JP2001107229A

JP2001107229A - 基板処理装置及びスパッタリング装置

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Publication number: JP2001107229A
Application number: JP29065299A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takahashi; 信行高橋; Keiko Tsunoda; 恵子角田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-04-17
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JP4526139B2

Abstract

(57)【要約】【課題】イオンの入射エネルギーを利用した基板処理
装置において、自己バイアス電圧用の高周波電力の損失
を少なくする。【解決手段】処理チャンバー１内にガス導入系２２に
よってガスが導入され、スパッタ電源２１によってター
ゲットに電圧が印加されてスパッタ放電が生じ、プラズ
マが形成される。処理チャンバー１内で基板９を保持す
る基板ホルダー３はホルダー本体３１と誘電体ブロック
３２からなり、静電吸着機構４の吸着用電源４１は誘電
体ブロック３２内の吸着電極４２に電圧を印加して基板
９を誘電体ブロック３２の表面に静電吸着する。高周波
電源５が吸着電極４２に高周波電圧を印加し、プラズマ
と高周波との相互作用により基板９に自己バイアス電圧
が与えられ、プラズマ中のイオンが基板９に入射する。
高周波電源５が吸着電極４２のみに高周波電圧を直接印
加するので、電力の損失が少ない。

Description

【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３
２とから構成されている。そしてこの誘電体ブロック３
２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、プラズ
マ形成手段によって形成されたプラズマの付近の所定の
位置に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
記高周波電源は、前記吸着電極のみに高周波電圧を直接
印加するようになっ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２記載の発明
は、請求項１記載の構成において、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、前記ホルダー本体
の内部を貫き前記誘電体ブロックに通じるように絶縁管
が設けられており、この絶縁管の内部には一端が前記吸
着電極に接続された金属製の導入部材が設けられている
とともに、前記高周波電源が発生させた高周波電力を伝
送する伝送線の先端は、導入部材の後端に接続されてい
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、
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
ャンバー内の所定の位置に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、前記高周波電源は、前記吸着電極のみに高周波電圧
を直接印加するようになっ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５記載の
発明は、請求項４記載の構成において、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、前記ホルダー
本体の内部を貫き前記誘電体ブロックに通じるように絶
縁管が設けられており、この絶縁管の内部には一端が前
記吸着電極に接続された金属製の導入部材が設けられて
いるとともに、前記高周波電源が発生させた高周波電力
を伝送する伝送線の先端は、導入部材の後端に接続され
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、４００ｋＨ
ｚ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３
１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３
４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２
２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１〜３
ｍｍ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又は
２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又は２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
又は５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。

【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

Claims

【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、プラズマ形成手段によって
形成されたプラズマの付近の所定の位置に基板を保持す
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、前記高周波電源は、前記吸着電極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を特徴とする基板処理
装置。
【請求項２】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、前記ホルダー本体の内部を貫き前記誘
電体ブロックに通じるように絶縁管が設けられており、この絶縁管の内部には一端が前記吸着電極に接続された
金属製の導入部材が設けられているとともに、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の先端
は、導入部材の後端に接続されてい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、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内の所定の位置に基板を保持
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、前記高周波電源は、前記吸着電極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を特徴とするスパッタ
リング装置。
【請求項５】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、前記ホルダー本体の内部を貫き前記誘
電体ブロックに通じるように絶縁管が設けられており、この絶縁管の内部には一端が前記吸着電極に接続された
金属製の導入部材が設けられているとともに、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の先端
は、導入部材の後端に接続されてい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。