(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内の所定の位置に配置された所定の材料からなるターゲットと、このターゲットをスパッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極とを具備し、スパッタされたターゲットの材料が到達する真空容器内の所定の位置に基板を配置してスパッタリングを行う装置であって、
ターゲットは、基板と平行に向き合った平板状であり、ターゲットと基板との距離が１５０ｍｍ以上であってターゲットの大きさで割ったターゲットと基板との距離が０．５以上である遠距離スパッタ装置であり、
スパッタ放電のための放電用ガスを真空容器内のターゲットと基板との間の空間に導入するガス導入手段を備え、このガス導入手段は、ターゲットと基板との間の空間の放電用ガスの圧力分布が、ターゲット側において高く基板側において低くなる分布とするものであることを特徴とする遠距離スパッタ装置。
【請求項２】
前記ターゲットは円形又は方形の板状であり、前記ターゲットの大きさは、ターゲットが円形の場合には直径、方形の場合には長い方の辺の長さであることを特徴とする請求項１記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項３】
前記ターゲットと前記基板との間の中間位置よりも基板側に排気コンダクタンスを設定する部材が配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項４】
前記ターゲットと基板との間の空間を取り囲む筒状の防着シールドが配設されているとともに、前記ガス導入手段は、前記ターゲットと基板との間の空間に放電用ガスを導入するガス導入管と、当該空間から放電用ガスを排出するよう防着シールドに形成された排気孔とを含んでおり、さらに、ガス導入管の先端開口及び排気孔は、前記ターゲットと基板との間の空間の放電用ガスの圧力分布が、ターゲット側において高く基板側において低くなる分布となる位置に配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項５】
前記ガス導入管の先端開口の配設位置は前記ターゲットの近傍であり、前記排気孔の配設位置は前記基板の近傍であることを特徴とする請求項４記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項６】
前記ターゲットと基板との間の空間を取り囲む筒状の防着シールドが配設されているとともに、前記ガス導入手段は、ターゲットと基板との間の空間に放電用ガスを導入するガス導入管と、当該空間から放電用ガスを排出するよう防着シールドに形成された排気孔とを含んでおり、さらに、ガス導入管は、ターゲットと基板との間の中間位置よりもターゲット側に配置され、排気孔はターゲットと基板との間の中間位置よりも基板側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項７】
前記排気孔は、屈折した排気路を形成していることを特徴とする請求項４から６いずれかに記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項８】
前記排気孔は、ターゲットと基板を結ぶ方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする請求項４から７いずれかに記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項９】
前記ガス導入手段は、前記ターゲットの近傍の圧力と前記基板の近傍の圧力との差が３倍から１０倍の範囲となるように放電用ガスを導入するものであることを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項１０】
前記ガス導入手段は、前記ターゲットの近傍の圧力が０．７から１ミリトールで、基板の近傍の圧力が０．３ミリトール以下となるよう放電用ガスを導入するものであることを特徴とする請求項１から９いずれかに記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項１１】
前記ターゲットの近傍とは、前記ターゲットから１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の距離の位置であり、前記基板の近傍とは、前記基板から１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の距離の位置であることを特徴とする請求項５、９又は１０記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項１２】
前記排気系は前記真空容器に接続された排気管を有しており、排気管の接続位置は、排気管の開口のうちターゲットに最も近い側の縁が、ターゲットと基板との中間位置よりも基板側に位置する位置であることを特徴とする請求項１から１１いずれかに記載の遠距離スパッタ装置。
【請求項１３】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内の所定の位置に配置された所定の材料からなる平板状のターゲットと、このターゲットをスパッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極と、スパッタ放電のための放電用ガスを真空容器内のターゲットと基板との間の空間に導入するガス導入手段とを具備したスパッタ装置を使用し、スパッタされたターゲットの材料が到達する真空容器内の所定の位置に基板を配置して基板の表面に所定の薄膜を作成する方法であって、
ターゲットと基板との距離が１５０ｍｍ以上であってターゲットの大きさで割ったターゲットと基板との距離が０．５以上となる位置にターゲットと平行に対向するよう基板を配置するとともに、
ガス導入手段により、ターゲットと基板との間の空間に放電用ガスを導入し、
排気系により、放電用ガスをターゲットと基板との間の空間から排気するとともに、
ガス導入手段における放電用ガスの流量及び排気コンダクタンスを選定することで、ターゲットと基板との間の空間の放電用ガスの圧力分布を、ターゲット側において高く基板側において低くなる分布とし、この状態で前記薄膜の作成を行うことを特徴とする遠距離スパッタ方法。
【請求項１４】
前記ターゲットは円形又は方形の板状であり、前記ターゲットの大きさは、ターゲットが円形の場合には直径、方形の場合には長い方の辺の長さであることを特徴とする請求項１３記載の遠距離スパッタ方法。
【請求項１５】
前記ターゲットと前記基板との間の空間において、中間位置よりも基板側で所定の排気コンダクタンスを設定する部材を設けることで前記圧力分布を達成することを特徴とする請求項１３又は１４記載の遠距離スパッタ方法。
【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、基板の表面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタ装置及びスパッタ方法に関し、特に、ターゲットと基板との距離が通常よりも長い遠距離スパッタ装置及び遠距離スパッタ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタ装置は、ＬＳＩ（大規模集積回路）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、情報記録ディスク等の製作の際に盛んに使用されている。図６は、従来より使用されている一般的なスパッタ装置の構成を示すものであり、図７は、図６のスパッタ装置によるステップカバレッジ特性の説明図である。
【０００３】
図６に示すスパッタ装置は、排気系１１を備えた真空容器１と、この真空容器１内の所定の位置に配置された所定の材料からなるターゲット２と、このターゲット２をスパッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極３と、スパッタ放電のための放電用ガスをターゲット２と基板５０との間の空間に導入するガス導入手段４と、スパッタされたターゲット２の材料が到達する真空容器１内の所定の位置に基板５０を配置するための基板ホルダー５等から主に構成されている。
【０００４】
このようなスパッタ装置には種々の技術的要請が存在するが、年々集積度が高まる各種半導体デバイスの分野では、ステップカバレッジ特性の向上が重要な課題となっている。
ステップカバレッジ特性とは、基板の表面に形成された穴や溝、または段差に対する被覆性のことであり、上面への薄膜堆積量に対する穴、溝又は段差（以下、ステップ）の底部への薄膜堆積量の比であるボトムカバレッジ特性を含む概念である。例えば、コンタクトホール又はスルーホール等が形成された基板の表面にバリア膜をスパッタリングによって形成する場合、ステップカバレッジが充分でなくホールの底部に充分な厚さのバリア膜が形成されないと、層間の拡散防止が充分でなくなり、ジャンクションリーク等のデバイス性能に致命的な欠陥を与える場合がある。
【０００５】
集積度が高まり配線の微細化が進むと、配線幅が狭くなる一方でステップの高さ（孔や溝の場合は深さ，段差の場合は段差の高さ）が大きくなる。このため、要求されるステップカバレッジ特性がより厳しいものとなる。
しかしながら、従来のスパッタリングでは、幅０．７μｍアスペクト比（穴又は溝の高さ／穴又は溝の幅）１〜２程度の穴又は溝の底部への成膜が限界とされており、１６メガビット以上の集積回路を製作する際の技術的な障害となっている。この原因は、図６に示すような装置では、基板５０に斜めに入射するスパッタ粒子が多く、穴又は溝の底部に到達できるスパッタ粒子の量が少ないからである。この結果、図７に示すように、基板５０の穴又は溝５００の底部への膜堆積が少なくなり、ボトムカバレッジ特性（図７のｂ／ａ）はかなり低くなってしまう。
【０００６】
ステップカバレッジ特性を向上させるには、基板に対して垂直に入射するスパッタ粒子を多くすることが重要であるが、これを可能にするものとしてコリメートスパッタ法が知られている。図８は、コリメートスパッタ法を行う従来のスパッタ装置の概略を示す図である。
この図８のスパッタ装置では、ターゲット２と基板５０との間の空間に、コリメート板７が配設されている。このコリメート板７は、基板の表面に垂直な方向の飛行通路を形成するものであり、格子状のものや、帯状の板を丸めてリング状にしたものを同心状に複数配置したもの等が採用される。
【０００７】
しかしながら、このコリメートスパッタ法では、コリメート板７にスパッタ粒子が付着して堆積するため、スパッタを相当時間行うと、飛行通路の断面積が小さくなってしまう。この結果、コリメート板７を通過できるスパッタ粒子が減少することによって、成膜速度が低下してしまう問題があり、量産用の装置としては致命的な欠陥であるとされている。また、コリメート板７の交換等のメンテンナンスがさらに必要になるため、量産装置としての充分な生産性が確保できないという問題もある。
【０００８】
このようなコリメートスパッタ法の課題を解決するものとして、遠距離スパッタ法というスパッタ法が最近注目されている。図９は、従来知られている遠距離タイプのスパッタ装置の概略を示す図である。
図９から分かるように、このスパッタ装置では、ターゲット２と基板５０との距離（以下、Ｔ／Ｓ距離）が通常の装置よりも大きい。これは、ターゲット２から放出されるスパッタ粒子のうち、基板５０の表面に対して垂直に近い方向に飛行するスパッタ粒子のみが基板５０に達するようにするためのものである。即ち、基板５０の表面に対して斜めの方向に飛行するスパッタ粒子は、図９から分かるように真空容器１の器壁に向かう。従って、垂直入射する基板５０の表面に達するスパッタ粒子の量が相対的に多くなる。このため、ステップカバレッジ特性の良い成膜が行えるのである。
【０００９】
また尚、図９に示すスパッタ装置では、真空容器１の内側に、スパッタされたターゲット２の材料が真空容器１の器壁に付着するのを防止する防着シールド６が配設されている。そして、ガス導入手段４は、防着シールド６に形成されたガス導入孔４１を通して放電用ガスを導入する。このガス導入孔４１の位置は、図９に示す通り基板ホルダー５に近い位置にある。基板５０に垂直な方向でのガス導入孔４１と基板５０との距離は、例えば３０ｍｍ程度である。また、導入した放電用ガスを排出する排気孔４２は、ガス導入孔４１の近傍に設けられている。即ち、ガス導入孔４１を挟んで上下に（本明細書の説明では基板とターゲット２とを結ぶ方向を上下方向とするが、実使用状態がこれに限られるものでないことは勿論である）排気孔４２が形成されている。また尚、防着シールド６とターゲット２との間には所定の隙間が形成されており、この隙間からも放電用ガスは排出される。
【００１０】
このようなガス導入手段４の構成であると、ターゲット２と基板５０とを結ぶ方向での放電用ガスの圧力分布は、図９に直線４０で示すように、ターゲット２側において圧力が低く基板５０側において圧力が高い分布となる。
また、上記構成の遠距離スパッタ装置では、垂直入射のスパッタ粒子を多くするため、Ｔ／Ｓ距離を大きくするとともに放電圧力を低くするようにしている。これは、圧力を低くすることによってスパッタ粒子の平均自由行程を大きくし、放電用ガスとの衝突によるスパッタ粒子の散乱を低減して垂直入射のスパッタ粒子を多くしようとするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、遠距離スパッタ装置は、Ｔ／Ｓ距離の増大と放電圧力の低下とによって、垂直に近い入射角のスパッタ粒子を散乱されることなく効率的に基板に到達させることで、ステップカバレッジの飛躍的な向上を可能にしている。そしてまた、コリメートスパッタを行う装置で見られたような経時的な成膜速度の低下の問題が無いという点でも好適なものである。
本願発明の課題は、このような遠距離スパッタの長所を更に伸ばし、ステップカバレッジ特性を更に２倍以上改善しようとするものである。
【００１２】
【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、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内の所定の位置に配置された所定の材料からなるターゲットと、このターゲットをスパッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極とを具備し、スパッタされたターゲットの材料が到達する真空容器内の所定の位置に基板を配置してスパッタリングを行う装置であって、
ターゲットは、基板と平行に向き合った平板状であり、ターゲットと基板との距離が１５０ｍｍ以上であってターゲットの大きさで割ったターゲットと基板との距離が０．５以上である遠距離スパッタ装置であり、
スパッタ放電のための放電用ガスを真空容器内のターゲットと基板との間の空間に導入するガス導入手段を備え、このガス導入手段は、ターゲットと基板との間の空間の放電用ガスの圧力分布が、ターゲット側において高く基板側において低くなる分布とするものであるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記ターゲットは円形又は方形の板状であり、前記ターゲットの大きさは、ターゲットが円形の場合には直径、方形の場合には長い方の辺の長さであるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記ターゲットと前記基板との間の中間位置よりも基板側に排気コンダクタンスを設定する部材が配設されているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記ターゲットと基板との間の空間を取り囲む筒状の防着シールドが配設されているとともに、前記ガス導入手段は、ターゲットと基板との間の空間に放電用ガスを導入するガス導入管と、当該空間から放電用ガスを排出するよう防着シールドに形成された排気孔とを含んでおり、さらに、ガス導入管の先端開口及び排気孔は、ターゲットと基板との間の空間の放電用ガスの圧力分布が、ターゲット側において高く基板側において低くなる分布となる位置に配設されているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記ガス導入管の先端開口の配設位置は前記ターゲットの近傍であり、前記排気孔の配設位置は前記基板の近傍であるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記ターゲットと基板との間の空間を取り囲む筒状の防着シールドが配設されているとともに、前記ガス導入手段は、ターゲットと基板との間の空間に放電用ガスを導入するガス導入管と、当該空間から放電用ガスを排出するよう防着シールドに形成された排気孔とを含んでおり、さらに、ガス導入管は、ターゲットと基板との間の中間位置よりもターゲット側に配置され、排気孔はターゲットと基板との間の中間位置よりも基板側に形成されているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、上記請求項４から６いずれかの構成において、前記排気孔は、ターゲットと基板を結ぶ方向に沿って複数個形成されているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、上記請求項４から７いずれかの構成において、前記排気孔は、ターゲットと基板を結ぶ方向に沿って複数個形成されているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、上記請求項１から８いずれかの構成において、前記ガス導入手段は、前記ターゲットの近傍の圧力と前記基板の近傍の圧力との差が３倍から１０倍の範囲となるように放電用ガスを導入するものであるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、上記請求項１から９いずれかの構成において、前記ガス導入手段は、前記ターゲットの近傍の圧力が０．７から１ミリトールで、基板の近傍の圧力が０．３ミリトール以下となるよう放電用ガスを導入するものであるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項１１記載の発明は、上記請求項５、９又は１０の構成において、前記ターゲットの近傍とは、前記ターゲットから１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の距離の位置であり、前記基板の近傍とは、前記基板から１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の距離の位置であるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項１２記載の発明は、上記請求項１から１１いずれかの構成において、前記排気系は前記真空容器に接続された排気管を有しており、排気管の接続位置は、排気管の開口のうちターゲットに最も近い側の縁が、ターゲットと基板との中間位置よりも基板側に位置する位置であるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項１３記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内の所定の位置に配置された所定の材料からなる平板状のターゲットと、このターゲットをスパッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極と、スパッタ放電のための放電用ガスを真空容器内のターゲットと基板との間の空間に導入するガス導入手段とを具備したスパッタ装置を使用し、スパッタされたターゲットの材料が到達する真空容器内の所定の位置に基板を配置して基板の表面に所定の薄膜を作成する方法であって、
ターゲットと基板との距離が１５０ｍｍ以上であってターゲットの大きさで割ったターゲットと基板との距離が０．５以上となる位置にターゲットと平行に対向するよう基板を配置するとともに、
ガス導入手段により、ターゲットと基板との間の空間に放電用ガスを導入し、
排気系により、放電用ガスをターゲットと基板との間の空間から排気するとともに、
ガス導入手段における放電用ガスの流量及び排気コンダクタンスを選定することで、ターゲットと基板との間の空間の放電用ガスの圧力分布を、ターゲット側において高く基板側において低くなる分布とし、この状態で前記薄膜の作成を行うという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項１４記載の発明は、上記請求項１３の構成において、前記ターゲットは円形又は方形の板状であり、前記ターゲットの大きさは、ターゲットが円形の場合には直径、方形の場合には長い方の辺の長さであるという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項１５記載の発明は、上記請求項１３又は１４の構成において、前記ターゲットと前記基板との間の空間において、中間位置よりも基板側で所定の排気コンダクタンスを設定する部材を設けることで前記圧力分布を達成するという構成を有する。
【００１３】
【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。
図１は、本願発明の遠距離スパッタ装置の第一の実施形態を説明する概略図である。図１に示す装置は、排気系１１を備えた真空容器１と、この真空容器１内の所定の位置に配置された所定の材料からなるターゲット２と、このターゲット２をスパッタするためのスパッタ放電を生じさせる電極３と、スパッタ放電のための放電用ガスをターゲット２と基板５０との間の空間に導入するガス導入手段４と、スパッタされたターゲット２の材料が到達する真空容器１内の所定の位置に基板５０を配置するための基板ホルダー５とを有している。
【００１４】
まず、真空容器１は、不図示のゲートバルブを備えた気密な容器である。この真空容器１には、基板５０の出し入れの際に基板５０が配置されて真空引きされる不図示の真空予備室が隣接して配設される。排気系１１は、クライオポンプ等の真空ポンプを備えて１０-8Ｔｏｒｒ程度の到達圧力まで排気できるよう構成される。
【００１５】
ターゲット２は、成膜すべき材料から形成された円形又は方形の板状の部材である。このターゲット２は、電極３の前面にネジ止め等の方法により固定されている。また、ターゲット２の周縁を被うようにして、ターゲットシールド３５が配設されている。このターゲットシールド３５は、ターゲット２の周囲での不必要な放電を防止するためのものであり、ターゲット２の周縁を所定の狭い間隔をもって被いながらアースされた状態で設けられている。
【００１６】
本実施形態の遠距離スパッタ装置は、平板マグネトロンスパッタ装置の一種であり、電極３としてはマグネトロン陰極が採用されている。即ち、電極３は、ターゲット２の背後に配設された一対の磁石３１，３２と、一対の磁石３１，３２を繋ぐヨーク３３とから主に構成されている。一対の磁石３１，３２は、ターゲット２の前方に閉じた漏洩磁界を形成するための永久磁石であり、中央の円柱状の磁石（例えばＮ極）３１とそれを間隙をもって取り囲むリング状の磁石（例えばＳ極）３２からなる。尚、電極３には、放電用電源３４が接続されており、所定の負の高電圧又は高周波等が電極３に印加される。
【００１７】
放電用ガスとしては、スパッタ率の高いアルゴンなどの不活性ガスが使用される。放電用ガスを導入するガス導入手段４は、不図示のボンベと真空容器１とをつなぐガス導入用配管４３と、ガス導入用配管４３に接続されたガス導入管４４と、ガス導入用配管４３に設けられたバルブ４５及び不図示の流量調整器等から主に構成されている。
【００１８】
基板ホルダー５は、遠距離スパッタの効果が得られる程度のＴ／Ｓ距離だけターゲット２から離間した位置で基板５０を保持するよう構成されている。遠距離スパッタの効果は、前述した通りステップカバレッジ特性が改善される効果である。この効果は、一般的にはＴ／Ｓ距離を１５０ｍｍ以上とすることで充分に得られる。但し、Ｔ／Ｓ距離をターゲット２の大きさ（円形の場合は直径，方形の場合は長い方の辺の長さ）で規格化したＴ／Ｓ規格値（（Ｔ／Ｓ距離）／ターゲットの大きさ）によるとさらに好適であり、Ｔ／Ｓ規格値を０．５以上とすることが好ましい。
【００１９】
尚、本実施形態の装置では、基板５０はターゲット２に平行に対向し、かつその中心点がターゲット２の中心点と同一直線（以下、この直線を中心軸という）上に位置する状態で配置されるようになっている。尚、基板ホルダー５を介して基板５０に所定のバイアス電圧を印加する場合があり、この場合はバイアス用電源が基板ホルダー５に接続される。また、基板５０の温度制御を行う場合、基板ホルダー５はヒータを内蔵したり所定の熱媒又は冷媒を内部に循環させたりする構成を採用する。さらに、基板５０の受け渡し等のため、基板ホルダー５は昇降機構５１を備えて昇降可能とされている。
【００２０】
また一方、真空容器１の内側には、防着シールド６が配設されている。防着シールド６は、真空容器１の器壁へのスパッタ粒子の付着を防止するためのものであり、ターゲット２と基板ホルダー５との間の空間を取り囲むようして配設されたほぼ筒状の部材である。防着シールド６は、真空容器１に設けられた不図示の取付具に着脱自在に取り付けられている。尚、防着シールド６にはスパッタ粒子が付着して薄膜が堆積することが避けられないが、堆積した薄膜が剥離して基板５０に落下しないよう、薄膜の付着強度が大きくなるような表面処理が施されている。
【００２１】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点は、ターゲット２と基板５０との間の空間（以下、対向空間という）の放電用ガスの圧力分布が、ターゲット２側において高く基板５０側において低くなる分布とするものである。この構成には、ガス導入手段４を構成するガス導入管４４及び排気孔４２の構成が大きく関与している。
【００２２】
まず、図１に示すように、防着シールド６とターゲットシールド３５との間には所定の間隔の狭い隙間が存在しており、ガス導入管４４はこの隙間に配設され、その先端開口からガスをターゲット２の前方の空間に向けて導入するよう構成されている。中心軸方向でのガス導入管４４とターゲット２の距離は、２００ｍｍ〜４００ｍｍ程度である。
上記ガス導入管４４は、ターゲット２の前方の空間を取り囲むようにして等間隔に複数配置されている。各々のガス導入管４４の先端開口は中心軸に向かっており、周囲から中心軸に向けて均等に放電用ガスを噴出するように構成されている。また、これらガス導入管４４は最終的には一本の供給管４６にまとめられ、この供給管４６は真空容器１の器壁を気密に貫通してガス導入用配管４３に接続されている。
【００２３】
また、排気孔４２は、図１に示すように、ガス導入管４４よりも基板５０側の防着シールド６上に複数設けられている。排気孔４２は、筒状の防着シールド６の周方向に沿って設けられたスリット状のものであり、これが中心軸の方向に沿って等間隔に四段設けられている。スリット状の各排気孔４２の幅５ｍｍ〜２０ｍｍ程度、中心軸方向の配設間隔は１０ｍｍ〜３０ｍｍである。
【００２４】
上記構成において、放電用ガスはガス導入管４４からターゲット２の前方近傍に導入される。導入された放電用ガスは、ターゲット２の背後に配置された電極３による電界によってスパッタ放電を生じさせるとともに、対向空間をターゲット２側から基板５０側に向けて拡散し、排気孔４２から排出される。このため、対向空間における放電用ガスの圧力分布は、図１に直線４００で示すように、ターゲット２側で高く基板５０側で低い分布となるのである。
【００２５】
尚、直線４００で示すような圧力分布を得るためには、単にターゲット２側にガス導入管４４を配設し基板５０側に排気孔４２を配設しただけでは不十分であり、導入するガスの流量や排気孔４２の部分の排気コンダクタンスを考慮する必要がある。即ち、例えばガスの流量が大きい反面、排気孔４２の排気コンダクタンスが小さい場合、防着シールド６内にガスが均一に充満し、中心軸方向での圧力分布は変化のないものとなってしまう。また、ガス流量が小さい反面、排気孔４２の排気コンダクタンスが大きい場合には、防着シールド６内のガスは希薄な状態で拡散し、中心軸方向での圧力分布は低い値で変化しないものとなってしまう。従って、直線４００で示すような圧力分布を得るためには、ガス導入管４４からのガスの流量と排気孔４２の排気コンダクタンスを適宜選定することが肝要である。尚、防着シールド６にガス導入用の孔を開け、その孔からガスを導入する場合には、その孔の開口面から距離が上記の値になるようにする。
【００２６】
次に、ガス導入管４４及び排気孔４２の配設位置に関し補足的に説明する。
まず、上記圧力分布を得るためには、ガス導入管４４は、ターゲット２と基板５０との中間位置よりもターゲット２側に配設されることが好ましく、さらに、できるだけターゲットの近傍からガスを導入することがより好ましい。具体的には、中心軸に垂直な方向で見たガス導入管４４の先端開口とターゲット２の縁との距離は、３０ｍｍ以内とすることが好ましく、中心軸方向でみたガス導入管の先端開口とターゲット２の距離は、０〜３０ｍｍ以内とすることが好ましい。
【００２７】
また、排気孔４２は中間位置よりも基板５０側に配設されることが好ましい。このことは、ターゲット２と基板５０との間の空間において、当該空間の中間位置によりも基板５０側に排気コンダクタンスを設定する部材が配設されることを意味する。つまり、単に基板５０の裏側に位置する真空容器１の器壁部分に排気管を接続しただけでは、上記圧力分布は達成されない。尚、本実施形態では、図１に示すように、排気管１１１の接続位置は、排気管１１１の開口のうちターゲット２に最も近い側の縁１１２が、ターゲット２と基板５０との間の中間位置よりも基板５０側に位置する位置となっている。
【００２８】
次に、遠距離スパッタ方法の発明の実施形態の説明も兼ね、上記構成に係る本実施形態の遠距離スパッタ装置の全体の動作について説明する。
まず、不図示のゲートバルブが開いて不図示の搬送ロボットが基板５０を真空容器１内に搬入する。基板５０は、防着シールド６の下端近傍を通って基板ホルダー５の上方の所定位置に達する。基板ホルダー５は所定の下方の待機位置から昇降機構５１によって上昇し、基板５０を保持する姿勢となる。
【００２９】
次に、ガス導入手段４が動作し、ガス導入管４４を通って放電用ガスが対向空間に導入される。導入された放電用ガスは、ターゲット２の前方から基板５０に向けて拡散する。この状態で電極３に所定の電圧が印加され、これによって放電用ガスが電離してターゲット２をスパッタしスパッタ放電が生じる。そして、スパッタされたターゲット２の材料（スパッタ粒子）は、対向空間を飛行して基板５０に達し、所定の薄膜を堆積する。このようなスパッタを所定時間を行い所定の膜厚まで薄膜を作成すると、電圧印加を中止し、基板５０を搬出してスパッタ処理が終了する。
【００３０】
次に、本願発明の第二の実施形態について簡単に説明する。図２は、本願発明の第二の実施形態の遠距離スパッタ装置の概略を示す図である。前述の第一の実施形態では防着シールド６に形成された排気孔４２は四段であったが、この第二の実施形態の装置ではもう一段増やして五段となっている。その他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００３１】
さて、上述した各実施形態の装置では、Ｔ／Ｓ距離が１５０ｍｍ以上とされているので、遠距離スパッタの効果が発揮され、ステップカバレッジ特性の良好な成膜が行われる。この際、各実施形態の装置では、前述の通り、ターゲット２と基板５０との間の放電用ガスの圧力分布がターゲット２側において高く基板５０側において低くなる分布となっているので、この効果がさらに改善され、従来の遠距離スパッタに比べて２倍以上のステップカバレッジ特性を得ることができる。
【００３２】
この点を図３を使用してさらに詳しく説明する。
図３は、各実施形態に属する装置及び従来の装置についてボトムカバレッジ特性を調べた実験の示す図であり、基板５０の近傍の圧力とボトムカバレッジ特性との関係を示している。図３の横軸は基板５０の近傍の圧力、縦軸はボトムカバレッジ特性を示している。尚、圧力は、基板５０から５０ｍｍ程度ターゲット２側の位置での測定値であり、ボトムカバレッジ特性は、前述した通り、上面への堆積量に対する穴又は溝の底部への堆積量を％で示すものである。
【００３３】
図９に示す従来の装置についてＴ／Ｓ距離が２００ｍｍ，３５０ｍｍの二種のものを用意するとともに、第一の実施形態の装置についてはＴ／Ｓ距離が３４０ｍｍのもの、第二の実施形態の装置についてＴ／Ｓ距離２００ｍｍのものを用意した。放電用ガスとしては、アルゴンを１０ＳＣＣＭの流量で導入した。また、排気系１１の排気速度は１０００リットル毎秒程度とした。
図３中の点Ｐ1 は従来の装置におけるＴ／Ｓ距離３４０ｍｍの場合の測定データを示し、点Ｐ2 はＴ／Ｓ距離２００ｍｍの場合の測定データを示している。また、点Ｐ3 はＴ／Ｓ距離が３４０ｍｍである第一の実施形態の装置における測定データを示し、点Ｐ4 はＴ／Ｓ距離が２００ｍｍである第二の実施形態の装置における測定データを示している。
【００３４】
図３の測定データＰ1 ，Ｐ2 から分かる通り、従来の装置では、Ｔ／Ｓ距離２００ｍｍ及び３４０ｍｍのいずれの場合も、基板５０から３０ｍｍ程度の位置での圧力は０．９３ｍＴｏｒｒ程度であった。また、Ｔ／Ｓ距離２００ｍｍの場合のボトムカバレッジは１２．４％、Ｔ／Ｓ距離３５０ｍｍの場合のボトムカバレッジは２１．０％であった。
一方、測定データＰ3 ，Ｐ4 から分かる通り、基板５０から５０ｍｍ程度の位置での圧力は、Ｔ／Ｓ距離３４０ｍｍの第一の実施形態の装置では０．３９ｍＴｏｒｒ、Ｔ／Ｓ距離２００ｍｍの第二の実施形態では０．２３ｍＴｏｒｒであった。そして、ボトムカバレッジは、両実施形態とも４５％であった。
【００３５】
この結果から、基板５０の近傍の圧力が低い各実施形態の装置では、ボトムカバレッジ特性が２倍以上改善されていることが分かる。これは、基板５０の近傍の圧力が低下することによって、基板５０の近傍においてスパッタ粒子を散乱させる放電用ガス分子が低減したことによるものと考えられる。
尚、Ｔ／Ｓ距離２００ｍｍの第二の実施形態の方がＴ／Ｓ距離３４０ｍｍの第一の実施形態の装置に比べて基板５０の近傍の圧力が低くなっている。これは、図２に示す通り第二の実施形態では排気孔４２が一段増えて五段になっており、防着シールド６全体の排気コンダクタンスが第一の実施形態に比べて大きくなっていることによるものと考えられる。
【００３６】
ちなみに、各実施形態における防着シールド６の排気コンダクタンスを実際に測定してみると、第一の実施形態の装置では２２７５リットル／秒であり、第二の実施形態の装置では３７４９リットル／秒であった。尚、これらの装置における各排気孔４２は幅１０ｍｍのスリット状であり、その奥行きは防着シールド６の肉厚に等しく２０ｍｍであった。第一の実施形態の装置における最上段の排気孔４２からターゲット２までの距離は２００ｍｍ、最下段の排気孔４２から基板５０までの距離は５０ｍｍ、各段の排気孔４２の間隔は３０ｍｍであった。また、第二の実施形態の装置における最上段の排気孔４２からターゲット２までの距離は１００ｍｍ、最下段の排気孔４２から基板５０までの距離は２０ｍｍ、各段の排気孔４２の間隔は２０ｍｍであった。
【００３７】
さらに、従来の装置におけるコンダクタンスを同様に測定してみると、１０６４リットル／秒であった。この装置における排気孔４２は、幅５ｍｍ程度の周状のスリット状であり、図９に示すようにガス導入管４４を挟んで上下二段設けられた。上段の排気孔４２からターゲット２までの距離は２００ｍｍ、下段の排気孔４２から基板５０までの距離は１００ｍｍ、上段と下段の排気孔４２の間隔は４０ｍｍであった。
【００３８】
このように、各実施形態の装置は、ターゲット２の近傍の位置から放電用ガスを導入するとともに、ターゲット２から離れた基板５０に近い位置に複数段の排気孔４２を形成して基板５０の近傍において高いコンダクタンスで排気を行うようにしている。この結果、ターゲット２の近傍において放電用ガスの圧力を高く維持できる一方で、基板５０の近傍の圧力を低く維持でき、これによって、スパッタ放電を安定に維持しつつステップカバレッジ特性の良好な成膜を行うことが可能になる。
【００３９】
遠距離スパッタ装置においてさらにステップカバレッジ特性を改善するには、Ｔ／Ｓ距離をさらに長くするか、放電時のガス圧力をさらに低くして、垂直入射のスパッタ粒子を多くすることが考えられる。しかしながら、Ｔ／Ｓ距離を長くすることはスパッタ速度の低下に加えいたずらに装置が大型化してコストが上昇する他、メンテナンスのための構造や作業が困難となるという欠点がある。また、放電時のガス圧力を低下させていくと、スパッタ放電の状態が不安定になり、安定した成膜が行えないという問題がある。
【００４０】
上記実施形態の構成は、「ターゲット側において高く基板側において低い圧力分布」という構成によって、Ｔ／Ｓ距離を長くする必要なしに、かつ、放電のためのガス圧力も低下させる必要なしに、ステップカバレッジ特性をさらに改善しようとするものである。尚、図９に示す従来の遠距離スパッタ装置のように「基板側において高くターゲット側において低い圧力分布」である場合、さらにステップカバレッジ特性を改善するには、Ｔ／Ｓ距離を長くするか放電時の圧力を下げるかしなければならず、前述のような問題を招くこととなる。
【００４１】
スパッタ放電を安定に維持しつつ良好なステップカバレッジ特性を得るためには、一般的には、ターゲット２の近傍の圧力が基板５０の近傍の圧力の３倍から１０倍程度であることが好ましい。３倍以下であると、スパッタ放電の安定維持とステップカバレッジ特性の改善が両立しなくなるし、１０倍以上とするには、ガス導入や排気のための構成が極端に難しくなってしまうからである。
【００４２】
また、具体的にどの程度の圧力値にすれば良いかは、放電電圧や必要な成膜速度等によって異なるので一概に言えないが、ターゲット２の近傍の圧力は０．７〜１ｍＴｏｒｒ程度とすることが安定放電のために好ましく、基板５０の近傍の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ以下とすることがステップカバレッジ特性の改善のために好ましい。即ち、ターゲット２の近傍の圧力が０．７ｍＴｏｒｒ以下であると放電が安定して維持できず、また１ｍＴｏｒｒ以上であると放電用ガス分子によるスパッタ粒子の散乱の問題や膜中への放電用ガス分子の混入の問題が顕在化する。また、ターゲット２の近傍の圧力が０．３ｍＴｏｒｒ以上であると、スパッタ粒子の散乱により充分なステップカバレッジ特性が得られなくなる。
【００４３】
尚、「ターゲットの近傍」及び「基板の近傍」という用語の意味について詳しく説明する。「ターゲットの近傍」とは、相当程度高い圧力を維持すべき空間領域を意味している。つまり、スパッタ放電を維持するのに必要なイオンや電子が存在する領域のことである。この空間領域の大きさは放電の方式等によって異なるので、「近傍」がターゲットからどの程度離れた位置であるのかは一該に決められないが、一般的にはターゲットから１０〜４０ｍｍ程度離れた位置までが「近傍」ということになる。なお、平板マグネトロン放電ではターゲットから漏れ出る磁力線によってターゲットの前方に閉じた空間が形成され、この空間に放電が閉じ込められるので、この空間領域を「近傍」とすることも可能である。
【００４４】
一方「基板の近傍」とは、スパッタ粒子が放電用ガス分子と衝突することによりステップカバレッジ特性が影響を受ける空間領域のことであり、どの程度の空間領域まで低い圧力にしておけばステップカバレッジが改善できるかという意義を有する概念である。どの程度の空間領域までが基板へのスパッタ粒子の入射方向に影響を与えるかは、Ｔ／Ｓ距離等によっても変わるので一概に言えないが、基板から１０〜１００ｍｍ程度までを「基板の近傍」とすることができる。
【００４５】
次に、上記各実施形態の構成において、真空容器１の器壁への膜堆積を防止するための構造について補足的に説明する。図４は、真空容器１の器壁への膜堆積を防止した構造の実施形態を説明する部分概略図である。
上述の通り、上記各実施形態の装置では、ターゲット２と基板５０との対向空間を取り囲むようにして防着シールド６を配設し、真空容器１の器壁へのスパッタ粒子の付着を防いでいる。しかしながら、上述の通り、防着シールド６には、排気孔４２が設けられているので、この排気孔４２を通ってスパッタ粒子が飛行し、真空容器１の器壁に達する可能性がある。
【００４６】
この場合、図４に示すように排気孔４２が屈折した排気路を形成するようにすると、スパッタ粒子の飛行経路も屈折したものとなるので、防着シールド６外へのスパッタ粒子の飛行が抑制される。このため、排気孔４２を設けた場合でも、真空容器１へのスパッタ粒子の付着及び膜堆積が効果的に防止され、より好ましい結果が得られる。尚、最下段の排気孔４２だけではなく、その上側の排気孔４２も同様に屈折した排気路を形成するようにしても良いが、屈折した排気路はコンダクタンスが小さくなるので、必要な排気コンダクタンスを勘案しながら適宜設計する。
【００４７】
次に、「ステップカバレッジ特性」及び「ボトムカバレッジ特性」という用語の意味について、補足的に説明する。前述した通り、「ボトムカバレッジ特性」は「ステップカバレッジ特性」に含まれる概念であり、図７に示す（ｂ／ａ）×１００（％）である。ボトムカバレッジ特性以外のステップカバレッジ特性としては、穴、溝又は段差の底面角部に対する薄膜堆積量が挙げられる。この点を図５を使用して詳しく説明する。
図５は、ステップカバレッジ特性についての説明図である。例えば、スルーホールやコンタクトホールへの成膜の場合、バリアメタルのようにホールの形状に沿って薄い膜を作成する場合もあるが、プラグ配線膜のようにホールを埋め込むようにして金属膜を作成する場合もある。
【００４８】
このような埋め込みの成膜の場合、ホールの底点角部への薄膜堆積量が充分でないと、図５に点線で示すように薄膜が成長し、ホールの内部にボイドと呼ばれる空隙が形成されてしまう場合がある。ボイドが形成されると、電流密度が高くなって結果的に配線抵抗が大きくなってしまう。従って、底面角部への薄膜堆積を促進してボイドが形成されないようにする必要があるが、上記各実施形態の装置によれば、このような底面角部にも良好に薄膜が堆積するので、ボイドの無い適正な配線が行える。
その他のステップカバレッジ特性の例としては、段差を形成する配線上に層間絶縁膜を被覆性よく形成して平坦性を確保する例等が挙げられる。
【００４９】
上記各実施形態では、「ターゲット側において高く基板側において低くなる圧力分布」を達成する例として、ターゲット２の近傍にガス導入管４４を配設し、基板５０の近傍に排気孔４２を配設するという構成を採用したが、これ以外にも種々のものが考えられる。例えば、排気孔４２をターゲット２と基板５０との間に均等間隔で配設しながら、基板５０の近傍に位置する排気孔４２の大きさを大きくする等して基板５０の近傍において部分的にコンダクタンスを大きくする構成や、排気孔４２の大きさが同じで基板５０に近くなるほど排気孔４２の配設間隔を小さくする構成、さらにはそれらを組み合わせた構成等である。
【００５０】
また、上記各実施形態において、防着シールド６の採用は必須条件ではなく、スパッタ粒子の器壁への付着の問題が他の手段により解決されれば防着シールド６は不要である。防着シールド６が無い場合、ガス導入管４４や排気孔４２は器壁に直接設けられることが有り得る。
【００５１】
尚、「ターゲット側において高く基板側において低くなる分布」の例として、図１に直線４００で示すように直線的に変化する例を説明したが、これ以外にも、曲線的に変化したり段階的に変化したりする例であっても良いことは、勿論である。
【００５２】
さらに、排気孔４２の形状としては、前述した周方向に延びるスリット状のものに限らず、円形や方形等の各種の形状が採用できる。尚、周方向に延びるスリット状の場合、３６０度のスリットでも良いし、いくつかに分断されたような均等間隔で周上に配置された複数のスリットの構成でも良い。尚、３６０度のスリットの場合、防着シールド６は中心軸方向で分割されてしまうので、各々に取付具等を備えることになる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の各請求項の発明によれば、従来の遠距離スパッタにおけるステップカバレッジ特性が２倍以上改善され、深い穴や溝の底部に被覆性良く成膜を行うことができる。このため、６４メガビットから２５６メガビットへの移行し０．３５μｍから０．２５μｍといった極めて微細な加工が要求される昨今の集積回路の製作に適した成膜工程を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の遠距離スパッタ装置の第一の実施形態を説明する概略図である。
【図２】第二の実施形態の遠距離スパッタ装置の概略を示す図である。
【図３】各実施形態に属する装置及び従来の装置についてボトムカバレッジ特性を調べた実験の示す図であり、基板の近傍の圧力とボトムカバレッジ特性との関係を示している。
【図４】真空容器１の器壁への膜堆積を防止した構造の実施形態を説明する部分概略図である。
【図５】ステップカバレッジ特性についての説明図である。
【図６】従来より使用されている一般的なスパッタ装置の構成を示すものである。
【図７】図６のスパッタ装置によるステップカバレッジ特性の説明図である。
【図８】コリメートスパッタ法を行う従来のスパッタ装置の概略を示す図である。
【図９】従来知られている遠距離タイプのスパッタ装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
１  真空容器
１１  排気系
２  ターゲット
３  電極
４  ガス導入手段
４２  排気孔
４３  ガス導入管
５  基板ホルダー
５０  基板
６  防着シールド
【図１】
0003868020.tif 000002
【図２】
0003868020.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003868020.tif 000007
【図７】
0003868020.tif 000008
【図８】
0003868020.tif 000009
【図９】
0003868020.tif 000010