(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ、ターゲット、支持手段、略円筒形のコイル、及び高周波電源を備え、
前記ターゲット、前記支持手段、及び前記略円筒形のコイルは、前記真空チャンバ内に配置され、
前記支持手段は、被処理基板を支持し、
前記ターゲットは、成膜材料からなり、前記支持手段に対向配置され、
前記略円筒形のコイルは、略円筒体であって軸線方向に沿って一つのスリットを有してなる一巻き型コイルであり、前記ターゲットと前記支持手段との間に該ターゲット及び該支持手段の共通軸線と同軸に配置され、前記ターゲットの近傍から前記支持手段の近傍まで延びており、
前記高周波電源は、前記略円筒形のコイルに接続され、
前記略円筒形のコイルは、前記高周波電源から印加される高周波電力により誘導結合プラズマを発生させる、
プラズマスパッタ装置。
【請求項２】
前記略円筒形のコイルが前記成膜材料と同一の導電性材料からなる、請求項１に記載のプラズマスパッタ装置。
【請求項３】
前記略円筒形のコイルの少なくとも内周面が前記成膜材料と同一の材料で被覆されている、請求項１に記載のプラズマスパッタ装置。
【請求項４】
前記略円筒形のコイルに負の電位を与えるバイアス手段を備える、請求項２又は３に記載のプラズマスパッタ装置。
【請求項５】
真空チャンバ、シールド、支持手段、略円筒形のコイル、高周波電源、及び直流電源を備え、
前記シールド、前記支持手段、及び前記略円筒形のコイルは、前記真空チャンバ内に配置され、
前記支持手段は、被処理基板を支持し、
前記シールドは、導電性材料からなり、前記支持手段に対向配置され、
前記略円筒形のコイルは、略円筒体であって軸線方向に沿って一つのスリットを有してなる一巻き型コイルであり、前記シールドと前記支持手段との間に該シールド及び該支持手段の共通軸線と同軸に配置され、前記シールドの近傍から前記支持手段の近傍まで延びており、成膜材料からなり又は成膜材料で被覆され、
前記高周波電源は、前記略円筒形のコイルに接続され、
前記直流電源は、前記円筒形のコイルに接続され該円筒形のコイルに負の電位を与え、
前記略円筒形のコイルは、前記高周波電源から印加される高周波電力により誘導結合プラズマを発生させる、
プラズマスパッタ装置。
【請求項６】
前記略円筒形のコイルの内周面近傍にプラズマを閉じ込めるべく前記略円筒形のコイルの外側に配設された複数の磁石を備える、請求項４又は５に記載のプラズマスパッタ装置。
【請求項７】
前記磁石が前記略円筒形のコイルの中心軸線を中心として回転駆動される、請求項６に記載のプラズマスパッタ装置。
【請求項８】
前記略円筒形のコイルの前記スリットが、該略円筒形コイルの中心軸線に対して直交する断面において、接線方向に対して斜めに形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマスパッタ装置。
【請求項９】
前記略円筒形のコイルを囲むように配置され、前記略円筒形のコイルと前記高周波電源とに直列に接続された螺旋状のコイルを備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマスパッタ装置に関し、特に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式のスパッタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマスパッタプロセスにおいては、プラズマの高密度化という要請がある。かかる高密度プラズマ技術の一つとしてＩＣＰ方式が研究されている。ＩＣＰ方式のスパッタ装置としては、図５に示すように、一般的な直流２極又は高周波２極スパッタ装置の真空チャンバ２内にコイル４を設け、このコイル４に高周波電力を印加することで高密度プラズマを生成するものが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した型式のＩＣＰスパッタ装置においては、コイル４に印加された高周波によって生じる誘導電界の作用により、プラズマ密度がコイル近傍ほど高くなる傾向がある。これに対して、スパッタプロセスでは、プラズマ密度を均一にすることが求められる。また、高アスペクト比のホール等を確実に埋めるためには、スパッタ原子をイオン化しスパッタ原子に異方性を持たせるという手段があるが、その場合、特に被処理基板６の中心上方領域のイオン化率を高めることが必要となる。このような事情から、コイル４の内径を可能な限り小さくして、被処理基板６の近傍にコイル４を配置することが好ましいと考えられる。
【０００４】
しかしながら、コイル４の内径を小さくした場合、従来のコイル４は銅製であったため、当該コイル４への金属膜の付着や再スパッタによる発塵等が問題となる。この問題はコイル４の内側に適当なシールドを設けることで解決され得るが、シールドの存在によりコイル４の内径が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決することのできる新規なＩＣＰ方式のプラズマスパッタ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、真空チャンバ内に誘導結合プラズマを発生させるプラズマスパッタ装置において、前記誘導結合プラズマを発生すべく真空チャンバ内に配置された略円筒形の一巻き型のコイルと、前記コイルに高周波電力を印加する高周波電源とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
本発明を２極スパッタ装置に適用した場合、前記コイルは基板支持手段とターゲットとの間に配置されるが、このコイルは略円筒形であるので、シールドを兼用させることが可能となり、コイルの内径を十分に小さくすることが可能となる。
【０００８】
また、コイルを成膜材料と同一の導電性材料から構成し、或は、コイルの少なくとも内周面を成膜材料と同一の材料で被覆することで、スパッタ原子の付着や再スパッタによる発塵等の問題を抑制することができる。
【０００９】
このようにコイルに成膜材料を用いた場合、コイルに負の電位を与えることで、コイル自体をターゲットとして用いることが可能となる。プラズマはコイルの内周面近傍に生成され、その位置で維持される傾向があるため、コイルからのスパッタ原子のイオン化率が向上される。基板支持手段は陽極となるため、イオン化されたスパッタ原子は異方性をもって支持手段上の基板に入射する。
【００１０】
コイルの内周面近傍にプラズマを閉じ込めるためには、コイルの外側に複数の磁石を配置し、マグネトロン型とすることが好適である。エロージョンを一様化するために、これらの磁石はコイルの中心軸線を中心として回転駆動されてもよい。
【００１１】
また、略円筒形の一巻き型コイルにより生じる誘導電界が弱い場合には、補助コイルとして、螺旋状のコイルを略円筒形コイルを囲うようにして配設し、直列に接続してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるＩＣＰ方式のスパッタ装置の第１実施形態を概略的に示したものである。図示のスパッタ装置はチタン（Ｔｉ）膜成膜用のものであり、真空チャンバ１０を構成するステンレス鋼製のチャンバ本体１２と、その上部開口部に絶縁リング１４を介して配置されたＴｉ製のターゲット１６とを備えている。チャンバ本体１２の内部には、ターゲット１６と同軸に基板支持手段たるペディスタル１８が配置されている。ペディスタル１８は、その上面で被処理基板である半導体ウェハ２０を支持するよう構成されている。また、ペディスタル１８は導電性材料から成り、好ましくは、Ｔｉスパッタプロセスに対して融和性の高いＴｉから作られている。このペディスタル１８は、リフト機構２２により、スパッタプロセスが行われるプロセス位置（図１において実線で示す位置）と、その下方の非プロセス位置（図１において二点鎖線で示す位置）との間で上下動可能となっている。
【００１３】
このスパッタ装置における真空チャンバ１０内には、スパッタプロセスに利用されるプラズマを発生するためのＩＣＰユニット２４が配設されている。ＩＣＰユニット２４は、図２に明示するように、略円筒形のコイル２６と、このコイル２６を囲むように配置された螺旋状のコイル２８とから構成されている。
【００１４】
コイル２６はターゲット１６と同じ導電性材料、すなわちＴｉから作られており、外観は略円筒体であるが、軸線方向に沿って入れられたスリット３０により１回巻きコイルとして機能するようになっている。このコイル２６は、ターゲット１６及びペディスタル１８の共通軸線と同軸に配置され、その内径は可能な限り小さくされている。また、コイル２６は、ターゲット１６の近傍からプロセス位置のペディスタル１８の近傍まで延びており、スパッタ原子からチャンバ本体１２等を保護するためのシールドとしても機能するよう構成されている。なお、図１において、符号３２はコイル２６では保護することができない下部部分を保護するためのシールドを示している。一方、外側のコイル２８は、良導体、例えば銅製のチューブを適当回数、螺旋状に巻いて成るものであり、略円筒形のコイル２６、及び、高周波電源３４と整合回路３６に直列に接続されている。
【００１５】
また、ターゲット１６には直流電源３８の負端子が接続され、ペディスタルに１８は高周波電源４０が整合回路４２を介して接続されている。更に、チャンバ本体１２には、プロセスガスの供給手段としてのＡｒガス供給源と、真空チャンバ１０内を減圧するための真空ポンプとが接続されている。
【００１６】
このような構成のスパッタ装置において、半導体ウェハ２０の表面にＴｉを成膜する場合、まず、真空ポンプを作動させて真空チャンバ１０内を所定の真空度まで減圧した後、Ａｒガス供給源から所定流量でＡｒガスを真空チャンバ１０内に導入する。次いで、ペディスタル１８の上面に半導体ウェハ２０を載置し、ペディスタル１８を上昇させてプロセス位置に配置する。
【００１７】
この後、高周波電源３４をオンにして、所定周波数（例えば２．０ＭＨｚ）の高周波電力をコイル２６，２８に印加すると、これらのコイル２６，２８により囲まれた領域には高周波誘導磁場による誘導電界が生じる。この誘導電界により当該領域に存在する電子が加速され、これによってＡｒガスの高密度プラズマが生成される。
【００１８】
また、高周波電源４０をオンにしてターゲット１６及びペディスタル１８間に所定周波数（例えば１．８ＭＨｚ）の高周波電力を印加すると共に、直流電源３８をオンにしてターゲット１６に負のバイアスをかけると、プラズマ中の正のＡｒイオンが、負に電荷しているターゲット１６を衝撃する。Ａｒイオンがターゲット１６に衝突すると、ターゲット１６からスパッタ原子、すなわちＴｉ粒子がはじき出される。
【００１９】
このＴｉ粒子は、ＩＣＰユニット２４により生成された高密度プラズマ中を通過する間にイオン化され、陽極であるペディスタル１８に向い、その上に載置されている半導体ウェハ２０上に異方性をもって堆積される。この作用については従来構成と同様であるが、前述したように、プラズマ生成領域を画する略円筒形のコイル２６はシールドを兼ねているため、シールドが不要な分だけコイル２６の内径を小さくすることができる。その結果、半導体ウェハ２０の中央部の上方領域におけるプラズマも高密度化することが可能となり、従来においては不十分であった中央部のＴｉ粒子のイオン化率が高められる。これはＴｉ粒子の半導体ウェハ２０への異方性を増し、底部カバレッジを改善することとなる。
【００２０】
なお、図示実施形態のスパッタ装置はプレーナマグネトロンタイプであり、ターゲット１６の上方に複数の磁石４４が配設されている。これらの磁石４４により形成される磁界は、電子にターゲット１６の表面（下面）に沿ってトロコイド運動を行わせ、ターゲット１６の近傍にプラズマを閉じ込めるよう作用する。これによっても、中央部におけるＴｉ粒子のイオン化率が改善される。
【００２１】
このスパッタプロセス時、コイル２６の内周面にＴｉ粒子が付着するが、コイル２６はターゲット１６と同一の材料から作られているため、Ｔｉ粒子の付着性は良好である。また、コイル２６上で再スパッタが生じても、その再スパッタ原子は汚染粒子とはならずに、成膜材料として半導体ウェハ２０上に堆積される。
【００２２】
図３は、本発明によるＩＣＰ方式のスパッタ装置の第２実施形態を概略的に示している。この実施形態は、ＩＣＰユニット２４におけるＴｉ製の略円筒形コイル２６をターゲットとしても利用しようとするものである。このために、コイル２６には、高周波電源３４の他に、負の電位を与えるべく直流電源４６の負端子が接続されている。
【００２３】
また、チャンバ本体１２の上部開口部にはシールド４８が設けられている。このシールド４８はＴｉ製又は導電性のプレートにＴｉを被覆したものであり、切換えスイッチ５０によりグラウンド又は直流電源５２の負端子のいずれかに接続されるようになっている。
【００２４】
更に、ＩＣＰユニット２４の外側には複数の磁石５４が周方向に沿って等間隔に配置されている。これらの磁石５４は、ＩＣＰユニット２４により発生されたプラズマを磁界によってコイル２６の内周面近傍に閉じ込めるためのものである。なお、図示実施形態では、磁石５４はチャンバ本体１２の内壁面に固着されているが、チャンバ本体１２の外側に配置してもよく、また、周方向に回転駆動するようにしてもよい。その他の構成については、図１のものと同様であり、同一又は相当部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
このような構成においてＴｉ膜を成膜する場合は、前述の第１実施形態と同様に、真空チャンバ１０内を所定の真空度まで減圧し、Ａｒガスを真空チャンバ１０内に導入すると共に、半導体ウェハ２０が載置されたペディスタル１８をプロセス位置に配置する。そして、高周波電源３４をオンにして高周波電力をコイル２６，２８に印加し、コイル２６の内側に高密度プラズマを発生させる。この発生した高密度プラズマはＩＣＰ方式の特性としてコイル２６の内周面近傍に集まる傾向があるが、周囲の磁石５４により形成される磁界の作用によって、コイル近傍での閉込め性は更に向上される。
【００２６】
高周波電源３４のオンと同時に直流電源４６もオンとし、コイル２６に負の電位を与えると、コイル２６の内周面近傍に存するプラズマ中のＡｒイオンがコイル２６の内周面を叩き、Ｔｉ粒子をスパッタする。前述したように、コイル２６の近傍ではプラズマが高密度で閉じ込められているため、スパッタ率は極めて高くなる。また、コイル２６からスパッタされたＴｉ粒子は、そのほぼ全てがコイル近傍の高密度プラズマ中を通過するため、非常に高い割合でイオン化される。この際、真空チャンバ１０内の圧力を適度に上昇させると（数十ｍＴｏｒｒ〜百ｍＴｏｒｒ）、イオン化が更に促進され、且つ、真空チャンバ１０の中央部にもＴｉ粒子が散乱していくため、好適である。
【００２７】
一方、高周波電源４０をオンにしてシールド４８とペディスタル１８との間に高周波電力を印加すると、イオン化されたＴｉ粒子は陽極であるペディスタル１８上の半導体ウェハ２０に異方性をもって堆積される。また、切換えスイッチ５０を切り換えてシールド４８に負の電位を与えると、シールド４８の下面でもスパッタ現象が生じ、Ｔｉ粒子がシールド４８の下面からも放出される。これにより、半導体ウェハ２０の上方領域におけるＴｉ粒子の分布を制御することが可能となる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、ペディスタル１８とターゲット１６又はシールド４８との間に高周波を印加しているが、直流電圧を印加するようにしてもよい。
【００２９】
また、上記実施形態ではコイル２６はＴｉの無垢材から成るものであるが、導電性の略円筒形コイル部材にＴｉを被覆したものでもよい。勿論、成膜材料がＴｉ以外のものでも本発明は適用可能である。
【００３０】
更に、外側の螺旋状コイル２８は補助的なものであり、巻数は適宜設定可能であり、このコイル２８を省略することも可能である。
【００３１】
更にまた、コイル２６のスリット３０は、シールド機能の確保や異常放電の防止、再デポによるショート対策等を考慮して種々の形状とすることができる。例えば、図４に示すように、スリット３０を接線方向に対して斜めに形成した場合、スリット部分でのシールド効果の低下を抑制できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＩＣＰユニットのコイルを略円筒形としたため、シールドとしても利用することができる。従って、本発明のＩＣＰユニットを真空チャンバ内に設ける場合に、コイルの内径を相当に小さくすることができ、コイルの内側中央部でもプラズマの密度を高くすることが可能となる。これにより、従来の２極型スパッタ装置に本発明を適用した場合、ターゲット中央部からのスパッタ原子のイオン化率を向上させることができる。
【００３３】
また、略円筒形のコイルを成膜材料から構成し或は成膜材料で被覆した場合には、当該コイルをターゲットとしても用いることができる。ＩＣＰ方式で発生したプラズマはコイルの近傍に集まるため、コイルをターゲットとして用いた場合、コイルからスパッタされた原子はほぼ全て高密度プラズマ中を通過することとなり、そのイオン化率は極めて高いものとなる。
【００３４】
イオン化されたスパッタ原子は、陽極となる支持手段上の基板に異方性をもって入射するため、本発明によりイオン化率が向上されると、底部カバレッジの改善効果が増大する。これは、半導体デバイスの高集積化、微細化の進展に対応した有効な技術となるものである。
【００３５】
更に、略円筒形のコイルを成膜材料から構成し或は成膜材料で被覆した場合には、コイルに対するスパッタ原子の付着や再スパッタによる発塵等の問題も生じないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたプラズマスパッタ装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図２】図１のスパッタ装置で用いられるＩＣＰユニットの構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明が適用されたプラズマスパッタ装置の第２実施形態を示す概略図である。
【図４】略円筒形コイルのスリット形状の一例を示す部分平面図である。
【図５】従来のＩＣＰ方式のプラズマスパッタ装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…真空チャンバ、１２…チャンバ本体、１４…絶縁リング、１６…ターゲット、１８…ペディスタル（支持手段）、２０…半導体ウェハ、２２…リフト機構、２４…ＩＣＰユニット、２６…略円筒形のコイル、２８…螺旋状のコイル、３０…スリット、３４…高周波電源、３８…直流電源、４０…高周波電源、４６…直流電源（バイアス手段）、４８…シールド、５４…磁石。
【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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