(57)【要約】【課題】ビアの側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を向上させる。【解決手段】本発明に係る真空蒸着装置１０は、真空チャンバ１１と、真空チャンバ内に設置された蒸発源１３と、蒸発源に対向して配置されたステージ１５と、ステージを面内で回転させる回転手段１８と、蒸発源に対するステージの設置角度を変化させる角度調整手段１９とを備える。そして、基板Ｗを面内で回転させるとともに、基板の表面に対する蒸発粒子の入射角が連続的に変化するように基板の傾斜角を蒸発源に対して変化させながら、基板の表面に蒸発粒子を堆積させる。これにより、基板の半径位置に関係なく、ビアの側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を高めることができる。また、これに伴って、基板面内において蒸着膜のカバレッジ特性の均一化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内において、ビア又はトレンチ等の凹部が形成された基板の表面に蒸発源からの蒸発粒子を堆積させる真空蒸着方法であって、
前記基板をその表面の面内で回転させるとともに、前記基板の表面に対する前記蒸発粒子の入射角が連続的に変化するように前記基板の傾斜角を前記蒸発源に対して変化させながら、前記基板の表面に前記蒸発粒子を堆積させる
ことを特徴とする真空蒸着方法。
【請求項２】
蒸着時において、前記真空チャンバ内を減圧下の不活性ガス雰囲気に調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着方法。
【請求項３】
前記不活性ガス雰囲気の圧力を２．０×１０-2Ｐａ以上８．０×１０-2Ｐａ以下とする
ことを特徴とする請求項２に記載の真空蒸着方法。
【請求項４】
前記真空チャンバ内に前記基板を複数設置し、これら複数の基板の表面に前記蒸発粒子を同時に堆積させる
ことを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着方法。
【請求項５】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設置された蒸発源と、
前記蒸発源に対向して配置されたステージと、
前記ステージをそのステージ面の面内で回転させる回転手段と、
前記蒸発源に対する前記ステージの設置角度を変化させる角度調整手段とを備え、
前記角度調整手段は、蒸着時において、前記ステージ上の基板の表面に対する蒸発粒子の入射角を連続的に変化させる
ことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項６】
前記ステージは、前記真空チャンバ内に複数設置されている
ことを特徴とする請求項５に記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面に形成されたビアの側面および底面に対する蒸着膜の付き回り性（カバレッジ性）の向上を図った真空蒸着方法および真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路やフレキシブル配線基板のビアホール内に湿式めっき（電気めっき）用のシード層を形成する方法として、例えば、ターゲット−基板間の距離が長い低圧ロングスロースパッタ（ＬＴＳ）法などのスパッタ法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、スパッタ法では、ビアホールの底面や側面に対するメタル膜の付き回り性が低く、基板表面に堆積するメタル膜の膜厚に対する比（以下、付き回り率という）が２〜３％と非常に低い。これは、スパッタ法ではターゲットから基板に入射するスパッタ粒子の入射角が大きいことに起因する。例えば、アスペクト比２のビアホールの側面に０．１μｍのシード層を形成しようとすると、基板表面に３．３〜５．０μｍまでシード層メタル膜を形成する必要があった。更に、ＬＳＩの３次元実装などでは、基板表面に形成されたメタル層をエッチングなどによって除去する必要があるため、表面のメタル層の膜厚が厚いほど多くの手間と時間を必要とする。
【０００４】
一方、基板を蒸発源に対して斜めに配置し、基板を回転させながら蒸着する真空蒸着方法が知られている（特許文献２参照）。これは図５に示すように、真空チャンバ１内に、電子ビーム蒸発源２と、複数枚の基板Ｗを保持するドーム状のホルダ３とを備えている。ホルダ３は、プラネタリ６に複数設置されており、電子ビーム蒸発源２に対して斜めに保持されている。プラネタリ６には、ホルダ３を公転させる公転機構４と、ホルダ３を自転させる自転機構５がそれぞれ設けられている。そして、蒸着時はホルダ３を自転、公転させながら基板Ｗの表面に蒸発材料Ｍの蒸発粒子Ｍａを堆積させる。これにより、基板Ｗに対して面内均一性に優れた成膜を実現するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６０７７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１６４３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
真空蒸着法においては、点源とみなせる蒸発源で蒸発した蒸発材料は、一定の広がりをもって基板の表面へ入射するため、基板に対する蒸発粒子の入射角は、基板上の位置によって異なる。また、上述した従来の真空蒸着装置のように、プラネタリ６を自転および公転運動させながら成膜を行っても、基板上の位置（円形基板では半径位置）に対応した入射角分布を解消することはできない。
【０００７】
したがって、基板表面に形成されたビアホールにメタル膜を形成する場合、ビアホールの側面や底面に対するメタル膜の付き回り性が基板上の位置によって異なることになるため、付き回り率の大きな向上を図ることができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、基板上の位置に関係なく、ビアの側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を向上させることができる真空蒸着方法および真空蒸着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の真空蒸着方法は、真空チャンバ内において、ビア又はトレンチ等の凹部が形成された基板の表面に蒸発源からの蒸発粒子を堆積させる真空蒸着方法であって、基板をその表面の面内で回転させるとともに、基板の表面に対する蒸発粒子の入射角が連続的に変化するように基板の傾斜角を蒸発源に対して変化させながら、基板の表面に蒸発粒子を堆積させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバと、真空チャンバ内に設置された蒸発源と、蒸発源に対向して配置されたステージと、ステージをそのステージ面の面内で回転させる回転手段と、蒸発源に対するステージの設置角度を変化させる角度調整手段とを備え、角度調整手段は、蒸着時において、ステージ上の基板の表面に対する蒸発粒子の入射角を連続的に変化させることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、基板をその表面の面内で自転させるとともに、基板表面に対する蒸発粒子の入射角が連続的に変化するように基板の傾斜角を蒸発源に対して変化させながら、基板の表面に蒸発粒子を堆積させることで、基板上の位置に関係なく、凹部の側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を高めることができる。また、これに伴って、基板面内において蒸着膜のカバレッジ特性の均一化を図ることができる。
【００１２】
蒸発源に対する基板の傾斜角、傾斜移動速度、自転速度等は、基板表面に形成されたビア等のアスペクト比、基板の大きさ、蒸発粒子の入射角分布等に応じて適宜設定され、基板上の全ビアの各々について所望の付き回り率が得られるような条件で基板の傾斜角制御あるいは回転制御が行われる。基板は円形基板でもよいし、矩形基板でもよい。基板のその面内における回転中心は、基板の中心部に限られず、当該面内における他の任意の点でもよい。
【００１３】
一方、蒸着時において、真空チャンバ内を減圧下の不活性ガス雰囲気に調整することによって、ガス分子との間の蒸発粒子の散乱効果を利用し、ビアの側面や底面に対する付き回り性の更なる向上を図ることができる。不活性ガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）が挙げられる。雰囲気圧力としては、２．０×１０-2Ｐａ以上、８．０×１０-2Ｐａ以下が好ましい。
【００１４】
真空チャンバに設置されるステージの数は１つに限られず、複数であってもよい。この場合、各ステージについて上述した傾斜角制御および回転制御を行うことによって、カバレッジ性に優れた蒸着膜を高い生産性をもって作製することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、基板上の位置に関係なく、凹部の側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を高めることができる。また、これに伴って、基板面内において蒸着膜のカバレッジ特性の均一化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態による真空蒸着装置１０の概略構成図である。真空蒸着装置１０は、真空チャンバ１１を備えている。真空チャンバ１１は、排気バルブ１２を介して図示しない真空ポンプによって所定の真空度に真空排気される。
【００１８】
真空チャンバ１１の内部には、蒸発源１３が設置されている。蒸発源１３は、電子ビーム蒸発源で構成されるが、これに限られず、抵抗加熱源や誘導加熱源、プラズマガン等で蒸発源が構成されていてもよい。蒸発材料（成膜物質）１４には、チタン（Ｔｉ）や銅（Ｃｕ）などの金属材料が用いられるが、これ以外にも、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）などの他の金属材料、ＴｉＯ2、ＭｇＯなどの金属酸化物でも構わない。なお、蒸発源１３は単一に限らず、複数設置されていてもよい。
【００１９】
また、真空チャンバ１１の内部には、蒸発源１３に対向してステージ１５が設置されている。ステージ１５は、図では簡略的に示しているが、静電チャックやメカニカルクランプ等の基板Ｗを保持するための保持機構を備えている。そして、ステージ１５の中心部には回転軸１５ａが設けられており、回転軸１５ａは、チャンバ外部に設置されている回転機構１８によって矢印Ａで示すように軸方向の周りに回転可能である。これにより、ステージ１５はそのステージ面の面内で回転可能に構成されている。
【００２０】
更に、ステージ１５は、チャンバ外部に設置されている角度調整機構１９によって矢印Ｂで示す方向に傾動自在に構成されている。図示の例におけるステージ１５の傾動中心は、ステージ面の中心部としているが、これに限られず、蒸発源１３に対するステージ１５の傾斜角が所定の角度範囲で調整できる構造であれば、傾動中心は特に限定されない。また、角度調整機構１９は、ステージ１５の傾斜角を連続的に変化させることができる機構であることが好ましい。
【００２１】
なお、回転機構１８および角度調整機構１９はそれぞれ、本発明の「回転手段」および「角度調整手段」に対応し、ステージ１５の動作制御を行う制御部の一機構部として構成されている。上記制御部は、後述するように、蒸着時においてステージ１５の回転数制御および傾斜角制御を行う。
【００２２】
回転機構１８および角度調整機構１９の構成の具体例を図２および図３に示す。図２に示すように、ステージ１５の回転軸１５ａの先端には、駆動モータ３３の駆動軸３４に取り付けられた第１マイタギヤ３１と噛み合う第２マイタギヤ３２が取り付けられている。これにより、図３に示すように、駆動モータ３３の回転駆動力が回転軸１５ａの回転駆動力に変換されてステージ１５に伝達される。
【００２３】
一方、図２に示すように、ステージ１５の回転軸１５ａは、駆動軸３４を収容する筒状のガイド軸３７の周壁を貫通している。このガイド軸３７は、真空チャンバ１１の側壁内面側に設置された真空シールを兼ねる一対の軸受部材３５，３６に回転自在に支持されている。ガイド軸３７の一端にはギヤ部材３８が一体固定されており、このギヤ部材３８の回転によりガイド軸３７を介してステージ１５の角度調整が行われる。図示の例では、ギヤ部材３８はラック３９に噛合しており、ラック３９の図２の紙面垂直方向への往復移動によってギヤ部材３８が正逆両方向へ回転自在となっている。
【００２４】
次に、基板Ｗとしては、表面にビアやトレンチ等の凹部が形成された円形の半導体ウエハ（シリコンウエハなど）や矩形のガラス基板等が用いられる。基板Ｗは、その表面側を蒸発源１３側に向けてステージ１５のステージ面に保持される。
【００２５】
蒸発源１３とステージ１５との間には、シャッタ１６が設置されている。シャッタ１６は、図示しないシャッタ開閉機構によって、蒸発源１３とステージ１５の間を遮蔽する位置と、蒸発源１３とステージ１５の間を開放する位置をとる。
【００２６】
本実施形態の真空蒸着装置１０は更に、真空チャンバ１１の内部に導入される不活性ガスの流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を含むガス導入ライン１７が設置されている。真空チャンバ１１内に導入された不活性ガスは、蒸発源１３から基板Ｗへ向かう蒸発材料１４の蒸発粒子を散乱させる作用を有し、基板Ｗの表面に形成されたビアの側面や底面に対する付き回り性を改善する。本実施形態では、不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）が用いられているが、ヘリウム（Ｈｅ）やキセノン（Ｘｅ）などの他の不活性ガスを用いても構わない。
【００２７】
本実施形態の真空蒸着装置１０は以上のように構成される。次に、この作用について説明する。本実施形態では、蒸発材料１４の蒸発粒子によって、基板Ｗの表面に電気めっき用のシード層を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００２８】
真空チャンバ１１は、所定の真空度（例えば５．５×１０-4Ｐａ以下）に真空排気される。ステージ１５は、基板Ｗを保持している。蒸発材料１４は蒸発源１３にて加熱、溶解あるいは昇華される。次いで、シャッタ１６は開放され、蒸発源１３から基板Ｗの表面に向かって蒸発材料１４の蒸発粒子を飛散させることによって、基板Ｗの表面への蒸着処理が行われる。
【００２９】
蒸着時、ステージ１５は、回転機構１８によって面内で回転されるとともに、角度調整機構１９によって傾動操作される。ステージ１５の傾動動作は角度θの範囲で連続的に行われる。なお、ステージ１５が角度θの範囲で往復移動する構成にしても構わない。
【００３０】
以上のようにして、基板Ｗの表面に対する蒸発粒子の入射角θ（基板法線方向と蒸発粒子の入射方向とのなす角）が連続的に変化するように基板Ｗの傾斜角が蒸発源１３に対して変化する。この状態で蒸着処理を行うことにより、基板Ｗと蒸発源１３の間の幾何学的位置関係に起因する蒸発粒子の入射角依存特性が緩和される結果、基板表面の全領域に対して蒸発粒子の入射角分布の一様化を図ることが可能となる。
【００３１】
これにより、基板の半径位置に関係なく、ビアの側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を高めることができる。また、これに伴って、基板面内においてカバレッジ特性の均一化を図ることができる。
【００３２】
蒸発源１３に対する基板Ｗの傾斜角、傾斜移動速度、自転速度等は、基板表面に形成されたビア等のアスペクト比、基板の大きさ、蒸発粒子の入射角分布等に応じて適宜設定される。すなわち、基板上の全ビアの各々について所望の付き回り率が得られるような条件で基板の傾斜角制御あるいは回転制御が行われる。
【００３３】
例えば、アスペクト比が２のビアの側面や底面に蒸着膜を形成する場合、ホール底部の中心近傍からホール開口部への立体角を考慮して、当該ビアに対する蒸発粒子の入射角は３０°以下に抑える必要がある。この場合、基板上のすべてのビアに対して３０°以下の入射角で蒸発粒子が入射できる条件を設定することで、ビアの形成位置に関係なく蒸着膜の付き回り性を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、減圧下にある真空チャンバ１１の内部にガス導入ライン１７を介して不活性ガス（アルゴンガス）を所定量導入することによって、ガス分子との間の蒸発粒子の散乱効果を利用し、ビアの側面や底面に対する付き回り性の更なる向上を図ることができる。
【００３５】
次に、本発明者が行った一実験結果について説明する。まず、アスペクト比が２のビアホールが表面に形成された８インチ（２０ｃｍ）ウエハに対し、スパッタ法を用いてシード層（Ｔｉ／Ｃｕ膜）を形成した。基板を支持するステージは、スパッタリング用ターゲット（直径８インチ（２０ｃｍ））に対して固定であり、基板に対するスパッタ粒子の入射角は不変である。表１にシード層作製条件と膜厚測定結果を示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、基板表面に形成された蒸着膜の膜厚は５７９５ｎｍであったのに対して、ビアの側面に形成された蒸着膜の膜厚は１５５ｎｍ、ビアの底面に形成された蒸着膜の膜厚は１３６ｎｍであった。したがって、基板表面の蒸着膜の膜厚に対するビアの側面および底面の蒸着膜の膜厚（付き回り率）はそれぞれ、２．７％および２．３％であった。
【００３８】
次に、図１に示した本実施形態の真空蒸着装置１０を用いてシード層（Ｔｉ／Ｃｕ膜）を形成した。用いた基板は、ビアホール径が６０μｍ、アスペクト比が２のビア付き８インチ（２０ｃｍ）ウエハである。基板（ステージ）の回転数は１０回転／分、蒸発粒子の入射角θを０°〜３０°まで連続的に変化させて成膜を行った。基板（ステージ）の傾斜移動速度は、１分あたりθが０°〜３０°の角度範囲を５〜１０往復できる速度に設定した。表２にシード層作製条件と膜厚測定結果を示す。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２に示すように、基板表面に形成された蒸着膜の膜厚は４５１５ｎｍであったのに対して、ビアの側面に形成された蒸着膜の膜厚は３２８ｎｍ（最小値）〜４５５ｎｍ（最大値）、ビアの底面に形成された蒸着膜の膜厚は７９６ｎｍであった。したがって、基板表面に対するビアの側面および底面の付き回り率はそれぞれ、７．３〜１０．１％および１７．６％であった。したがって、ビアの側面に０．１μｍのシード層を形成する場合には基板表面に０．９９〜１．４μｍのメタル層を形成するだけでよく、上述したスパッタの例の４分の１から３分の１の膜厚で済むことが確認された。
【００４１】
続いて、図１に示した真空蒸着装置１０を用い、蒸着中の圧力が７．５×１０-2Ｐａとなるようにアルゴンガスを導入してシード層（Ｔｉ／Ｃｕ膜）を形成した。用いた基板は、アスペクト比２のビア付き８インチ（２０ｃｍ）ウエハである。基板（ステージ）の回転数は１０回転／分、蒸発粒子の入射角θを０°〜３０°まで連続的に変化させて成膜を行った。基板（ステージ）の傾斜移動速度は、１分あたりθが０°〜３０°の角度範囲を５〜１０往復できる速度に設定した。表２にシード層作製条件と膜厚測定結果を示す。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
表３に示すように、基板表面に形成された蒸着膜の膜厚は４６２０ｎｍであったのに対して、ビアの側面に形成された蒸着膜の膜厚は４８９ｎｍ（最小値）〜６７９ｎｍ（最大値）、ビアの底面に形成された蒸着膜の膜厚は６７０ｎｍであった。したがって、基板表面に対するビアの側面および底面の付き回り率はそれぞれ、１０．５〜１４．７％および１３．２％であった。したがって、ビアの側面に０．１μｍのシード層を形成する場合には基板表面に０．７〜０．９５μｍのメタル層を形成するだけでよく、上述したスパッタの例の５分の１から４分の１の膜厚で済むことが確認された。
【００４４】
なお、アルゴンガスの雰囲気圧力は、２．０×１０-2Ｐａ以上で効果があることが確認されている。しかし、アルゴンガスの雰囲気圧力が８．０×１０-2Ｐａを越えると、電子ビーム蒸発源で異常放電が発生しやすくなり、安定した成膜が行えなくなることもわかった。したがって、アルゴンガスの雰囲気圧力は、２．０×１０-2Ｐａ以上８．０×１０-2Ｐａ以下であることが好ましい。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図４は本発明の第２の実施形態による真空蒸着装置２０を示している。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施形態の真空蒸着装置２０は、真空チャンバ１１の内部に複数（図示の例では２台）のステージ１５が設置されている点で上述の第１の実施形態の構成と異なっている。各々のステージ１５は、プラネタリ２１に回転可能および傾動可能に設置されている。また、プラネタリ２１は、その中心に位置する回転軸２１ａの周りに矢印Ｃで示すように回転可能に構成されている。
【００４７】
このようなサテライト構造の真空蒸着装置２０においては、各ステージ１５に保持されている基板Ｗを回転軸２１ａの周りに公転させながら面内で回転（自転）させるとともに、基板Ｗの表面に対する蒸発粒子の入射角が連続的に変化するように基板Ｗの傾斜角を蒸発源１３に対して変化させながら、基板Ｗの表面に蒸発粒子を堆積させる。
【００４８】
これにより、上述の第１の実施形態と同様に、基板の半径位置に関係なく、ビアの側面や底面に対する蒸着膜の付き回り性を高めることができる。また、これに伴って、基板面内において蒸着膜のカバレッジ特性の均一化を図ることができる。
【００４９】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５０】
例えば以上の実施形態では、基板表面にシード層形成メタルを蒸着する例について説明したが、配線層や電極層の形成に本発明を適用してもよい。
【００５１】
また、基板にＲＦ（高周波電力）やＤＣ（直流電力）を印加して所定のバイアス作用を付加することも可能であり、この場合、形成される蒸着膜の緻密性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態による真空蒸着装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した真空蒸着装置の回転機構および角度調整機構の概略構成図である。
【図３】図１に示した真空蒸着装置の回転機構および角度調整機構の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による真空蒸着装置の概略構成図である。
【図５】従来の真空蒸着装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，２０  真空蒸着装置
１１  真空チャンバ
１３  蒸発源
１４  蒸発材料
１５  ステージ
１７  ガス導入ライン
１８  回転機構
１９  角度制御機構
２１  プラネタリ
Ｗ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009041040.tif 000008
【図４】
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【図５】
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