときはＮＧ印、１〜２程度のときはＢ印、２〜５程度のときはＦ印、５以上のときはＧ印とした。【００７１】
[表２]
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【００７２】
表２に示す結果により、ガス圧を０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御することで、ボトムカバレージ、スパッタ粒子の指向性、スパッタ粒子の収束性の各項目が何れも望ましい評価になることが確認できた。
したがって、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧を０．３Ｐａ以上、好ましくは１．５Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御してターゲットをスパッタリングすることで、生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら基板の被成膜面へスパッタ粒子を誘導し、堆積させて成膜できることが分かる。
【実施例２】
【００７３】
次に、磁場の強度を調整することで、スパッタ粒子の飛翔方向を制御できることを確認するため、実施例１と同様の成膜条件下で、プロセス圧力を、実施例１で望ましい結果が得られた１．６Ｐａ（ガス流量が２６７ｓｃｃｍ）とし、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて垂直な磁場を発生させて成膜したときと、発生させないで成膜したときにおける基板の径方向位置での膜厚を測定した。そして、このときの基板位置とその膜厚の関係を示す膜厚分布を図１２にそれぞれ示す。【００７４】
図１２に示すように、垂直な磁場を発生させて成膜したときは、基板中心から所定の半径領域（ターゲットのエロード径と略等しい領域）において局所的に成膜されていることが確認された。しかしながら、垂直な磁場が発生していないと、スパッタ粒子は散乱し、ターゲットでのエロード径以上の領域に堆積していることが確認された。
したがって、磁場の強度を調整することで、スパッタ粒子の飛翔方向を制御できることが分かる。【００７５】
なお、本実施形態において、ホロータイプのターゲットを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。したがって、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するようにすれば、平面タイプのターゲットを用いた場合でも実施することができるものである。【００７６】
以上に説明したが、本発明に係る成膜方法について、以下に概略する。
被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法において、減圧可能な内部空間を有するチャンバ２内に被処理体Ｗとターゲット５とを対向配置し、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させる。次いで、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、ターゲットと処理体との間の空間にプラズマを発生させる。そして、ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながらスパッタ粒子を被処理体へ誘導し、堆積させて、被処理体の表面に被膜を形成する。
前にも説明したように、前記磁場の強度を調整することにより、前記スパッタ粒子の飛翔方向を制御することができる。さらに、被処理体の中央域と周縁域において、垂直な磁力線どうしの間隔が同一でも異なっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の成膜装置及び成膜方法は、高アスペクト比の微細溝又は穴への成膜に広く用いられることが可能である。さらに、本発明の成膜装置及び成膜方法は、カバレージ率を向上させ、成膜装置のメンテナンス周期を延長することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｗ            基板（被処理体）
１，２１      成膜装置
２            チャンバ
３，２３      ホルダ
４            凹部
５            ターゲット
５ａ          放電用の空間
６            収容孔
７            磁石（第一磁場発生機構）
８            支持板
９            直流電源（ＤＣ電源）
１０          ステージ
１１          ガス管（ガス導入機構）
１２          排気ポンプ（排気機構）
１３ｕ        上コイル（第二磁場発生機構）
１３ｄ        下コイル（第二磁場発生機構）
１４          ヨーク
１５          導線
１６          電源装置
【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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【図７】
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【図８】
0005417437.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0005417437.tif 000013
【図１１Ａ】
0005417437.tif 000014
【図１１Ｂ】
0005417437.tif 000015
【図１１Ｃ】
0005417437.tif 000016
【図１２】
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