(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で基板に対して所定の処理が行われる処理チャンバーと、処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、前記処理チャンバー内で基板を保持する基板ホルダーと、プラズマと基板との間に高周波電界を設定してプラズマと高周波電界との相互作用により基板の表面に自己バイアス電圧を生じさせる高周波電源とを備えており、
前記基板ホルダーは、ホルダー本体とホルダー本体に接して設けられた誘電体ブロックとから構成され、この誘電体ブロックの表面が基板保持面になっているとともに、基板保持面に静電気を誘起させて基板を静電吸着させる静電吸着機構の吸着電極が誘電体ブロックの内部に設けられており、
前記ホルダー本体は金属製であって接地電位に維持されており、
前記ホルダー本体内には絶縁管が貫通して設けられており、この絶縁管には金属製の棒状の導入部材が挿通されているとともに、絶縁管と導入部材との間に真空のリークを防止する封止部材が設けられており、
前記導入部材の一端は前記吸着電極に接続されおり、他端には前記高周波電源が発生させた高周波電力を伝送する伝送線が接続されており、前記高周波電源が発生させた高周波電圧は前記導入部材によって前記吸着電極に印加されるとともに前記絶縁管により絶縁されて前記ホルダー本体には印加されないようになっており、
前記誘電体ブロックの側面には、当該側面と前記処理チャンバーとの間での放電を防止するシールドが設けられており、このシールドは、前記ホルダー本体の側面全体を覆うことなく前記誘電体ブロックの側面を覆うものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記シールドは、前記プラズマによってスパッタされた場合でも基板を汚損する微粒子を発生させないものであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記吸着電極は、基板と同様の板状であって、基板の外形より１〜３ｍｍ小さい大きさを有しており、前記吸着電極の中心軸が、前記基板保持面に保持された際の基板の中心軸と同じになるように前記吸着電極が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
【請求項４】
排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲットと、ターゲットに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせてターゲットをスパッタリングするスパッタ電源と、処理チャンバー内で基板を保持する基板ホルダーと、プラズマと基板との間に高周波電界を設定してスパッタ放電により形成されたプラズマと高周波電界との相互作用により基板の表面に自己バイアス電圧を生じさせる高周波電源とを備え、
前記基板の表面に作成された微細なホール内に薄膜を作成するとともに、前記自己バイアス電圧を生じさせた際にプラズマと基板との間に設定される電界によりプラズマ中のイオンを加速して基板に入射させることで、ホールの開口の縁に盛り上がるように堆積した薄膜を再スパッタしてホール内の成膜速度を向上させるスパッタリング装置であって、
前記基板ホルダーは、ホルダー本体とホルダー本体に接して設けられた誘電体ブロックとから構成され、この誘電体ブロックの表面が基板保持面になっているとともに、基板保持面に静電気を誘起させて基板を静電吸着させる静電吸着機構の吸着電極が誘電体ブロックの内部に設けられており、
前記ホルダー本体は金属製であって接地電位に維持されており、
前記ホルダー本体内には絶縁管が貫通して設けられており、この絶縁管には金属製の棒状の導入部材が挿通されているとともに、絶縁管と導入部材との間に真空のリークを防止する封止部材が設けられており、
前記導入部材の一端は前記吸着電極に接続されおり、他端には前記高周波電源が発生させた高周波電力を伝送する伝送線が接続されており、前記高周波電源が発生させた高周波電圧は前記導入部材によって前記吸着電極に印加されるとともに前記絶縁管により絶縁されて前記ホルダー本体には印加されないようになっており、
前記誘電体ブロックの側面には、当該側面と前記処理チャンバーとの間での放電を防止するシールドが設けられており、このシールドは、前記ホルダー本体の側面全体を覆うことなく前記誘電体ブロックの側面を覆うものであることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項５】
前記シールドは、前記プラズマによってスパッタされた場合でも基板を汚損する微粒子を発生させないものであることを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記吸着電極は、基板と同様の板状であって、基板の外形より１〜３ｍｍ小さい大きさを有しており、前記吸着電極の中心軸が、前記基板保持面に保持された際の基板の中心軸と同じになるように前記吸着電極が設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記絶縁管は断面円形であり、前記導入部材は断面円形の棒状であって前記絶縁管の内径に適合する外径を有していることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、基板の表面に各種処理を施す基板処理装置に関し、特に、プラズマを形成し、プラズマ中のイオンを基板に入射させて利用するタイプの基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面に各種の処理を施す基板処理装置には、ドライエッチング装置やスパッタリング装置等、様々な装置がある。このような基板処理装置には、基板の表面にイオンを入射させて処理を行うタイプの装置がある。このようなタイプの装置は、プラズマを形成し、プラズマ中のイオンを基板の表面に入射させて処理を行う場合がある。以下、スパッタリング装置を例に説明する。図３は、基板処理装置の一例としての従来のスパッタリング装置を示す断面概略図である。
【０００３】
図３に示す装置は、排気系１１を備えた処理チャンバー１と、処理チャンバー１内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲット２と、ターゲット２に電圧を印加してスパッタ放電を生じさせてターゲット２をスパッタリングするスパッタ電源２１と、スパッタ放電のための所定のスパッタ用ガスを導入するガス導入系２２と、スパッタリングによって所定の薄膜が作成される処理チャンバー１内の所定の位置に基板９を保持する基板ホルダー３と、基板ホルダー３に基板９を静電吸着させるための静電吸着機構４とを備えている。
【０００４】
基板ホルダー３は、ホルダー本体３１と、ホルダー本体３１に接して設けられた誘電体ブロック３２とから構成されている。そしてこの誘電体ブロック３２の表面が基板保持面になっている。
図３に示す装置では、基板９は、基板ホルダー３の基板保持面に載置され保持される。静電吸着機構４の吸着用電源４１が動作して吸着電極４２に所定の電圧が印加されると、基板９は基板保持面に静電吸着される。排気系１１によって処理チャンバー１内を所定の圧力に排気するとともに、ガス導入系２２によってスパッタ用ガスを処理チャンバー１内に導入する。この状態で、スパッタ電源２１が動作してターゲット２に電圧を印加してターゲットをスパッタリングするとスパッタ放電が生じ、処理チャンバー１内にプラズマが形成される。スパッタリングによりターゲットから放出されたスパッタ粒子が基板９に到達し、薄膜が作成される。
【０００５】
薄膜が作成される基板９の表面には、微細なホールが形成されている場合がある。具体的に説明すると、ＦＥＴ（薄膜トランジスタ）構造を有する多くの半導体デバイスの製造では、チャンネルの上側に形成した絶縁層にコンタクトホールを設け、このコンタクトホール内を導電膜で埋め込んでチャンネル配線とすることが行われている。このようなチャンネル配線の形成工程では、配線用の導電膜と下地であるチャンネルとの相互拡散等を防止するため、コンタクトホールの内面（底面及び側面）にバリア膜を作成することが行われる。また、多層配線構造を採るデバイスの製造でも、層間配線用のスルーホールの内面に同様のバリア膜を設け、層間配線と下地配線層との相互拡散を防止する場合がある。
【０００６】
このようなコンタクトホールやスルーホール等の微細なホールの内面にスパッタリングによって薄膜の作成を行うと、ホールの開口の縁にスパッタ粒子が堆積してしまうため、内面に十分な厚さの薄膜を作成するのは困難である。図４を用いて、この点を具体的に説明する。図４は、ホールの開口の縁及びホールの内面に薄膜が作成される状況を示した図である。
【０００７】
まず、図４（１）に示すように、薄膜の作成が開始されると、スパッタ粒子はホール９１の開口の縁の部分に堆積し、次第に盛り上がるようになってくる。盛り上がるように堆積した膜８１はオーバーハングと呼ばれるが、このオーバーハング８１が生じるとホール９１の開口の面積が小さくなるためホール９１内にスパッタ粒子が到達しにくくなる。
微細なホールの内面への成膜の指標として、ボトムカバレッジ率という指標がある。ボトムカバレッジ率は、ホールの周囲の面（ホール外の面）への成膜速度に対するホールの底面への成膜速度の比である。上述した微細なホールでは、オーバーハング８１が形成されることによりスパッタ粒子がホール９１の内面に到達しにくいため、ボトムカバレッジ率が低下し、ホール外の面に比べホールの底面の膜厚が薄くなってしまう。例えば作成される薄膜がバリア膜である場合、膜厚が薄いとバリア特性が低下し、相互拡散防止の効果が充分に得られなくなってしまう。
【０００８】
また、ホール内に金属材料を埋め込む埋め込み配線を行う場合、オーバーハング８１が大きくなりホール９１の開口を塞いでしまうことがある。この場合、図４（２）に示すようにホール９１の内部にはボイド８２と呼ばれる空洞ができてしまう。ホール９１内にボイド８２が形成されてしまうと、配線抵抗の増加や回路の断線等の製作されたデバイスの不良や欠陥を生じさせる原因となっている。
【０００９】
従来の装置では、プラズマ中のイオンを基板９に入射させることによって、ボトムカバレッジ率の低下やボイドの発生を防いでいる。具体的には、図３に示す装置の基板ホルダー３には、高周波電源５が備えられている。この高周波電源５は、基板ホルダー３全体に高周波電圧を印加するようになっている。高周波電源５によって、プラズマと基板９との間に高周波電界を設定し、プラズマと高周波電界との相互作用により基板９の表面に自己バイアス電圧を生じさせるようになっている。
【００１０】
より詳しく説明すると、高周波電源５は、処理チャンバー１内にプラズマが形成された状態で、所定の高周波電圧を基板ホルダー３に印加する。基板ホルダー３に高周波電圧が印加されると、高周波の正の半周期においてプラズマから電子が基板９に入射し、負の半周期においてイオンが入射する。この際、電子とイオンの移動度の違いによって、基板ホルダー３上に保持された基板９の表面は高周波電圧の正弦波の上に負の直流電圧が重畳されたような電位変化となる。この負の直流分の電圧が自己バイアス電圧である。プラズマの空間電位は０〜４０ボルト程度の正の電位であり、自己バイアス電圧が生じた基板９とプラズマとの間に基板９に向かって徐々に電位が下がる電界が設定される。プラズマ中のイオンはこの電界によって加速され、基板９に入射する。
【００１１】
プラズマから基板９に向かって入射したイオンは、図４（３）に示すようにオーバーハング８１を再スパッタする。再スパッタによって放出されたスパッタ粒子がホール内に到達することにより、ホールの内面への薄膜の作成は促進され、ボトムカバレッジ率が向上する。また、オーバーハングが再スパッタされることにより、ホールの開口が塞がれることがない。このため、ボイドが形成されることがない。
【００１２】
基板ホルダー３に高周波電圧を印加すると、接地電位に維持された処理チャンバー１との間に電位差ができ、この電位差によって基板ホルダー３と処理チャンバー１との間に放電が生じてしまう。基板ホルダー３と処理チャンバー１との間に放電が生じると、ホルダー本体３１や処理チャンバー１の表面が削られ、削られた破片は処理チャンバー１内にパーティクル（基板９の表面を汚損する微粒子の総称）となって浮遊してしまう。この放電が生じるのを防ぐため、基板ホルダー３の基板保持面以外の処理チャンバー１と向き合った面に、処理チャンバー１と同じ接地電位に維持されたホルダーシールド３０を設けている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスパッタリング装置では、上述したように基板の表面に自己バイアス電圧を生じさせてイオンを入射させることによってオーバーハングを再スパッタし、ホール内の成膜を促進させている。
しかしながら、半導体デバイスの分野では、デバイスの高集積度化や高機能化に伴い、配線構造の微細化、複雑化が進んでおり、上述したコンタクトホールやスルーホールのアスペクト比（ホールの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比）は、どんどん高くなる傾向にある。そして、ホールのアスペクト比が高くなるにつれ、ボトムカバレッジ率を低下させることなくホール内に薄膜を作成することが従来の装置では困難になってきている。
具体的には、ホールのアスペクト比は、従来２〜３程度であったが４〜５と高くなっている。ホールの内面には、約５０％のボトムカバレッジ率が必要とされるが、図３に示す装置では、５００Å毎分で基板に薄膜を作成した場合、アスペクト比５のホールのボトムカバレッジ率は１０％にしか達していなかった。
【００１４】
このように低いボトムカバレッジ率を向上させるため、自己バイアス電圧を高くすることによりイオンの入射エネルギーを高くすることが考えられる。自己バイアス電圧を高くするには、基板ホルダーに印加する高周波電力を大きくすることが有効である。しかしながら、従来の装置では、ホルダーシールドを介してアース側に流れる分が損失になっている。このため、高周波電源の出力を大きくしても、自己バイアス電圧はそれほど高くできず、電力損失が大きくなる問題がある。
【００１５】
一方、基板の表面にイオンを入射させて基板の処理を行うドライエッチング装置等においても、入射するイオンのエネルギーを高くすることにより、エッチング速度等の処理速度をさらに高めたりすることができると考えられる。しかし、イオンの入射エネルギーを高くするため印加する高周波電力を高くすると、同様に自己バイアス電圧はそれほど高くできずに電力損失が大きくなる問題がある。
【００１６】
本願の発明は、上述したようなイオンの入射エネルギーを利用して基板の表面に処理を施す装置の課題を解決するために成されたものであって、自己バイアス電圧を生じさせるために供給する高周波電力の損失を少なくしつつ自己バイアス電圧を高くするという技術的意義を有している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、内部で基板に対して所定の処理が行われる処理チャンバーと、処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、前記処理チャンバー内で基板を保持する基板ホルダーと、プラズマと基板との間に高周波電界を設定してプラズマと高周波電界との相互作用により基板の表面に自己バイアス電圧を生じさせる高周波電源とを備えており、
前記基板ホルダーは、ホルダー本体とホルダー本体に接して設けられた誘電体ブロックとから構成され、この誘電体ブロックの表面が基板保持面になっているとともに、基板保持面に静電気を誘起させて基板を静電吸着させる静電吸着機構の吸着電極が誘電体ブロックの内部に設けられており、
前記ホルダー本体は金属製であって接地電位に維持されており、
前記ホルダー本体内には絶縁管が貫通して設けられており、この絶縁管には金属製の棒状の導入部材が挿通されているとともに、絶縁管と導入部材との間に真空のリークを防止する封止部材が設けられており、
前記導入部材の一端は前記吸着電極に接続されおり、他端には前記高周波電源が発生させた高周波電力を伝送する伝送線が接続されており、前記高周波電源が発生させた高周波電圧は前記導入部材によって前記吸着電極に印加されるとともに前記絶縁管により絶縁されて前記ホルダー本体には印加されないようになっており、
前記誘電体ブロックの側面には、当該側面と前記処理チャンバーとの間での放電を防止するシールドが設けられており、このシールドは、前記ホルダー本体の側面全体を覆うことなく前記誘電体ブロックの側面を覆うものであという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記シールドは、前記プラズマによってスパッタされた場合でも基板を汚損する微粒子を発生させないものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の構成において、前記吸着電極は、基板と同様の板状であって、基板の外形より１〜２ｍｍ小さい大きさを有しており、前記吸着電極の中心軸が、前記基板保持面に保持された際の基板の中心軸と同じになるように前記吸着電極が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項４記載の発明は、排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲットと、ターゲットに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせてターゲットをスパッタリングするスパッタ電源と、処理チャンバー内で基板を保持する基板ホルダーと、プラズマと基板との間に高周波電界を設定してスパッタ放電により形成されたプラズマと高周波電界との相互作用により基板の表面に自己バイアス電圧を生じさせる高周波電源とを備え、
前記基板の表面に作成された微細なホール内に薄膜を作成するとともに、前記自己バイアス電圧を生じさせた際にプラズマと基板との間に設定される電界によりプラズマ中のイオンを加速して基板に入射させることで、ホールの開口の縁に盛り上がるように堆積した薄膜を再スパッタしてホール内の成膜速度を向上させるスパッタリング装置であって、
前記基板ホルダーは、ホルダー本体とホルダー本体に接して設けられた誘電体ブロックとから構成され、この誘電体ブロックの表面が基板保持面になっているとともに、基板保持面に静電気を誘起させて基板を静電吸着させる静電吸着機構の吸着電極が誘電体ブロックの内部に設けられており、
前記ホルダー本体は金属製であって接地電位に維持されており、
前記ホルダー本体内には絶縁管が貫通して設けられており、この絶縁管には金属製の棒状の導入部材が挿通されているとともに、絶縁管と導入部材との間に真空のリークを防止する封止部材が設けられており、
前記導入部材の一端は前記吸着電極に接続されおり、他端には前記高周波電源が発生させた高周波電力を伝送する伝送線が接続されており、前記高周波電源が発生させた高周波電圧は前記導入部材によって前記吸着電極に印加されるとともに前記絶縁管により絶縁されて前記ホルダー本体には印加されないようになっており、
前記誘電体ブロックの側面には、当該側面と前記処理チャンバーとの間での放電を防止するシールドが設けられており、このシールドは、前記ホルダー本体の側面全体を覆うことなく前記誘電体ブロックの側面を覆うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項５記載の発明は、請求項４記載の構成において、前記シールドは、前記プラズマによってスパッタされた場合でも基板を汚損する微粒子を発生させないものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の構成において、前記吸着電極は、基板と同様の板状であって、基板の外形より１〜３ｍｍ小さい大きさを有しており、前記吸着電極の中心軸が、前記基板保持面に保持された際の基板の中心軸と同じになるように前記吸着電極が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の請求項７記載の発明は、請求項１乃至６いずれかに記載の構成において、前記絶縁管は断面円形であり、前記導入部材は断面円形の棒状であって前記絶縁管の内径に適合する外径を有しているという構成を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、前述したのと同様に、基板の表面にイオンを入射させながら薄膜を作成するタイプのスパッタリング装置を例に説明する。図１は、本願発明の基板処理装置の実施形態であるスパッタリング装置を示す断面概略図である。
【００１９】
図１に示す装置は、排気系１１を備えた処理チャンバー１と、処理チャンバー１内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲット２と、ターゲット２に電圧を印加してスパッタ放電を生じさせてターゲット２をスパッタリングするスパッタ電源２１と、スパッタ放電のための所定のスパッタ用ガスを導入するガス導入系２２と、スパッタリングによって所定の薄膜が作成される処理チャンバー１内の所定の位置に基板９を保持する基板ホルダー３と、基板ホルダー３に保持された基板９を静電吸着させるための静電吸着機構４と、プラズマと基板９との間に高周波電界を設定してプラズマと高周波電界の相互作用により基板９の表面に自己バイアス電圧を生じさせる高周波電源５とを備えている。
【００２０】
本実施形態の大きな特徴点は、基板９の表面に自己バイアス電圧を生じさせる高周波電源５が、基板ホルダー３の誘電体ブロック３２の内部に設けられた吸着電極４２のみに高周波電圧を直接印加するようになっていることである。以下、この点について説明する。
【００２１】
本実施形態においても、基板ホルダー３は、ホルダー本体３１と誘電体ブロック３２から構成されている。そして、ホルダー本体３１の内部には、上下に延びるようにして絶縁管３３が設けられている。絶縁管３３は、ホルダー本体３１を構成する支柱３１２の下端から誘電体ブロック３２まで延びるようにして設けられている。そして、絶縁管３３内には金属製の導入部材３４が設けられている。導入部材３４の下端は、絶縁管３３の下端から突出しており、この突出した部分に、高周波電源５からの線路が接続されている。
また、導入部材３４の上端は、誘電体ブロック３２の開口にはめ込まれ、吸着電極４２に接続されている。導入部材３４とホルダー本体３１とは、絶縁管３３で絶縁されており、従って、高周波電源５はホルダー本体３１には直接高周波電圧を印加せず、吸着電極４２のみに直接印加するようになっている。
【００２２】
絶縁管３３は、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂又はセラミックス等の絶縁材料で形成されている。絶縁管３３は断面円形の管であり、ホルダー本体３１は絶縁管３３の外径に適合する径の貫通孔が形成されている。絶縁管３３は、この貫通孔に挿通させた状態で設けられている。尚、絶縁管３３の外面と貫通孔の縁との間の隙間からのリークが発生しないよう、両者の間にはＯリングが設けられている。
【００２３】
また、導入部材３４は、ステンレス又は銅のような金属で形成されている。導入部材３４は、絶縁管３３の内径に適合する外径の断面円形の棒状である。導入部材３４は、絶縁管３３内に挿通された状態で設けられている。そして、絶縁管３３の内面と導入部材３４との間にも、リークを防止するためのＯリングが設けられている。
高周波電源５は、整合器５１を介して導入部材３４に接続されている。本実施形態では、４００ｋＨｚ程度の周波数のものが高周波電源５に使用されている。高周波電源５の出力は、１０〜２００Ｗ程度である。
【００２４】
誘電体ブロック３２は、セラミックス等の材料で形成されており、基板保持面であるその上面は基板９より少し小さいものとなっている。吸着電極４２は、基板９と同様の形状の板状であって、基板９の外形より１〜３ｍｍ小さい大きさを有している。誘電体ブロック３２の中心軸は、基板保持面に保持された基板９の中心軸と同じになるようになっている。
ホルダー本体３１は、ステンレスなどの金属製であり、電気的には接地されている。処理チャンバー１の底板部分は開口を有し、この開口にホルダー本体３１の支柱３１２が挿通されている。この開口の縁には、Ｏリングのような封止部材が設けられている。
【００２５】
吸着電極４２とともに静電吸着機構４を構成する吸着用電源４１は、１００〜４００Ｖ程度の負の直流電圧を吸着電極４２に供給するようになっている。
また、上述した静電吸着機構４の吸着用電源４１は、高周波電源５と同じ経路で静電吸着用の電圧を導入するようになっている。即ち、吸着用電源４１からの線路は高周波電源５からの線路に結線されて導入部材３４に接続されている。
尚、高周波から吸着用電源４１を保護するため、フィルター回路４４が設けられている。フィルター回路４４は、高周波電源５が発生させた高周波を遮断し、吸着用電源４１を高周波から保護する。
【００２６】
また、本実施形態では、ホルダーシールド３０の構成は、従来とは大きく異なっている。即ち、図１に示すように、本実施形態におけるホルダーシールド３０は、図３に示すように基板ホルダー３の側面全体を覆うのではなく、主に誘電体ブロック３２の側面のみを覆う構成となっている。これは、高周波電源５が前述したように吸着電極４２のみに高周波電圧を印加するようになっていてホルダー本体３１がアースされているため、ホルダー本体３１と処理チャンバー１の器壁との間では本質的に放電が生じないからである。誘電体ブロック３２の側面については、吸着電極３２に印加された高周波電圧の影響によって放電が生じてスパッタされる恐れがあるため、ホルダーシールド３０で覆っている。ホルダーシールド３０は、スパッタされてもパーティクルを発生させない材料、例えばシリコン単結晶、シリコン多結晶、石英（酸化シリコン）等の材料で形成されている。
【００２７】
尚、図１では、絶縁管３３及び導入部材３４は、ホルダー本体３１の中心軸を外れた位置にある。但し、吸着電極４２の全体に均一に高周波電圧を印加するためには、吸着電極４２の中心軸上に導入部材３４を設けた方が好適である。
【００２８】
次に、装置のその他の構成について説明する。
排気系１１は、クライオポンプ等の真空ポンプを備え、処理チャンバー１内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成されている。ターゲット２は、絶縁材２０を介して処理チャンバー１に取り付けられている。ターゲット２の材質は、本実施形態ではチタンである。従って、作成される薄膜はチタン薄膜であって、バリア膜として利用される。スパッタ電源２１には、例えば９ｋＷ程度の負の直流電源が採用されている。
【００２９】
スパッタ放電に必要なスパッタ用ガスを導入するガス導入系２２は、スパッタ用ガスを溜めたガスボンベ２２１と、ガスボンベ２２１と処理チャンバー１とを繋ぐ配管２２２と、配管２２２上に設けられたバルブ２２３や流量調整器２２４とから主に構成されている。本実施形態では、スパッタ電源２１とガス導入系２２とがプラズマ形成手段を構成している。
【００３０】
ターゲット２の背後には、磁石機構２３が設けられている。磁石機構２３は、放電の効率の良いマグネトロンスパッタを行うために設けられている。磁石機構２３は、中心磁石２３１と、中心磁石２３１を周状に取り囲む周辺磁石２３２と、中心磁石２３１及び周辺磁石２３２をつなぐヨーク２３３とから構成されている。
【００３１】
処理チャンバー１内のプラズマが形成される空間を取り囲むようにしてプラズマシールド６が設けられている。プラズマシールド６は、プラズマが拡散してしまうのを防ぐとともに、プラズマによって処理チャンバー１の器壁がスパッタされてしまうのを防ぐものである。
【００３２】
次に、本実施形態のスパッタリング装置全体の動作について説明する。まず、処理チャンバー１内が予め排気系１１によって所定の圧力まで排気されている状態で、基板９が処理チャンバー１内に搬入され、基板ホルダー３上に載置され保持される。次に、ガス導入系２が動作し、所定のスパッタ用ガスが処理チャンバー１内に導入される。そして、スパッタ電源２１が動作し、スパッタ放電が生じた後、静電吸着機構４の吸着用電源４１が動作して、基板９が基板保持面に静電吸着される。スパッタ放電によってターゲット２がスパッタリングされ、基板９の表面にはターゲット２からスパッタ粒子が到達し、薄膜が作成される。
【００３３】
この際、高周波電源５が動作し、吸着電極４２に高周波電圧が印加される。この結果、上述したように基板９の表面に自己バイアス電圧が生じる。プラズマ中のイオンが基板９に入射することによって、基板９に形成されたホールの開口の縁に生じたオーバーハングが再スパッタされる。前述したように、再スパッタ粒子はホール内に落下し、ホール内の薄膜の作成が促進される。スパッタリングを所定時間行った後、スパッタ電源２１、ガス導入系２２等の動作を止め、処理チャンバー１内を排気した後、基板９を処理チャンバー１から取り出す。
【００３４】
本実施形態のスパッタリング装置では、高周波電源５が吸着電極４２のみに高周波電圧を印加するため、従来の装置に比べ損失する電力を少なくすることができる。従来の装置では、基板ホルダー３全体に高周波電圧を印加していたため、基板ホルダー３とホルダーシールド３０との間のキャパシタンスを介してホルダーシールド３０に高周波電流が流れ、この分が大きな損失となっていた。本実施形態では、吸着電極４２のみに高周波電圧を印加し、ホルダーシールド３０を介してアース側に高周波電流が流れることがないため、このような電力の損失がない。高周波電力は自己バイアス電圧を生じさせるためのみに消費され、電力効率が大きく向上する。
【００３５】
また、電力効率が向上することから、同じ電力でも自己バイアス電圧発生用に消費される分の電力が大きくなる。このため、自己バイアス電圧を高くできる。つまり、基板９に入射する電子とイオンの量の差も大きくなり、自己バイアス電圧が高くなる。これによりプラズマから基板９へ向かう電界が強くなり、基板９へのイオンの入射エネルギーを高くすることができる。
【００３６】
本実施形態のようなイオンを入射させながら成膜するスパッタリングにおいては、基板９の表面ではスパッタ粒子の入射による成膜とイオンの入射による再スパッタとが競合現象として生じている。イオンの入射エネルギーを高くすると、ホールの内面では、上述したように再スパッタ粒子がホール内に落下し、薄膜の作成が促進される。一方、ホール以外の面では、スパッタ粒子により薄膜が作成される速度よりも入射するイオンにより薄膜が再スパッタされる速度の方が大きくなり、成膜速度が低下することがあると予想される。
【００３７】
成膜速度の低下は一般的には好ましくないことであるが、本実施形態のような成膜プロセスではかえって好都合である場合もあると考えられる。というのは、ホール以外の面での成膜速度の低下によって全体の成膜時間が長くなった場合、ホールの底面ではオーバーハングからの再スパッタ粒子の到達によってホール以外の面ほどは成膜速度が低下しないか、又は、成膜速度が高くなると考えられる。従って、ホール以外の面の膜厚が厚くなり過ぎないうちに十分な厚さの薄膜をホールの底面に作成することができる。従来の構成であると、ホールの底面に充分な厚さで成膜される前にホール以外の面で膜が厚くなり過ぎ、膜厚の過多による抵抗の増大等の問題が発生する恐れがある。
【００３８】
本実施形態では、処理チャンバー１内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに維持した状態でスパッタ電源２１が９ｋＷの電力をターゲット２に供給し、高周波電源５によって２５Ｗの高周波電力を吸着電極４２に供給した状態で基板９に薄膜の作成を行う。これにより、アスペクト比４のホールに対してボトムカバレッジ率を４４％に向上させることができた。
【００３９】
また、本実施形態では、ホルダーシールド３０が主に誘電体ブロック３２のみを覆う非常に小型のものであるため、処理チャンバー１内の排気特性を向上させることができる。以下、この点について図２を用いて説明する。図２は、従来の装置と本実施形態の装置の排気特性の差を示した図である。
基板９に対して良質な処理を行うには、より低い到達圧力に処理チャンバー１内を排気してから処理を開始することが望ましい。しかし、処理チャンバー１内の部材の表面から吸蔵ガスが放出されるため、到達圧力を低くすることには限界がある。
【００４０】
従来の装置では、基板ホルダー４の側面全体を覆う形状のホルダーシールド３０が設けられており、このホルダーシールド３０の表面積は大きく、吸蔵ガスの放出は比較的多い。一方、本実施形態では、本実施形態ではホルダーシールド３０が非常に小型化され表面積が小さくなっている。このため、吸蔵ガスの放出が非常に少なくなり、到達圧力をより低くすることができる。具体的には、図２に示すように、従来の装置では到達圧力が９．９×１０-9Ｔｏｒｒ程度であったが、本実施形態の装置では到達圧力を７×１０-9Ｔｏｒｒ程度にすることができた。このように、本実施形態では排気特性を向上させることができるため、より品質の良い処理を基板９に対して行うことができる。
【００４１】
また、吸着電極４は、基板９の外形より１〜３ｍｍ小さい大きさとなっている。基板９の表面の全域に垂直な電界を生じさせイオンを垂直に入射させるためには、吸着電極４２はできるだけ大きい方が良い。しかし、あまり吸着電極４２があまり大きくなると、基板ホルダー４が大型化して装置全体の占有面積が大きくなる欠点がある。吸着電極４２が基板９の外形より１〜３ｍｍ程度小さい大きさであれば、基板９の表面の全域に充分に垂直な電界を生じさせることができ、また、基板ホルダー４の大型化の問題も生じない。
【００４２】
上述した実施形態では、スパッタリング装置を例に説明したが、その他にリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等を行うドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置においても本願発明を実施することができる。これらの装置で、例えば高周波放電によってプラズマを形成する場合、高周波電源及びガス導入系がプラズマ形成手段を構成する。そして、これらの装置においても、吸着電極にのみ高周波電圧を印加することにより、電力の損失が大幅に低減し、自己バイアス電圧を高くすることができる。これにより、基板に入射するイオンのエネルギーが高くなり、処理速度が高くなる。例えば、入射イオンのエネルギーを反応性ガスの反応に利用してエッチングするＲＩＥでは、入射イオンのエネルギーを高くしてエッチング速度を高くすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の発明によれば、自己バイアス電圧を生じさせるための高周波電源が吸着電極のみに高周波電力を供給するため、高周波電力の損失を少なくしつつ自己バイアス電圧を高くすることができる。これにより、イオンの入射エネルギーが高くなり、イオンが基板に入射した際の作用を高く得ることができる。
また、請求項３の発明によれば、上記請求項１の効果に加え、プラズマから基板に向かう電界が基板の表面全体で均一になり、基板に対する処理を均一に行うことができる。
また、請求項４の発明によれば、自己バイアス電圧を生じさせるための高周波電源が吸着電極のみに高周波電力を供給するため、高周波電力の損失を少なくすることができるとともに自己バイアス電圧を高くすることができる。これにより、イオンの入射エネルギーが高くなり、基板に入射するイオンによってオーバーハングが再スパッタされホール内の成膜が促進される。従って、ホールのボトムカバレッジ率を向上させることができる。
また、請求項６の発明によれば、上記請求項４の効果に加え、プラズマから基板に向かう電界が基板の表面全体で均一になり、基板に対する処理を均一に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態のスパッタリング装置を示す断面概略図である。
【図２】従来の装置と本実施形態の装置の排気特性の差を示した図である。
【図３】基板処理装置の一例としての従来のスパッタリング装置を示す断面概略図である。
【図４】ホールの開口の縁及びホールの内面に薄膜が作成される状況を示した図である。
【符号の説明】
１  処理チャンバー
２  ターゲット
２１  スパッタ電源
２２  ガス導入系
２３  磁石機構
３  基板ホルダー
３１  ホルダー本体
３２  誘電体ブロック
３３  絶縁管
３４  導入部材
４  静電吸着機構
４１  吸着用電源
４２  吸着電極
５  高周波電源
５１  整合器
９  基板
９１  ホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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