(57)【要約】【課題】基板上における成膜速度について高い面内均一性を確保しながら、成膜効率を向上させることのできるスパッタ装置を提供すること。【解決手段】真空容器１内の載置部８上に載置されたウエハ１０に対向するようにターゲット２１を配置し、載置部８を対向電極として構成する。ターゲット２１に高周波電圧及び負の直流電圧を印加し、これによりターゲット２１と載置部８の間に電界を形成する。Ａｒガスはこの電界によりプラズマ化されて、均一性の高い高密度プラズマが形成され、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット２１に衝突してスパッタ粒子が放出される。このようなプラズマが生成されることから、ターゲット２１と載置部８との距離３０ｍｍ以下に近づけることにより、基板上の成膜速度の面内均一性を確保しながら、成膜効率を向上させることができる。【選択図】図１
2013163856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内の載置部に載置された被処理基板に対向するように導電性のターゲットを配置し、真空容器内に導入した不活性ガスをプラズマ化してそのプラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタするスパッタ装置において、
前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記被処理基板における前記ターゲットとは反対側に当該ターゲットと対向するように設けられた対向電極と、
前記ターゲットに接続され、前記対向電極との間で高周波電界を発生させるために当該ターゲットに高周波電圧を印加するターゲット用の高周波電源と、を備え、
スパッタ時における前記ターゲットと被処理基板との距離は３０ｍｍ以下であることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記対向電極に接続され、前記ターゲットとの間で高周波電界を発生させるために当該対向電極に高周波電圧を印加する対向電極用の高周波電源を備えたことを特徴とする請求項１記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記載置部に載置された被処理基板を加熱するための加熱部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記ターゲットの下面から被処理基板に至るまでの領域を、上から見て被処理基板の外周よりも外側位置にて囲むように設けられた補助電極と、
この補助電極に負電圧及び高周波電圧の少なくとも一方を印加するための補助電源と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットをスパッタすることにより基板に対して成膜処理を行うスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程で用いられるマグネトロンスパッタ装置は、例えば、低圧雰囲気に設定された真空容器内に、基板と対向するように成膜材料よりなるターゲットを配置すると共に、ターゲットの上面側にマグネット部材を設けて構成される。ターゲットが導電体例えば金属である場合には、負の直流電圧を印加した状態でターゲットの下面近傍に磁場が形成される。また、真空容器の内壁への粒子の付着を防止するために防着シールド（図示せず）が設けられている。
【０００３】
図１０はマグネット部材１４をターゲット側から見た平面図である。このマグネット部材１４は、図１０に示すように、一般的には例えば環状の外側マグネット１５の内側に、当該外側マグネット１５と異なる極性の内側マグネット１６を配置して構成されている。この例では、外側マグネット１５の極性はターゲット側がＳ極、内側マグネット１６の極性はターゲット側がＮ極になるよう夫々調整されている。こうして、ターゲットの下面近傍には前記外側マグネット１５に基づくカスプ磁界と、内側マグネット１６に基づくカスプ磁界とにより水平磁場が形成される。なお水平磁場とは、水平性の高い磁場という意味であり、ターゲットの下面に対して平行度の高い磁場である。
【０００４】
そして真空容器内に、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを導入すると共に、直流電源からターゲットに負の直流電力を印加すると、この電界によってＡｒガスが電離し、Ａｒイオンと電子が生成される。生成されたＡｒイオンと電子は、前記水平磁場と電界とによってドリフトし、高密度プラズマが生成される。プラズマ中のＡｒイオンはターゲットをスパッタリングし、これによりターゲットからの金属粒子が放出され、当該放出された金属粒子によって基板の成膜が行われる。
【０００５】
このようなメカニズムであることから、ターゲットの下面では、図１１に示すように、外側マグネット１５と内側マグネット１６との中心付近直下に、マグネットの配列に沿った環状のエロージョン１７が形成される。この際、ターゲット２１全面でエロージョン１７を形成するためにマグネット部材１４を回転させているが、既述のマグネット配列では、ターゲット２１の半径方向において均一にエロージョンを形成することは困難である。
【０００６】
一方、基板面上の成膜速度分布はターゲット２１のエロージョンの強弱（スパッタ速度の大小）に依存する。従って、上記のようにエロージョン１７の不均一の程度が大きい場合には、図１１に点線で示すようにターゲット２１と基板Ｓとの距離を小さくすると、エロージョンの形状がそのまま反映されて基板面内の成膜速度の均一性が悪化してしまう。このようなことから、従来はターゲット２１と基板Ｓとの距離を５０ｍｍから１００ｍｍ程度と大きくしてスパッタ処理を行っている。
【０００７】
この際、ターゲット２１からスパッタリングにより放出された粒子は外方へ飛散していくので、ターゲット２１から基板Ｓを離すと、防着シールドへ付着するスパッタ粒子が多くなり、基板外周部の成膜速度が低下してしまう。このため、外周部のエロージョンが深くなるように、即ち外周部のスパッタ速度を高めるようにして、基板面内の成膜速度の均一性を確保することが一般的に行われている。しかしながら、この構成においては、防着シールドへ付着するスパッタ粒子が多くなることから、成膜効率が１０％程度と非常に低く、また速い成膜速度も得られない。このように、従来のマグネトロンスパッタ装置では、成膜効率と成膜速度の均一性を両立することは困難である。
【０００８】
また、ターゲット２１はエロージョン１７が裏面側に到達する直前に交換する必要があるが、既述のように、エロージョン１７の面内均一性が低く、エロージョン１７の進行が速い部位があると、この部位に合わせてターゲット２１の交換時期が決定されるため、ターゲット２１の使用効率は４０％程度と低くなってしまう。低コスト化を図り生産性を向上させるには、ターゲット２１の使用効率を高くすることも要求されている。
【０００９】
ところで近年では、メモリーデバイスの配線材料としてタングステン（Ｗ）膜が注目されており、例えば３００ｎｍ／分程度の成膜速度で成膜することが要請されている。上述の構成では、例えば印加電力を１５ｋＷｈ程度に大きくすることにより前記成膜速度を確保することはできるが、機構が複雑であり、稼働率が低くなり、製造コストが高くなってしまう。
【００１０】
特許文献１には、各々ターゲットの表面と平行な中心軸を備える複数のマグネットを、互いの中心軸が略並行になるように配置すると共に、複数のマグネットをＮ極とＳ極が前記中心軸に略直角方向に互いに対向するように形成し、ターゲットの背面側にマグネットを設け、さらにスパッタ装置上部と下部に電極を設け、上部電極に直流電圧及び高周波電圧を印加する技術が掲載されている。当該文献によると、前記マグネット配置により形成されたポイントカスプ磁界は、電気機械的装置を用いることにより垂直に移動が可能であり、この磁界に対し直流電力を印加することにより、成膜速度が均一化され、一定のスパッタ速度を実現できると記載されている。
【００１１】
特許文献２には、回転軸の表面にウエハを配置したウエハ保持具を特徴とし、ターゲットとウエハの距離を近づけても、ウエハ保持具の移動に支障がないようにスパッタリング成膜を実現する技術が記載されている。
【００１２】
しかしながら、これら特許文献１及び特許文献２には、ターゲットと基板との距離を狭めて、成膜速度の面内均一性を確保しながら成膜効率を向上させることについては着目されておらず、これら特許文献１及び特許文献２の構成を適用しても、本発明の課題を解決することはできない。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１６２１３８号公報
【特許文献２】特開平９−１１８９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、基板上における成膜速度について高い面内均一性を確保しながら、成膜効率を向上させるとともに、ターゲットの使用効率を向上させるスパッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
真空容器内の載置部に載置された被処理基板に対向するように導電性のターゲットを配置し、真空容器内に導入した不活性ガスをプラズマ化してそのプラズマ中のイオンによりターゲットをスパッタするスパッタ装置であって、
前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
前記被処理基板における前記ターゲットとは反対側に当該ターゲットと対向するように設けられた対向電極と、
前記ターゲットに接続され、前記対向電極との間で高周波電界を発生させるために当該ターゲットに高周波電圧を印加するターゲット用の高周波電源と、を備え、
スパッタ時における前記ターゲットと被処理基板との距離は３０ｍｍ以下であることを特徴とする。  
上述のスパッタ装置は、前記対向電極に接続された、前記ターゲットとの間で高周波電界を発生させるために当該対向電極に高周波電圧を印加する対向電極用の高周波電源を備えていてもよい。  
また、前記載置部に載置された被処理基板は加熱するための加熱部を備えていてもよい。  
さらに、前記ターゲットの下面から被処理基板に至るまでの領域を、上から見て被処理基板の外周よりも外側位置にて囲むように設けられた補助電極と、
この補助電極に負電圧及び高周波電圧の少なくとも一方を印加するための補助電源と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、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対向電極との間に直流電力を印加し、更にターゲットに高周波電圧を重畳させることにより、対向電極との間に高周波電界を形成しているため、ターゲットの面内において均一性の高い高密度プラズマが発生する。従ってターゲットの面内において均一性の高いエロージョンが起こるので、基板とターゲットとを３０ｍｍ以下に接近させることにより、基板の成膜速度について高い面内均一性が得られる。この結果、高い成膜効率（ターゲットから叩き出された粒子の量に対する基板に付着したスパッタ粒子の割合）を得ながら成膜処理について高い面内均一性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るスパッタ装置の第１の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施形態の作用を説明する説明図である。
【図３】従来技術と本発明における、基板とターゲット間距離に対する成膜効率と面内分布との関係を示したグラフである。
【図４】本発明に係るスパッタ装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係るスパッタ装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係るスパッタ装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】第４の実施形態で用いられるマグネット部材を示す平面図である。
【図８】プラズマ空間に供給される電力の種別及び大きさ毎に電流と電圧との関係を示したグラフである。
【図９】本発明に係るスパッタ装置におけるスパッタリングの結果を示したグラフである。
【図１０】従来のスパッタ装置に用いられるマグネットの配置を示した平面図である。
【図１１】従来のスパッタ装置の作用を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係るスパッタ装置について、図面を参照しながら説明する。図１中１は例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、接地された真空容器１である。この真空容器１は天井部が開口しており、この開口部１１を塞ぐように天板を兼用する例えば銅（Ｃｕ）若しくはアルミニウムよりなる導電性のベース板２２が設けられている。このベース板２２の下面に、成膜材料例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム、タンタル（Ｔａ）、銅などからなり、上部電極を兼用するターゲット２１が接合されている。前記ターゲット２１は例えば平面形状かつ円形状に構成され、その直径は被処理基板をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）１０よりも大きくなるように、例えば４００乃至４５０ｍｍに設定されている。
【００１９】
前記ベース板２２はターゲット２１よりも大きく形成され、ベース板２２の下面の周縁領域が真空容器１の開口部１１の周囲に載置されるように設けられている。この際、ベース板２２の周縁部と真空容器１との間には、環状の絶縁部材５が設けられており、こうして、ターゲット２１は、真空容器１とは電気的に絶縁された状態で真空容器１に固定されている。ベース板２２には、フィルタ部２３を介して直流電源２０が接続され、この直流電源２０からベース板２２に負の直流電圧が印加されるように構成されている。更にベース板２２にはフィルタ部４１ａを介して高周波電源（ターゲット用の高周波電源）４１が接続されている。フィルタ部２３は高周波電源４１の周波数及び後述の下部側の高周波電源４２の周波数を阻止域とする。またベース板２２は、高周波電源４１の周波数を阻止域とし、後述の下部側の高周波電源４２の周波数を通過域とすると共に直流カット機能を有するフィルタ部４１ｂを介して接地されている。
【００２０】
真空容器１内には、ウエハ１０を、ターゲット２１と平行に対向するように水平に載置する載置部８が設けられている。この載置部８は例えばアルミニウムからなる電極（対向電極）として構成され、前記高周波電源４１の周波数を阻止域とするフィルタ部４２ａを介して高周波電源（対向電極用の高周波電源）４２が接続される。また、載置部８は、高周波電源４１の周波数を通過域とし、高周波電源４２の周波数を阻止域とするフィルタ部４２ｂを介して接地されている。
【００２１】
載置部８は、昇降機構５１により、ウエハ１０を真空容器１に対して搬入出する搬送位置と、スパッタ時における処理位置との間で昇降自在に構成されている。前記処理位置では、例えば載置部８上のウエハ１０の上面と、ターゲット２１の下面との距離が例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定されている。また、５１ａは昇降軸であり、図示していないが、軸受け部及びベローズ体により、真空容器１の底部に対して気密を確保しながら昇降できるように構成されている。また載置部８は真空容器１とは絶縁された状態として構成されている。
【００２２】
載置部８の内部には、加熱機構をなすヒータ９が内蔵され、ウエハ１０が例えば４００℃に加熱されるようになっている。さらに、この載置部８の下方側には、当該載置部８を貫通して載置部８と図示しない外部の搬送アームとの間でウエハ１０を受け渡すための図示しない突出ピンが設けられている。
【００２３】
真空容器１の内部には、ターゲット２１の下方側を周方向に沿って囲むように環状の防着シールド部材６が設けられていると共に、載置部８の側方を周方向に沿って囲むように環状のホルダシールド部材７が設けられている。これらは、真空容器１の内壁へのスパッタ粒子の付着を抑えるために設けられるものであり、例えばアルミニウム若しくはアルミニウムを母材とする合金等の導電体により構成されている。防着シールド部材６は例えば真空容器１の天井部の内壁に接続されており、真空容器１を介して接地されている。
【００２４】
さらに、真空容器１は、排気路３２を介して真空排気機構である真空ポンプ３３に接続されると共に、供給路を介して不活性ガス例えばＡｒガスの供給源３１に接続されている。図中５２は、ゲートバルブ５３により開閉自在に構成されたウエハ１０の搬送口である。
【００２５】
以上に説明した構成を備えるスパッタ装置は、直流電源２０や高周波電源４１、４２からの電力供給動作、Ａｒガスの供給動作、昇降機構５１による載置部８の昇降動作、真空ポンプ３３による真空容器１の排気動作、ヒータ９による加熱動作等を制御する制御部１００を備えている。この制御部１００は、例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には、当該マグネトロンスパッタ装置によってウエハ１０への成膜を行うために必要な制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記憶されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００２６】
続いて、上述のスパッタ装置の作用について説明する。先ず、真空容器１の搬送口５２を開き、載置部８を受け渡し位置に配置して、図示しない外部の搬送機構及び突き上げピンの協働作業により、載置部８にウエハ１０を受け渡す。次いで、搬送口５２を閉じ、載置部８を処理位置まで上昇させる。また、真空容器１内にＡｒガスを導入すると共に、真空ポンプ３３により真空排気して、真空容器１内を所定の真空度例えば１．３３Ｐａ〜１３．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ）に維持する。一方、直流電源２０からプラズマ発生空間に例えば１００Ｗ〜２ｋＷの直流電力が供給されるようにターゲット２１に負の電圧を印加すると共に、高周波電源４１からターゲット２１に１００Ｗ〜５００Ｗ程度の高周波電力を供給し、また高周波電源４２から載置部８に、１００Ｗ〜５００Ｗ程度の高周波電力を供給する。高周波電源４１及び４２の各周波数は例えば１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの中から選択され、互いに異なる値に設定される。
【００２７】
この結果、ターゲット２１と載置部８との間に電界が発生し、Ａｒガスの一部が電離してＡｒイオンと電子に分離し、プラズマ状態となる。即ち、前記電界により、ＡｒガスがＡｒイオンと電子へと分離する速度と、Ａｒイオンが電子と再結合しＡｒガスになる速度とが平衡状態に保たれ、プラズマ状態が維持されている。ターゲット２１は負の直流電圧が印加されているので、Ａｒイオンがターゲット２１方向へと誘引され、衝突する。衝突したＡｒイオンはターゲット２１をスパッタし、ターゲット２１からの粒子がたたき出され、真空容器１内に飛散していく。
【００２８】
この粒子が載置部８上のウエハ１０表面に付着することで、ウエハ１０上にターゲット２１を構成する成膜材料、例えばタングステンからなる薄膜が形成される。載置部８に供給される高周波電圧はＡｒガスのプラズマ化にも寄与するが、載置部８にバイアスを印加する役割も兼ねており、このためヒータ９による加熱との相乗作用で薄膜は抵抗が低く緻密なものとなる。また、ウエハ１０から外れた粒子は、防着シールド部材６やホルダシールド部材７に付着する。この一連の作用の図２に模式的に示す。図２において○はタングステン粒子、□はアルゴンイオン、黒丸は電子、Ｐはプラズマを示している。
【００２９】
プラズマは、ターゲット２１と載置部８間に供給される直流電力及び高周波電力により発生しているため、プラズマ密度はターゲット２１の面方向において均一性が高い。このためターゲット２１におけるエロージョンの面内均一性が高く、ターゲット２１とウエハ１０の距離（離間距離）ＴＳをある程度短くしても、ウエハ１０表面の成膜速度は不均一になりにくい。従ってターゲット２１とウエハ１０の距離は例えば１０ｍｍから３０ｍｍの範囲まで近づけることが可能である。この際、ターゲット２１からウエハ１０を離すと、ウエハ１０の外周部における成膜速度が低下してしまう。これはターゲット２１の外周側でスパッタされた粒子がウエハ１０の外方へ飛散してしまい、成膜効率が低下するためである。逆に、ターゲット２１とウエハ１０を接近させ過ぎると、プラズマの生成空間が狭くなり放電が発生しにくくなるため、ターゲット２１とウエハ１０との距離は１０ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３０】
そして、ウエハ１０がターゲット２１の直下に配置されているので、ターゲット２１からスパッタされた粒子が速やかにウエハ１０へ付着していく。このため、ウエハ１０の薄膜の形成に寄与するスパッタ粒子が多くなり、成膜効率が高くなる。ここで、成膜効率とは、ターゲット２１からたたき出されたスパッタ粒子のうちウエハ１０上に付着して成膜されたスパッタ粒子の割合である。図３は、ターゲット２１とウエハ１０との距離と、成膜効率及び成膜速度の面内均一性と、の各関係を示した特性図である。横軸が距離、左縦軸が成膜効率、右縦軸が成膜速度の面内分布を夫々示している。成膜速度の面内均一性については、実線Ａ１が本発明の構成に対応し、二点鎖線Ａ２が従来の構成（図１１に示す構成）に対応する。成膜効率については、一点鎖線Ｂ１が本発明の構成に対応し、点線Ｂ２が従来の構成のデータに対応する。
【００３１】
図３から分かるように、本発明の構成では、前記距離が小さい程、成膜速度の面内均一性、成膜効率が共に良好になり、成膜速度の面内均一性と成膜効率の両立を図ることができる。また、ターゲットを大きくすることによって、良好な面内均一性の確保及びターゲットの使用効率の向上が期待できる。これらの効果は装置内の雰囲気が低圧であるほど顕著になる。  
これに対して、従来の構成では、ターゲット２１とウエハ１０との距離が小さい場合には、成膜速度の面内均一性が非常に低く、距離が大きくなるにつれて高くなり、ある寸法よりも大きくなると再び低下していく。このため、高い面内均一性を確保しようとすると、ターゲット２１とウエハ１０との距離を大きく取らざるを得ないが、前記距離を大きくすると、成膜効率については本発明の構成に比べてかなり低くなってしまう。
【００３２】
上述の実施の形態によれば、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対向電極との間に直流電力を印加し、更にターゲットに高周波電圧を重畳させることにより、対向電極との間に高周波電界を形成しているため、ターゲットの面内において均一性の高い高密度プラズマが発生する。従ってターゲットの面内において均一性の高いエロージョンが起こるので、基板をターゲットに３０ｍｍ以下もの近傍に位置させることにより、基板の成膜速度について高い面内均一性が得られる。この結果、ウエハ１０から外れて防着シールド部材６やホルダシールド部材７に付着するスパッタ粒子が少なくなるので、高い成膜効率を得ることができ、また成膜処理について高い面内均一性が得られる。なお、前記距離を３０ｍｍ以下にすることにより、図１１に示す従来技術と比べて２倍以上の成膜速度が見込める。
【００３３】
また、本発明では、第２の実施形態として、第１の実施形態に係る構成に加えて、図４に示すようにリング状の補助電極４４と、前記補助電極４４に接続された第３の高周波電源４３とを配置してもよい。  
前記補助電極４４は、スパッタ時における載置部８とターゲット２１との間の空間を、ウエハ１０よりも外方側の位置にて取り囲むようにリング状に成形されている。また補助電極４４に直接バイアスが発生して当該補助電極４４がスパッタされる可能性がある場合には、補助電極４４の材質はターゲット２１と同一の素材にすることが望ましい。
【００３４】
高周波電源４３の周波数は例えば１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの間から選択され、高周波電源４１、４２の周波数とは異なる値に設定される。高周波電源４３の電力は例えば１００Ｗから１０００Ｗの間の大きさに設定される。高周波電源４３と補助電極４４との間の導電路には、高周波電力４１、４２の周波数を阻止域とし、高周波電力４３の周波数を通過域とするフィルタ４３ａが設けられている。そして補助電極４４と、ターゲット２１及び載置部８との間で放電を起こすためには、フィルタ部４１ｂおよび４２ｂを、高周波電源４３の高周波が通過域となるように設計すればよく、また補助電極４４と、ターゲット２１及び載置部８の一方との間で放電を起こすためには、フィルタ部４１ｂ及び４２ｂの一方について通過域を調整すればよい。
【００３５】
このようにターゲット２１の下方側の空間を囲むように補助電極４４を設けてこの補助電極４４を介して高周波電力を前記空間に供給することにより、プラズマを高密度化できると共に、ターゲット２１の周縁部下方側におけるプラズマ密度を調整することができ、従って第１の実施例の場合に比べてエロージョン分布の均一性をより高めることが期待できる。なお補助電極４４を設ける実施例において、載置部８は高周波電源４２を接続する構成に限定されない。
【００３６】
また、本発明では、第３の実施形態として、第１の実施形態に係る構成に加えて、図５に示すようにターゲットの下方側空間であってターゲット２１の下面近傍の領域を囲むようにリング状の導電性の電子反射部材４５を設けるようにしてもよい。導電性の電子反射部材４５は断面で見ると、ターゲット２１の周縁部から外方側に亘って伸びており、防着シールドの役割を有している。より詳しくは、第一の実施形態で用いた防着シールド６の高さ方向の中央部位を電子反射部材４５として置き換え、防着シールド６に相当する電子反射部材４５の上側部分と、電子反射部材４５との間には図示していないが絶縁体が介在している。従って電子反射部材４５は防着シールド６（グランド）から電気的に絶縁され、直流電源４５ａにより数Ｖから数十Ｖのマイナス電位に維持される。  
この場合プラズマ中の電子が電子反射部材４５により反射されてターゲット２１の中央側へ押し戻されるので、ターゲット２１直下のプラズマ密度が上昇し、ターゲット電流密度を高めることができる。この例においても、ターゲット２１の周縁部下方側のプラズマ密度を調整することができ、エロージョン分布及び成膜分布について高い面内均一性が期待できる。
【００３７】
また、本発明では、第４の実施形態として、第１の実施形態に係る構成に加えて、図６及び図７に示すよう防着シールド６の背面側にマグネットを設けてもよい。マグネットとしては、Ｎ極のマグネット４６とＳ極のマグネット４７とが用いられ、これらマグネット４６、４７はターゲット２１の中心軸を挟んで対向するにように配置されており、スパッタ時におけるターゲット２１と載置部８との中間付近にカスプ状の磁場を形成するように構成されている。  
前記カスプ状の磁場は、電子をミラー反射させ、ターゲット２１の直下にプラズマを閉じ込め、プラズマ密度を向上させる役割を果たすため、高周波電源４１、４２の高周波電力及びプロセス条件を適正化することにより、プラズマ密度を第１の実施形態に比べて高密度化することが可能になる。またプラズマ密度をターゲット２１の径方向に調整できるため、エロージョン分布、成膜効率および成膜速度の面内分布の均一性の向上が期待できる。
【００３８】
さらにまた、第２の実施形態、第３の実施形態及び第４の実施形態の少なくとも二つを第１の実施形態と組み合わせてもよく、またこれらを組み合わせるにあたって、載置部８側の高周波電源４２を用いなくともよい。
【００３９】
以上において、本発明の基板処理装置は、半導体ウエハ以外の液晶や太陽電池向けガラス、プラスチック等の被処理基板のスパッタ処理に適用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明に係るスパッタ装置についての実施例と２つの参考例について検討する。
（実施例１）
図１に示す装置を用い、直流電源２０からターゲット２１に直流電力を印加すると共に、高周波電源４１からターゲット２１に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加してターゲット２１に流れる電流密度を調べた。この場合、高周波電源４２からは高周波電力は印加していない。ウエハ１０の直径は３００ｍｍ、ターゲット２１の材質はタングステン、ターゲット２１の直径は４５０ｍｍ、ターゲット２１とウエハ１０の距離は２０ｍｍ、処理雰囲気の圧力は１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）である。高周波電源４１の高周波電力を、２００Ｗ、３００Ｗ及び５００Ｗの３通りに設定し、各高周波電力毎に直流電力を変化させた。図８の点線でつなげたプロットは、この結果を示している。
（参考例１−１）
図１に示す装置を用い、高周波電源４１及び４２による高周波電力の印加を行わずに、直流電源２０からの直流電力を変化させ、ターゲット２１に流れる電流密度を調べた。他の条件は実施例１と同一である。図８の最下部の鎖線のプロットは、この結果を示している。
（参考例１−２）
図１に示す装置を用い、高周波電源４１による高周波電力の印加を行わずに、高周波電源４２から載置部８に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加してターゲット２１に流れる電流密度を調べた。高周波電源４２の高周波電力を、２００Ｗ、３００Ｗ及び５００Ｗの３通りに設定し、各高周波電力毎に直流電力を変化させた。図８の実線でつなげたプロットは、この結果を示している。
【００４１】
上述の結果から分かるように、直流放電のみでは、ターゲット２１に流れる電流密度は０．１ｍＡ／ｃｍ２以下であり、また成膜速度は数ｎｍ／分以下であった。直流電力に高周波電源４１からの高周波電力を重畳させると、前記電流密度は０．２ｍＡ／ｃｍ２〜０．８ｍＡ／ｃｍ２の範囲まで向上し、成膜速度は約５０ｎｍ／分と向上した。このように電流密度が大きくなった理由は、高周波電力の印加によりＡｒガスの電離効率が高まり、プラズマ密度が上昇してＡｒイオンの数が増大し、スパッタ速度が大きくなったことによる。またウエハ１０上のタングステンの膜厚についての面内均一性は、５％以内と良好であった。
【００４２】
ところでターゲット２１に高周波電力を印加するとターゲット２１に電位が発生し、この電位が直流電圧として直流電源２０に加わる。この電位は高周波電力が大きいほど高くなることから、高周波電力を大きくするほど、直流電源２０の直流電力を大きくする必要が生じる。このため試験に用いた直流電源２０の使用の制限からターゲット２１に流れる電流密度を１ｍＡ／ｃｍ２以上にすることはできなかったが、適切な直流電源２０を用いることにより、電流密度を高めることができる。
【００４３】
一方載置部８に高周波電力を印加した場合にもターゲット２１に流れる電流は増大する。図８に示すようにこの場合の前記電流密度は、直流電圧及び高周波電圧の値を調整することにより前記電流密度を１．２ｍＡ／ｃｍ２もの大きさに設定することができ、また成膜速度も約５０ｎｍ／分という値が得られている。なお、載置部８に高周波電力を印加してもターゲット２１の電位が既述のように高くなることはない。しかし載置部８に供給する高周波電力を増大させるとウエハ１０に負電位が発生してＡｒイオンをウエハ１０に引き込み、ウエハ１０に付着した膜のエッチング量が多くなり、十分な成膜速度が得られないことから、高周波電力をあまり大きくすることは好ましくない。
【００４４】
ターゲット２１に高周波電力を印加した場合においても、直流電源２０の使用を選定することにより、載置部８に高周波電力を印加した場合のように電流密度を高めることが可能であることから、ターゲット２１に高周波電力を印加しつつ、載置部８に、前記エッチングの影響が顕在化しない程度の大きさの高周波電力を供給し、これによりプラズマ密度を高めることが好ましいといえる。
【００４５】
（実施例２）
図１に示す装置を用い、直流電源２０からターゲット２１に２００Ｗの直流電力を印加すると共に、高周波電源４１からターゲット２１に１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力を印加して、ターゲット２１とウエハ１０との間隔（ＴＳ）が、３０ｍｍの場合と５０ｍｍとの場合について夫々スパッタリングを行った。ウエハ１０の直径は３００ｍｍ、ターゲット２１の材質はタングステン、ターゲット２１の直径は３３０ｍｍ、圧力は１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、処理時間は６０秒である。全面に亘り成膜量を測定し、ウエハの直径に沿った３通りの領域について膜厚分布を調べた。即ち、ウエハの直径に沿ったラインと、ウエハの中心を中心とする円と、の交点間の領域（線領域）を等間隔に分割してその等分点における膜厚を取得し、取得した膜厚に基づいて後述のようにして膜厚分布を求めている。図９は、ウエハの直径に沿った当該直径の一端側から他端側に至るまでのタングステンの膜厚とウエハ上の位置（直径方向の位置であり、中心を「０」としている）との関係を示した図である。
【００４６】
そして前記円の直径が３００ｍｍ、２８０ｍｍ及び２５０ｍｍの夫々について上記のように膜厚を取得し、直径ごとに膜厚分布を求めた。以下、直径が３００ｍｍの円の直径に沿ったライン上の膜厚分布を、「Φ３００ｍｍの膜厚分布」と略記する。Φ２８０ｍｍ、Φ２５０ｍｍについても同様に略する。また、等分点の数は、Φ３００ｍｍ、Φ２８０ｍｍ及びΦ２５０ｍｍの場合、夫々４１点、３８点及び３５点とした。膜厚分布の計算式は次の通りである。  
膜厚分布（％）＝｛標準偏差（１σ）／各点の膜厚の平均値｝×１００  
Φ３００ｍｍの膜厚分布は、ＴＳ＝３０ｍｍでは４．７％、ＴＳ＝５０ｍｍでは３．０％であった。Φ２８０ｍｍの膜厚分布は、ＴＳ＝３０ｍｍでは３．７％、ＴＳ＝５０ｍｍでは２．４％であった。また、Φ２５０ｍｍの膜厚分布は、ＴＳ＝３０ｍｍでは１．９％、ＴＳ＝５０ｍｍでは２．１％であった。
【００４７】
まず図９を参照すると、ＴＳが５０ｍｍの場合と比較して、ＴＳが３０ｍｍの場合、ほぼ２倍の成膜速度が得られることが分かる。また、ＴＳが３０ｍｍにおいてΦ３００ｍｍの膜厚分布は４．７％、Φ２５０ｍｍの膜厚分布は２％未満と良好である。Φ３００ｍｍの膜厚分布がΦ２５０ｍｍの膜厚分布よりも劣る理由は、ターゲット径が３３０ｍｍと有限なため中心付近に比べて飛来粒子が少なくなることによって外周部の成膜速度が低下するからである。本例ではターゲット径が３３０ｍｍであるが、もしもターゲット径が４００ｍｍであれば、Φ３００ｍｍの膜厚分布が２％未満という結果が期待できる。３００ｍｍウエハの成膜に使われるターゲット径は、ＴＳを大きくする必要から４５０ｍｍ程度のものを用いる場合が多い。
【００４８】
しかし、ＴＳ＝５０ｍｍと比較すると、ＴＳ＝３０ｍｍのほうが少し劣っている。もしもターゲット表面での密度分布が同じならば、ＴＳを広げた場合、ＴＳ＝５０ｍｍのほうが外周部の成膜速度が低下するはずであるが、実際は違っている。その理由はＴＳを広げたことで、ＲＦ放電の分布が変動して放電空間が広がり、ターゲット外周までプラズマが広がっていることに起因するのではないかと推測される。なお、ＴＳ＝５０ｍｍの場合は、膜厚分布がターゲットのエロージョン分布を正しく反映しているとは言いがたい。
【００４９】
ここから更に推考すると、ＴＳ＝３０ｍｍ、ターゲット径３３０ｍｍにおける成膜効率を基準にすると、ＴＳ＝５０ｍｍ、ターゲット径３３０ｍｍにおける成膜効率は約５３％であったので、ターゲット使用効率は同じ５３％となる。プラズマ密度を同一として、ＴＳ＝３０ｍｍ、ターゲット径４００ｍｍに設定した場合の使用効率を計算すると、６８％となり、ＴＳ＝５０ｍｍの時の使用効率５３％よりも１５％も大きく、従ってＴＳを縮小する効果が大きいということになる。
【００５０】
また、ＴＳが３０ｍｍの状態でターゲット径を３３０ｍｍのまま成膜速度およびウエハの周縁部の分布を向上させるには、更に低圧条件にしてプラズマが広がりやすいようにすることが望ましく、本例の条件である１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）以下でプロセスを行うことが好ましいといえる。低圧での放電開始が可能な電力はＲＦでは１００〜２００Ｗ以上であり、またＤＣでは電源のインピーダンスにより許される範囲となるが、これは電源装置に依存することは自明である。より低圧にしてプラズマの範囲を広げることによって、図９中の破線のように膜厚の面内均一性を向上させることが可能である。または補助電極を用いることによっても同様に膜厚の面内均一性を向上させることができる。補助電極によって電力を供給することでプラズマを高密度にし、かつ密度分布の調整ができるためである。
【符号の説明】
【００５１】
Ｓ            基板
１            真空容器
１０            ウエハ
１１            開口部
１３            マグネット回転機構
１４            マグネット部材
１５            外側マグネット
１６            内側マグネット
１７            エロージョン
２０            直流電源
２１            ターゲット
２２            ベース板
２３            フィルタ部
３１            ガス吸入口
３２            ダクト
３３            真空ポンプ
４１、４２、４３      高周波電源
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ        フィルタ部
４４            リング状電極
４５            負電位印加機構
４６            マグネット（Ｎ極）
４７            マグネット（Ｓ極）
５１            Ｚ軸駆動装置
５２            ウエハ搬入口
５３            ゲートバルブ
６            防着シールド
７            ホルダシールド
８            載置部
９            ヒータ
１００            制御部
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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