JP2002080962A - スパッタリング装置及び薄膜製造方法 - Google Patents
スパッタリング装置及び薄膜製造方法Info
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高アスペクト比の薄膜を形成する。
【解決手段】真空槽１２内のターゲット２０と基板台１
６との間の空間を、アノード電極４と接地電極５、６に
よって取り囲む。アノード電極４はターゲット２０側に
配置し、正電圧を印加し、接地電極５、６は基板台１６
側に配置し、接地電位に接続する。アノード電極４で飛
行方向が曲げられたスパッタリング粒子３０の軌道が修
正され、基板台１６上の基板１７表面に垂直に入射す
る。基板１７表面に入射するスパッタリング粒子の量が
増し、しかも垂直に入射するので、高アスペクト比の薄
膜を形成することができる。
６との間の空間を、アノード電極４と接地電極５、６に
よって取り囲む。アノード電極４はターゲット２０側に
配置し、正電圧を印加し、接地電極５、６は基板台１６
側に配置し、接地電位に接続する。アノード電極４で飛
行方向が曲げられたスパッタリング粒子３０の軌道が修
正され、基板台１６上の基板１７表面に垂直に入射す
る。基板１７表面に入射するスパッタリング粒子の量が
増し、しかも垂直に入射するので、高アスペクト比の薄
膜を形成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング装置
の技術分野にかかり、特に、スパッタリング装置のステ
ップカバレッジを向上させる技術に関する。
の技術分野にかかり、特に、スパッタリング装置のステ
ップカバレッジを向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のスパッタリング装置を図６の符号
１１０に示す。このスパッタリング装置１１０は、真空
槽１１２を有しており、その底壁上には、真空槽１１２
壁面と絶縁した状態でウェハステージ１１４が取り付け
られている。
１１０に示す。このスパッタリング装置１１０は、真空
槽１１２を有しており、その底壁上には、真空槽１１２
壁面と絶縁した状態でウェハステージ１１４が取り付け
られている。
【０００３】真空槽１１２の天井側には、絶縁部材１１
８を介して、天板１１３が取り付けられている。天板１
１３の上部には、不図示の絶縁部材を介して磁石１１９
が配置されており、その反対側の面の真空槽１１２の内
側には、ターゲット１２０が配置されている。
８を介して、天板１１３が取り付けられている。天板１
１３の上部には、不図示の絶縁部材を介して磁石１１９
が配置されており、その反対側の面の真空槽１１２の内
側には、ターゲット１２０が配置されている。
【０００４】ウェハステージ１１４上には、冷却装置１
１５と基板台１１６とがこの順序で乗せられている。基
板台１１６の内部には図示しない吸着電極が配置されて
おり、真空槽１１２内を真空排気し、基板台１１６上に
基板１１７を載置し、吸着電極に電圧を印加すると、基
板１１７は基板台１１６表面に静電吸着されるようにな
っている。
１５と基板台１１６とがこの順序で乗せられている。基
板台１１６の内部には図示しない吸着電極が配置されて
おり、真空槽１１２内を真空排気し、基板台１１６上に
基板１１７を載置し、吸着電極に電圧を印加すると、基
板１１７は基板台１１６表面に静電吸着されるようにな
っている。
【０００５】ターゲット１２０にはスパッタ電源１２５
が接続されており、真空槽１１２は接地電位に接続され
ている。真空槽１１２内部を真空排気し、基板台１１６
上に基板１１７を静電吸着した後、真空槽１１２内にス
パッタリングガスを導入し、スパッタ電源１２５を起動
してターゲット１２０に負電圧を印加すると、磁石１１
９の磁力線に捕らえられた電子により、ターゲット１２
０表面近傍にプラズマが発生する。そのプラズマがター
ゲット１２０に入射すると、ターゲット１２０表面から
ターゲット１２０を構成する物質がスパッタリング粒子
となって飛び出す。
が接続されており、真空槽１１２は接地電位に接続され
ている。真空槽１１２内部を真空排気し、基板台１１６
上に基板１１７を静電吸着した後、真空槽１１２内にス
パッタリングガスを導入し、スパッタ電源１２５を起動
してターゲット１２０に負電圧を印加すると、磁石１１
９の磁力線に捕らえられた電子により、ターゲット１２
０表面近傍にプラズマが発生する。そのプラズマがター
ゲット１２０に入射すると、ターゲット１２０表面から
ターゲット１２０を構成する物質がスパッタリング粒子
となって飛び出す。
【０００６】このスパッタリング装置１１０では、真空
槽１１２内に円筒形の防着板１１１が配置されており、
この防着板１１１は、真空槽１１２の内壁面に固定され
ている。真空槽１１２が接地電位に置かれるため、防着
板１１１も真空槽１１２と一緒に接地電位に置かれてい
る。
槽１１２内に円筒形の防着板１１１が配置されており、
この防着板１１１は、真空槽１１２の内壁面に固定され
ている。真空槽１１２が接地電位に置かれるため、防着
板１１１も真空槽１１２と一緒に接地電位に置かれてい
る。
【０００７】ウェハステージ１１４には負電圧が印加さ
れており、基板１１７は負電位に置かれている。従っ
て、プラズマ中の電子は防着板１１１に引きつけられ、
ターゲット１２０から飛び出した正電荷を有するスパッ
タリング粒子は、基板１１７に引きつけられる。このた
めスパッタリング粒子は、防着板１１１の内部を防着板
１１１の中心軸線に沿った方向に飛行し、基板１１７の
表面に到達し、基板１１７表面に薄膜が形成される。
れており、基板１１７は負電位に置かれている。従っ
て、プラズマ中の電子は防着板１１１に引きつけられ、
ターゲット１２０から飛び出した正電荷を有するスパッ
タリング粒子は、基板１１７に引きつけられる。このた
めスパッタリング粒子は、防着板１１１の内部を防着板
１１１の中心軸線に沿った方向に飛行し、基板１１７の
表面に到達し、基板１１７表面に薄膜が形成される。
【０００８】冷却装置１１５内には、通水路１２３が設
けられており、基板１１７表面に所定膜厚の薄膜が形成
された後、この通水路１２３に冷却水を流し、基板１１
７を冷却した後、真空槽１１２外に搬出し、未処理の基
板を真空槽１１２内に搬入すると、薄膜形成作業を繰り
返し行うことができる。
けられており、基板１１７表面に所定膜厚の薄膜が形成
された後、この通水路１２３に冷却水を流し、基板１１
７を冷却した後、真空槽１１２外に搬出し、未処理の基
板を真空槽１１２内に搬入すると、薄膜形成作業を繰り
返し行うことができる。
【０００９】このように、スパッタリング粒子の飛行経
路の周囲に防着板１１１が位置しているため、スパッタ
リング粒子は真空槽１１２の内壁面には付着せず、基板
１１７を多数枚数処理し、真空槽１１２内部をクリーニ
ングする場合には、防着板１１１を取り外し、防着板１
１１の内周面に付着した薄膜を洗浄・除去すればよいよ
うになっている。
路の周囲に防着板１１１が位置しているため、スパッタ
リング粒子は真空槽１１２の内壁面には付着せず、基板
１１７を多数枚数処理し、真空槽１１２内部をクリーニ
ングする場合には、防着板１１１を取り外し、防着板１
１１の内周面に付着した薄膜を洗浄・除去すればよいよ
うになっている。
【００１０】しかしながら、上記のような構造の防着板
１１１では、真空槽１１２の内壁面に薄膜が付着するこ
とは防止できるのに止まり、スパッタリング装置１１０
の性能を向上させるものではない。
１１１では、真空槽１１２の内壁面に薄膜が付着するこ
とは防止できるのに止まり、スパッタリング装置１１０
の性能を向上させるものではない。
【００１１】近年では、防着板１１１に電圧を印加し、
基板１１７表面に形成される薄膜のステップカバレッジ
を改善させる試みが成されているが、満足なステップカ
バレッジが得られないのが現状である。
基板１１７表面に形成される薄膜のステップカバレッジ
を改善させる試みが成されているが、満足なステップカ
バレッジが得られないのが現状である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、高いステップカバレッジで薄膜を形成できるス
パッタリング装置を提供することにある。
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、高いステップカバレッジで薄膜を形成できるス
パッタリング装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に
配置されたターゲットと、前記真空槽内で前記ターゲッ
トに対向して配置された基板台と、前記ターゲットと前
記基板台の間に位置する空間をスパッタリング粒子が飛
行する飛行空間としたときに、前記飛行空間の前記ター
ゲット側の部分を取り囲むアノード電極と、前記飛行空
間の前記アノード電極と前記基板台との間の部分を取り
囲む接地電極とを有し、前記真空槽と前記接地電極を接
地電位に接続し、前記アノード電極に正電圧を印加でき
るように構成されたスパッタリング装置である。請求項
２記載の発明は、請求項１記載のスパッタリング装置で
あって、前記基板台はウェハステージ上に配置され、前
記ウェハステージには、負電圧を印加できるように構成
されたスパッタリング装置である。請求項３記載の発明
は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッ
タリング装置であって、前記接地電極は、第１、第２の
接地電極に分割され、前記第１、第２の接地電極間には
隙間が形成されたスパッタリング装置である。請求項４
記載の発明は、前記ターゲットが上方に配置され、前記
基板台が、前記ターゲットの下方に配置された請求項１
乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置
であって、前記アノード電極は筒状に成形され、一方の
開口端部の外周にはフランジ部が設けられ、前記真空槽
内部には、前記真空槽とは電気的に絶縁された導電性の
端子部材が突出され、前記アノード電極は、前記フラン
ジ部が前記端子部材上に乗せられ、前記フランジ部が設
けられた開口端部とは反対側の開口部が、前記基板台に
向けられたスパッタリング装置である。請求項５記載の
発明は、真空槽内にターゲットを配置し、前記真空槽を
接地電位に接続し、前記ターゲットに負電圧を印加して
前記ターゲット表面近傍にプラズマを形成し、前記ター
ゲットから飛び出したスパッタリング粒子を、表面が前
記ターゲットに対向して配置された基板に到達させ、前
記基板の表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記スパッタリング粒子が飛行する飛行空間の前記ター
ゲット付近の部分の周囲の電位を正電位にし、前記基板
付近の周囲の電位を接地電位にする薄膜製造方法であ
る。請求項６記載の発明は、請求項５記載の薄膜製造方
法であって、前記基板に負のバイアス電圧を印加する薄
膜製造方法である。
に、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に
配置されたターゲットと、前記真空槽内で前記ターゲッ
トに対向して配置された基板台と、前記ターゲットと前
記基板台の間に位置する空間をスパッタリング粒子が飛
行する飛行空間としたときに、前記飛行空間の前記ター
ゲット側の部分を取り囲むアノード電極と、前記飛行空
間の前記アノード電極と前記基板台との間の部分を取り
囲む接地電極とを有し、前記真空槽と前記接地電極を接
地電位に接続し、前記アノード電極に正電圧を印加でき
るように構成されたスパッタリング装置である。請求項
２記載の発明は、請求項１記載のスパッタリング装置で
あって、前記基板台はウェハステージ上に配置され、前
記ウェハステージには、負電圧を印加できるように構成
されたスパッタリング装置である。請求項３記載の発明
は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッ
タリング装置であって、前記接地電極は、第１、第２の
接地電極に分割され、前記第１、第２の接地電極間には
隙間が形成されたスパッタリング装置である。請求項４
記載の発明は、前記ターゲットが上方に配置され、前記
基板台が、前記ターゲットの下方に配置された請求項１
乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置
であって、前記アノード電極は筒状に成形され、一方の
開口端部の外周にはフランジ部が設けられ、前記真空槽
内部には、前記真空槽とは電気的に絶縁された導電性の
端子部材が突出され、前記アノード電極は、前記フラン
ジ部が前記端子部材上に乗せられ、前記フランジ部が設
けられた開口端部とは反対側の開口部が、前記基板台に
向けられたスパッタリング装置である。請求項５記載の
発明は、真空槽内にターゲットを配置し、前記真空槽を
接地電位に接続し、前記ターゲットに負電圧を印加して
前記ターゲット表面近傍にプラズマを形成し、前記ター
ゲットから飛び出したスパッタリング粒子を、表面が前
記ターゲットに対向して配置された基板に到達させ、前
記基板の表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記スパッタリング粒子が飛行する飛行空間の前記ター
ゲット付近の部分の周囲の電位を正電位にし、前記基板
付近の周囲の電位を接地電位にする薄膜製造方法であ
る。請求項６記載の発明は、請求項５記載の薄膜製造方
法であって、前記基板に負のバイアス電圧を印加する薄
膜製造方法である。
【００１４】本発明は上記のように構成されており、タ
ーゲットと基板の間の空間を飛行空間とし、真空槽の電
位を接地電位とした場合、飛行空間のターゲット側の部
分を囲むアノード電極に正電圧を印加でき、飛行空間の
基板側の部分を囲む接地電極に真空槽と同じ接地電位を
印加できるようになっている。
ーゲットと基板の間の空間を飛行空間とし、真空槽の電
位を接地電位とした場合、飛行空間のターゲット側の部
分を囲むアノード電極に正電圧を印加でき、飛行空間の
基板側の部分を囲む接地電極に真空槽と同じ接地電位を
印加できるようになっている。
【００１５】ターゲットに大きな負電圧を印加し、基板
にターゲットよりも小さい負電圧を印加した場合、実験
によると、アノード電極と接地電極とで構成される電界
により、スパッタリング粒子が基板に集中され、基板に
多量のスパッタリング粒子が入射するようになる。
にターゲットよりも小さい負電圧を印加した場合、実験
によると、アノード電極と接地電極とで構成される電界
により、スパッタリング粒子が基板に集中され、基板に
多量のスパッタリング粒子が入射するようになる。
【００１６】これは、ターゲットが銅であり、スパッタ
リングの開始時にだけスパッタリングガスを導入し、一
旦スパッタリングが開始された後は、スパッタリングさ
れた銅がターゲットに再入射して銅をスパッタリングす
る銅の自己放電によってプラズマを維持する銅薄膜成長
方法の場合には、基板表面に入射する銅のスパッタリン
グ粒子が少なくなるため、スパッタリング粒子を基板に
集中させる本発明は特に有効である。
リングの開始時にだけスパッタリングガスを導入し、一
旦スパッタリングが開始された後は、スパッタリングさ
れた銅がターゲットに再入射して銅をスパッタリングす
る銅の自己放電によってプラズマを維持する銅薄膜成長
方法の場合には、基板表面に入射する銅のスパッタリン
グ粒子が少なくなるため、スパッタリング粒子を基板に
集中させる本発明は特に有効である。
【００１７】また、アノード電極に正電圧を印加する場
合、アノード電極を真空槽と絶縁する必要があるが、本
発明のスパッタリング装置では、真空槽とは絶縁された
端子部材が真空槽の内周面に突出され、アノード電極の
フランジ部が端子部材上には位置されているので、アノ
ード部材が真空槽と接触せず、また、アノード電極を持
ち上げるだけで真空槽から取り外せるので、メンテナン
スが容易である。
合、アノード電極を真空槽と絶縁する必要があるが、本
発明のスパッタリング装置では、真空槽とは絶縁された
端子部材が真空槽の内周面に突出され、アノード電極の
フランジ部が端子部材上には位置されているので、アノ
ード部材が真空槽と接触せず、また、アノード電極を持
ち上げるだけで真空槽から取り外せるので、メンテナン
スが容易である。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１を参照し、本発明の一例のス
パッタリング装置１０は、真空槽１２を有している。該
真空槽１２の底面側には、真空槽１２とは電気的に絶縁
した状態でウェハステージ１４が配置されている。
パッタリング装置１０は、真空槽１２を有している。該
真空槽１２の底面側には、真空槽１２とは電気的に絶縁
した状態でウェハステージ１４が配置されている。
【００１９】真空槽１２の上端は開放されており、その
上端部には、それぞれリング形状をした第１の絶縁部材
３１と、導電性の端子部材３３と、第２の絶縁部材３２
とがこの順序で配置されている。
上端部には、それぞれリング形状をした第１の絶縁部材
３１と、導電性の端子部材３３と、第２の絶縁部材３２
とがこの順序で配置されている。
【００２０】また、第２の絶縁部材３２上には天板１３
が配置されており、真空槽１２は天板１３によって蓋を
され、真空槽１２の内部が大気から隔離されるようにな
っている。
が配置されており、真空槽１２は天板１３によって蓋を
され、真空槽１２の内部が大気から隔離されるようにな
っている。
【００２１】この状態では、真空槽１２と端子部材３３
と天板１３とは、第１、第２の絶縁部材３１、３２によ
って、互いに電気的に絶縁されている。
と天板１３とは、第１、第２の絶縁部材３１、３２によ
って、互いに電気的に絶縁されている。
【００２２】天板１３の上部には磁石１９が配置されて
おり、磁石１９が配置された側とは反対の面であって、
真空槽１２の内部側の表面には、ターゲット２０が配置
されている。この磁石１９が生成する磁力線は、ターゲ
ット２０の表面を貫通するようになっている。
おり、磁石１９が配置された側とは反対の面であって、
真空槽１２の内部側の表面には、ターゲット２０が配置
されている。この磁石１９が生成する磁力線は、ターゲ
ット２０の表面を貫通するようになっている。
【００２３】真空槽１２の内部には、図２に示すような
アノード電極４が配置されている。該アノード電極４
は、円筒形形状の防着筒部４１と、防着筒部４１の開口
端部に位置し、防着筒部４１の外周よりも外側位置まで
突き出されたフランジ部４２とを有している。防着筒部
４１の二個の開口４８、４９のうち、符号４８はフラン
ジ部４２が位置する方の開口を示しており、符号４９は
その反対側の開口を示している。
アノード電極４が配置されている。該アノード電極４
は、円筒形形状の防着筒部４１と、防着筒部４１の開口
端部に位置し、防着筒部４１の外周よりも外側位置まで
突き出されたフランジ部４２とを有している。防着筒部
４１の二個の開口４８、４９のうち、符号４８はフラン
ジ部４２が位置する方の開口を示しており、符号４９は
その反対側の開口を示している。
【００２４】防着筒部４１の外径は、リング状の端子部
材３３の内径と同じかそれよりも少し小さくされてお
り、天板１３を開け、防着筒部４１のフランジ部４２側
を上に向け、その反対側の開口４９側を端子部材３３の
内側に挿入できるようになっている。防着筒部４１を上
方から端子部材３３に挿入すると、フランジ部４２の底
面４３が端子部材３３上に乗せられる。
材３３の内径と同じかそれよりも少し小さくされてお
り、天板１３を開け、防着筒部４１のフランジ部４２側
を上に向け、その反対側の開口４９側を端子部材３３の
内側に挿入できるようになっている。防着筒部４１を上
方から端子部材３３に挿入すると、フランジ部４２の底
面４３が端子部材３３上に乗せられる。
【００２５】真空槽１２の壁面は鉛直に配置されてお
り、端子部材３３の表面は水平になっている。従って、
端子部材３３上にフランジ部４２が乗せられた状態で
は、防着筒部４１は端子部材３３から鉛直に垂下されて
いる。この状態では、アノード電極４は端子部材３３に
電気的に接続されている。
り、端子部材３３の表面は水平になっている。従って、
端子部材３３上にフランジ部４２が乗せられた状態で
は、防着筒部４１は端子部材３３から鉛直に垂下されて
いる。この状態では、アノード電極４は端子部材３３に
電気的に接続されている。
【００２６】アノード電極４を端子部材３３の内側に装
着した後、天板１３を元に戻すと、ターゲット２０はア
ノード電極４とは非接触の状態で、その上端部の内側に
配置される。
着した後、天板１３を元に戻すと、ターゲット２０はア
ノード電極４とは非接触の状態で、その上端部の内側に
配置される。
【００２７】真空槽１２の外部には、スパッタ電源２５
と、バイアス電源２６と、制御電源２７とが配置されて
いる。
と、バイアス電源２６と、制御電源２７とが配置されて
いる。
【００２８】制御電源２７は端子部材３３に接続されて
おり、従って、アノード電極４には制御電源２７が出力
する電圧が、端子部材３３を介して印加されるようにな
っている。
おり、従って、アノード電極４には制御電源２７が出力
する電圧が、端子部材３３を介して印加されるようにな
っている。
【００２９】また、スパッタ電源２５はターゲット２０
に接続されており、バイアス電源２６はウェハステージ
１４に接続されている。スパッタ電源２５とバイアス電
源２６により、ターゲット２０とウェハステージ１４に
は所望の電圧を印加できるように構成されている。
に接続されており、バイアス電源２６はウェハステージ
１４に接続されている。スパッタ電源２５とバイアス電
源２６により、ターゲット２０とウェハステージ１４に
は所望の電圧を印加できるように構成されている。
【００３０】また、この状態のアノード電極４の下方位
置には、第１、第２の接地電極５、６が配置されてい
る。
置には、第１、第２の接地電極５、６が配置されてい
る。
【００３１】第１の接地電極５は、図３に示すように、
円筒形の外筒部５１と、外径が外筒部５１と同径で、内
径がそれよりも小さいリング状の接続部５２と、一方の
開口部が外筒部５１の内径と同径で、他方の開口部がそ
れよりも小径である筒状の内筒部５３とで構成されてい
る。
円筒形の外筒部５１と、外径が外筒部５１と同径で、内
径がそれよりも小さいリング状の接続部５２と、一方の
開口部が外筒部５１の内径と同径で、他方の開口部がそ
れよりも小径である筒状の内筒部５３とで構成されてい
る。
【００３２】接続部５２の外周部分は、外筒部５１の開
口部分に接続されており、内筒部５３は外筒部５１内に
位置し、大径な方の開口端部が接続部５２の内径の縁部
分に接続されてる。
口部分に接続されており、内筒部５３は外筒部５１内に
位置し、大径な方の開口端部が接続部５２の内径の縁部
分に接続されてる。
【００３３】従って、この第１の接地電極は、外筒部５
１の開口である開口部５９と、その開口部５９とは反対
側に位置し、内筒部５３の大径な方の開口である開口部
５８とを有している。
１の開口である開口部５９と、その開口部５９とは反対
側に位置し、内筒部５３の大径な方の開口である開口部
５８とを有している。
【００３４】真空槽１２壁面の、アノード電極４の下端
付近の位置には、接続部材３９が取り付けられており、
第１の接地電極５は、外筒部５１の開口部５９を下に向
けた状態で、接続部５２の表面が接続部材３９に固定さ
れている。真空槽１２壁面には、突起３７が設けられて
おり、接続部５２表面が接続部材３９に固定された状態
では、外筒部５１の外周の上端部が突起３７に接触し、
第１の接地電極５１全体が真空槽１２に電気的に接続さ
れた状態になっている。
付近の位置には、接続部材３９が取り付けられており、
第１の接地電極５は、外筒部５１の開口部５９を下に向
けた状態で、接続部５２の表面が接続部材３９に固定さ
れている。真空槽１２壁面には、突起３７が設けられて
おり、接続部５２表面が接続部材３９に固定された状態
では、外筒部５１の外周の上端部が突起３７に接触し、
第１の接地電極５１全体が真空槽１２に電気的に接続さ
れた状態になっている。
【００３５】また、この状態では、アノード電極４の下
端部は第１の接地電極５１の内筒部５３の内側に非接触
の状態で位置している。
端部は第１の接地電極５１の内筒部５３の内側に非接触
の状態で位置している。
【００３６】第１の接地電極５の下方位置には、図４に
示すような第２の接地電極６が配置されている。この第
２の接地電極６は台座６１と、筒部６２と、椀部６３と
を有している。
示すような第２の接地電極６が配置されている。この第
２の接地電極６は台座６１と、筒部６２と、椀部６３と
を有している。
【００３７】台座６１はリング形状に成形されており、
筒部６２は円筒形形状に成形されている。筒部６２の下
端の開口部は、台座６１の上端部に接続されている。椀
部６３は上端の開口が広がった円筒形であり、その下端
側の開口は、筒部６２の径と略同じ大きさであり、筒部
６２の上端の開口部付近に位置している。椀部６３は、
清掃時に取り外せるように、筒部６２には固定されてお
らず、椀部６３の下側に配置された２本の支持棒６９に
よって真空槽１２の底壁上に支持されている。
筒部６２は円筒形形状に成形されている。筒部６２の下
端の開口部は、台座６１の上端部に接続されている。椀
部６３は上端の開口が広がった円筒形であり、その下端
側の開口は、筒部６２の径と略同じ大きさであり、筒部
６２の上端の開口部付近に位置している。椀部６３は、
清掃時に取り外せるように、筒部６２には固定されてお
らず、椀部６３の下側に配置された２本の支持棒６９に
よって真空槽１２の底壁上に支持されている。
【００３８】台座６１は、真空槽１２の底壁上に配置さ
れており、椀部６３の上端の開口部６８が上方のターゲ
ット２０側に向けられている。
れており、椀部６３の上端の開口部６８が上方のターゲ
ット２０側に向けられている。
【００３９】台座６１と筒部６２と椀部６３と支持棒６
９とはそれぞれ導電性材料で構成されており、台座６１
と支持棒６９とが真空槽１２に接触し、電気的に接続さ
れているため、筒部６２と椀部６３、即ち第２の接地電
極６全体が真空槽１２と同電位になるようにされてい
る。上述したように、第１の接地電極５は真空槽１２と
同電位にされ、真空槽１２は接地されるため、第１、第
２の接地電極５、６も接地電位に置かれている。
９とはそれぞれ導電性材料で構成されており、台座６１
と支持棒６９とが真空槽１２に接触し、電気的に接続さ
れているため、筒部６２と椀部６３、即ち第２の接地電
極６全体が真空槽１２と同電位になるようにされてい
る。上述したように、第１の接地電極５は真空槽１２と
同電位にされ、真空槽１２は接地されるため、第１、第
２の接地電極５、６も接地電位に置かれている。
【００４０】第２の接地電極６の台座６１は、筒部６２
よりも内側まで張り出しており、その部分の表面には、
絶縁部材２８が配置されている。
よりも内側まで張り出しており、その部分の表面には、
絶縁部材２８が配置されている。
【００４１】絶縁部材２８上には、冷却装置１５と基板
台１６とがこの順序で乗せられており、従って、冷却装
置１５と基板台１６とは、筒部６２の内部６７に配置さ
れ、冷却装置１５と基板台１６の周囲は筒部６２で囲わ
れている。基板台１６の表面は、開口部６８近傍に位置
しており、従って、基板台１６の表面は真空槽１２内に
露出しており、ターゲット２０に平行に対向するように
配置されている。
台１６とがこの順序で乗せられており、従って、冷却装
置１５と基板台１６とは、筒部６２の内部６７に配置さ
れ、冷却装置１５と基板台１６の周囲は筒部６２で囲わ
れている。基板台１６の表面は、開口部６８近傍に位置
しており、従って、基板台１６の表面は真空槽１２内に
露出しており、ターゲット２０に平行に対向するように
配置されている。
【００４２】符号２１は、後述するように、ターゲット
２０から飛び出したスパッタリング粒子が基板台１６方
向に向けて飛行する飛行空間を示している。
２０から飛び出したスパッタリング粒子が基板台１６方
向に向けて飛行する飛行空間を示している。
【００４３】アノード電極４と、第１の接地電極５と、
第２の接地電極６とは、その中心軸線を略一致して配置
され、また、椀部６３の上端部、即ち第２の接地電極６
の上端部は、第１の接地電極５の外筒部５１と内筒部５
３の間に非接触の状態で挿入されているため、基板台１
６とターゲット２０の間の飛行空間２１は、アノード電
極４と第１、第２の接地電極５、６によって取り囲まれ
ている。
第２の接地電極６とは、その中心軸線を略一致して配置
され、また、椀部６３の上端部、即ち第２の接地電極６
の上端部は、第１の接地電極５の外筒部５１と内筒部５
３の間に非接触の状態で挿入されているため、基板台１
６とターゲット２０の間の飛行空間２１は、アノード電
極４と第１、第２の接地電極５、６によって取り囲まれ
ている。
【００４４】なお、ここで用いたターゲット２０の直径
は３００ｍｍ、ターゲット表面からアノード電極４の下
端までの距離は約２２０ｍｍ、ターゲット２０表面から
基板台１６表面までの距離は３００ｍｍである。アノー
ド電極４の上端部は、ターゲット２０側に曲げられてお
り、その部分の直径はターゲット２０の直径とほぼ同じ
大きさであるが、鉛直に配置される部分の直径は約３３
０ｍｍ程度とターゲット２０の直径よりも大きくなって
いる。
は３００ｍｍ、ターゲット表面からアノード電極４の下
端までの距離は約２２０ｍｍ、ターゲット２０表面から
基板台１６表面までの距離は３００ｍｍである。アノー
ド電極４の上端部は、ターゲット２０側に曲げられてお
り、その部分の直径はターゲット２０の直径とほぼ同じ
大きさであるが、鉛直に配置される部分の直径は約３３
０ｍｍ程度とターゲット２０の直径よりも大きくなって
いる。
【００４５】第１の接地電極５の下端部と第２の接地電
極６の上端部の間は非接触にされており、隙間９が存し
ている。従って、飛行空間２１とアノード電極４や第
１、第２の接地電極５、６の外側の外部空間２４との間
は、隙間９によって接続されている。
極６の上端部の間は非接触にされており、隙間９が存し
ている。従って、飛行空間２１とアノード電極４や第
１、第２の接地電極５、６の外側の外部空間２４との間
は、隙間９によって接続されている。
【００４６】真空槽１２の底壁には排気口３４が形成さ
れており、この排気口３４には真空ポンプ２２が接続さ
れている。真空ポンプ２２を起動し、排気口３４から真
空槽１２内部の外部空間を真空排気すると、アノード電
極４内部の飛行空間２１は、第１の接地電極５と第２の
接地電極６の間の隙間９から排気される。
れており、この排気口３４には真空ポンプ２２が接続さ
れている。真空ポンプ２２を起動し、排気口３４から真
空槽１２内部の外部空間を真空排気すると、アノード電
極４内部の飛行空間２１は、第１の接地電極５と第２の
接地電極６の間の隙間９から排気される。
【００４７】このスパッタリング装置１０を用いて基板
表面に薄膜を形成する工程を説明すると、上記のように
真空槽１２内を真空排気し、その内部が所定圧力になっ
た後、真空槽１２内に基板を搬入し、基板台１６上に載
置する。
表面に薄膜を形成する工程を説明すると、上記のように
真空槽１２内を真空排気し、その内部が所定圧力になっ
た後、真空槽１２内に基板を搬入し、基板台１６上に載
置する。
【００４８】図１の符号１７は、その状態の基板を示し
ており、該基板１７の外周側面は、第２の接地電極６の
下端部分と非接触の状態で面している。
ており、該基板１７の外周側面は、第２の接地電極６の
下端部分と非接触の状態で面している。
【００４９】基板台１６は静電吸着装置であり、内部に
は図示しない吸着電極とヒータとが配置されている。基
板１７を基板台１６上に載置した後、吸着電極に電圧を
印加すると、基板１７は基板台１６表面に静電吸着され
る。その際、基板台１６内部のヒータに通電して発熱さ
せ、基板１７を昇温させる。
は図示しない吸着電極とヒータとが配置されている。基
板１７を基板台１６上に載置した後、吸着電極に電圧を
印加すると、基板１７は基板台１６表面に静電吸着され
る。その際、基板台１６内部のヒータに通電して発熱さ
せ、基板１７を昇温させる。
【００５０】基板１７が所定温度に昇温したところで、
真空槽１２内にアルゴンガス等のスパッタリングガスを
導入し、スパッタ電源２５とバイアス電源２６を起動
し、ターゲット２０とウェハステージ１４に負電圧を印
加すると、ターゲット２０表面近傍にスパッタリングガ
スのプラズマが発生し、ターゲット２０表面がスパッタ
リングされる。
真空槽１２内にアルゴンガス等のスパッタリングガスを
導入し、スパッタ電源２５とバイアス電源２６を起動
し、ターゲット２０とウェハステージ１４に負電圧を印
加すると、ターゲット２０表面近傍にスパッタリングガ
スのプラズマが発生し、ターゲット２０表面がスパッタ
リングされる。
【００５１】このターゲット２０は銅で構成されてお
り、ターゲット２０表面からは銅粒子がスパッタリング
粒子となって飛び出す。ターゲット２０の表面近傍に
は、磁石１９の磁力線によって磁界が形成されており、
電子が磁界に閉じ込められ、ターゲット２０表面近傍に
電子とスパッタリング粒子のプラズマが形成される。
り、ターゲット２０表面からは銅粒子がスパッタリング
粒子となって飛び出す。ターゲット２０の表面近傍に
は、磁石１９の磁力線によって磁界が形成されており、
電子が磁界に閉じ込められ、ターゲット２０表面近傍に
電子とスパッタリング粒子のプラズマが形成される。
【００５２】この状態でスパッタリングガスの導入を停
止すると、プラズマ中のスパッタリング粒子によってタ
ーゲット２０がスパッタリングされる(自己放電現象)。
止すると、プラズマ中のスパッタリング粒子によってタ
ーゲット２０がスパッタリングされる(自己放電現象)。
【００５３】スパッタリングを開始する際に、制御電源
２７を起動し、アノード電極４に正電圧を印加しておく
と、スパッタリング粒子は正電荷を有しているので、タ
ーゲット２０から飛び出したスパッタリング粒子のう
ち、基板１７方向やアノード電極４方向に飛行するスパ
ッタリング粒子は、アノード電極４から静電気力を受
け、アノード電極４の中心軸線３５方向に軌道が曲げら
れる。符号３０は、そのスパッタリング粒子を示してい
る。
２７を起動し、アノード電極４に正電圧を印加しておく
と、スパッタリング粒子は正電荷を有しているので、タ
ーゲット２０から飛び出したスパッタリング粒子のう
ち、基板１７方向やアノード電極４方向に飛行するスパ
ッタリング粒子は、アノード電極４から静電気力を受
け、アノード電極４の中心軸線３５方向に軌道が曲げら
れる。符号３０は、そのスパッタリング粒子を示してい
る。
【００５４】第１、第２の接地電極５、６は接地電位に
接続されており、ウェハステージ１４には負電圧が印加
されている。従って、アノード電極４の電位が最も高
く、次に、第１、第２の接地電極５、６が配置された部
分の電位が高く、基板１７が位置する方向の電位が最も
低くなっている。
接続されており、ウェハステージ１４には負電圧が印加
されている。従って、アノード電極４の電位が最も高
く、次に、第１、第２の接地電極５、６が配置された部
分の電位が高く、基板１７が位置する方向の電位が最も
低くなっている。
【００５５】従って、アノード電極４の下端の開口部４
９から飛び出したスパッタリング粒子は、一旦アノード
電極４の中心軸線３５方向に軌道が曲げられた後、基板
１７の方向に軌道修正され、その結果、多量のスパッタ
リング粒子が基板１７表面に垂直に入射する。
９から飛び出したスパッタリング粒子は、一旦アノード
電極４の中心軸線３５方向に軌道が曲げられた後、基板
１７の方向に軌道修正され、その結果、多量のスパッタ
リング粒子が基板１７表面に垂直に入射する。
【００５６】従来技術では、第２の接地電極６に相当す
る部材は接地されておらず、浮遊電位に置かれているた
め、基板に入射するスパッタリング粒子が少なかったの
に比べ、本発明のスパッタリング装置１０では、スパッ
タリング粒子が基板１７表面に多量に入射するため、微
細孔の開口部に形成されたオーバーハングが、垂直に入
射するスパッタリング粒子で叩かれ、微細孔の底面側に
移動する。その結果、本発明のスパッタリング装置１０
を用いて形成した薄膜は、ステップカバレッジが高くな
っている。
る部材は接地されておらず、浮遊電位に置かれているた
め、基板に入射するスパッタリング粒子が少なかったの
に比べ、本発明のスパッタリング装置１０では、スパッ
タリング粒子が基板１７表面に多量に入射するため、微
細孔の開口部に形成されたオーバーハングが、垂直に入
射するスパッタリング粒子で叩かれ、微細孔の底面側に
移動する。その結果、本発明のスパッタリング装置１０
を用いて形成した薄膜は、ステップカバレッジが高くな
っている。
【００５７】図５のグラフは、基板１７に印加するバイ
アス電圧、即ちウェハステージ１４に印加するバイアス
電圧の大きさと、基板１７に流れる入射電流の大きさ、
即ち基板１７に入射するスパッタ粒子の量との関係を示
している。ターゲット２０には、−５５０Ｖのスパッタ
電圧を印加してスパッタした。
アス電圧、即ちウェハステージ１４に印加するバイアス
電圧の大きさと、基板１７に流れる入射電流の大きさ、
即ち基板１７に入射するスパッタ粒子の量との関係を示
している。ターゲット２０には、−５５０Ｖのスパッタ
電圧を印加してスパッタした。
【００５８】符号Ｌ1で示した曲線は、本発明のスパッ
タリング装置１０場合であり、符号Ｌ2は、本発明のス
パッタリング装置１０と同じ構造のスパッタリング装置
の第１、第２の接地電極５、６を浮遊電位にした場合で
ある。本発明のスパッタリング装置１０の方が、基板１
７に入射するスパッタリング粒子の量が多いことが分か
る。
タリング装置１０場合であり、符号Ｌ2は、本発明のス
パッタリング装置１０と同じ構造のスパッタリング装置
の第１、第２の接地電極５、６を浮遊電位にした場合で
ある。本発明のスパッタリング装置１０の方が、基板１
７に入射するスパッタリング粒子の量が多いことが分か
る。
【００５９】また、本発明のスパッタリング装置１０で
は、第２の接地電極６に相当する部材が浮遊電位に置か
れている従来のスパッタリング装置に比べ、スパッタリ
ング粒子が第２の接地電極６によって軌道修正され、基
板１７の表面に垂直に入射するため、微細孔の底面に直
接到達するスパッタリング粒子の量も多く、一層ステッ
プカバレッジが向上するようになっている。
は、第２の接地電極６に相当する部材が浮遊電位に置か
れている従来のスパッタリング装置に比べ、スパッタリ
ング粒子が第２の接地電極６によって軌道修正され、基
板１７の表面に垂直に入射するため、微細孔の底面に直
接到達するスパッタリング粒子の量も多く、一層ステッ
プカバレッジが向上するようになっている。
【００６０】なお、基板１７にバイアス電圧が印加され
る際、冷却装置１５や基板台１６の側面は、第２の接地
電極６によって取り囲まれているので、冷却装置１５や
基板台１６と真空槽１２との間に異常放電が生じない。
る際、冷却装置１５や基板台１６の側面は、第２の接地
電極６によって取り囲まれているので、冷却装置１５や
基板台１６と真空槽１２との間に異常放電が生じない。
【００６１】ターゲット２０のスパッタリングを行い、
基板１７表面に所定膜厚の薄膜(ここでは銅薄膜)が形成
された後、スパッタ電源２５、バイアス電源２６、制御
電源２７を停止させ、スパッタリングを終了させ、基板
台１６内部のヒータへの通電を終了させると共に、冷却
装置１９内部の通水路２３に冷却水を流し、基板１７を
冷却する。
基板１７表面に所定膜厚の薄膜(ここでは銅薄膜)が形成
された後、スパッタ電源２５、バイアス電源２６、制御
電源２７を停止させ、スパッタリングを終了させ、基板
台１６内部のヒータへの通電を終了させると共に、冷却
装置１９内部の通水路２３に冷却水を流し、基板１７を
冷却する。
【００６２】基板１７の温度が所定温度まで低下したら
真空槽１２外部に搬出し、未処理の基板を搬入し、上記
と同じ工程によってスパッタリングを行う。
真空槽１２外部に搬出し、未処理の基板を搬入し、上記
と同じ工程によってスパッタリングを行う。
【００６３】多数枚数の基板に銅薄膜を形成した後、真
空槽１２内部をクリーニングする場合には、天板１３を
はずし、アノード電極４と第１、第２の接地電極５、６
を取り外し、洗浄する。アノード電極４は上方に持ち上
げるだけで簡単に取り外せるので、洗浄やその他のメン
テナンス作業が容易である。
空槽１２内部をクリーニングする場合には、天板１３を
はずし、アノード電極４と第１、第２の接地電極５、６
を取り外し、洗浄する。アノード電極４は上方に持ち上
げるだけで簡単に取り外せるので、洗浄やその他のメン
テナンス作業が容易である。
【００６４】以上説明したように、本発明のスパッタリ
ング装置１０によれば、ターゲット２０から飛び出した
スパッタリング粒子３０は、最初にアノード電極４によ
って、曲げられ、次に、第１、第２の接地電極５、６に
よって今度は逆方向に曲げられるので、基板１７表面に
垂直に入射しやすく、従って、高アスペクト比で微細孔
を充填することができる。
ング装置１０によれば、ターゲット２０から飛び出した
スパッタリング粒子３０は、最初にアノード電極４によ
って、曲げられ、次に、第１、第２の接地電極５、６に
よって今度は逆方向に曲げられるので、基板１７表面に
垂直に入射しやすく、従って、高アスペクト比で微細孔
を充填することができる。
【００６５】なお、以上は銅の自己放電現象を利用して
スパッタリングを行う場合を説明したが、一般に、スパ
ッタリング粒子は正電荷を有しているので、本発明は、
スパッタリングガスや反応性ガスを用いてターゲットを
スパッタリングするスパッタリング方法の全てに有効で
ある。
スパッタリングを行う場合を説明したが、一般に、スパ
ッタリング粒子は正電荷を有しているので、本発明は、
スパッタリングガスや反応性ガスを用いてターゲットを
スパッタリングするスパッタリング方法の全てに有効で
ある。
【００６６】また、上記のアノード電極４や第１、第２
の接地電極５、６は断面円形(円筒形)であったが、断面
が矩形や他の多角形のものも含まれる。また、円筒と角
筒を組合わせた物も含まれることは言うまでもない。
の接地電極５、６は断面円形(円筒形)であったが、断面
が矩形や他の多角形のものも含まれる。また、円筒と角
筒を組合わせた物も含まれることは言うまでもない。
【００６７】
【発明の効果】アノード電極と基板台の間に接地電極が
配置されているので、スパッタリング粒子の軌道が修正
され、基板表面に垂直に入射するようになる。
配置されているので、スパッタリング粒子の軌道が修正
され、基板表面に垂直に入射するようになる。
【図１】本発明の一例のスパッタリング装置
【図２】アノード電極を説明するための図
【図３】第１の接地電極を説明するための図
【図４】第２の接地電極を説明するための図
【図５】本発明のスパッタリング装置の基板への入射電
流を説明するためのグラフ
流を説明するためのグラフ
【図６】従来技術のスパッタリング装置の例
４……アノード電極 ５……第１の接地電極 ６……第２の接地電極 １０……スパッタリング装置 １２……真空槽 １６……基板台 １７……基板 ２０……ターゲット ２１……飛行空間 ３３……端子部材 ４２……フランジ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長嶋 英人 静岡県裾野市須山1220−14 日本真空技術 株式会社富士裾野工場内 Ｆターム(参考） 4K029 CA05 CA13 DC31 DC34 DC40 EA06 4M104 BB04 CC01 DD38 DD39 HH13 HH20 5F103 AA08 BB14 DD28 RR10
Claims (6)
- 【請求項１】真空槽と、前記真空槽内に配置されたター
ゲットと、 前記真空槽内で前記ターゲットに対向して配置された基
板台と、 前記ターゲットと前記基板台の間に位置する空間をスパ
ッタリング粒子が飛行する飛行空間としたときに、前記
飛行空間の前記ターゲット側の部分を取り囲むアノード
電極と、 前記飛行空間の前記アノード電極と前記基板台との間の
部分を取り囲む接地電極とを有し、 前記真空槽と前記接地電極を接地電位に接続し、前記ア
ノード電極に正電圧を印加できるように構成されたスパ
ッタリング装置。 - 【請求項２】前記基板台はウェハステージ上に配置さ
れ、前記ウェハステージには、負電圧を印加できるよう
に構成された請求項１記載のスパッタリング装置。 - 【請求項３】前記接地電極は、第１、第２の接地電極に
分割され、前記第１、第２の接地電極間には隙間が形成
された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパ
ッタリング装置。 - 【請求項４】前記ターゲットが上方に配置され、前記基
板台が、前記ターゲットの下方に配置された請求項１乃
至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置で
あって、 前記アノード電極は筒状に成形され、一方の開口端部の
外周にはフランジ部が設けられ、 前記真空槽内部には、前記真空槽とは電気的に絶縁され
た導電性の端子部材が突出され、 前記アノード電極は、前記フランジ部が前記端子部材上
に乗せられ、前記フランジ部が設けられた開口端部とは
反対側の開口部が、前記基板台に向けられたスパッタリ
ング装置。 - 【請求項５】真空槽内にターゲットを配置し、前記真空
槽を接地電位に接続し、前記ターゲットに負電圧を印加
して前記ターゲット表面近傍にプラズマを形成し、前記
ターゲットから飛び出したスパッタリング粒子を、表面
が前記ターゲットに対向して配置された基板に到達さ
せ、前記基板の表面に薄膜を形成する薄膜製造方法であ
って、 前記スパッタリング粒子が飛行する飛行空間の前記ター
ゲット付近の部分の周囲の電位を正電位にし、前記基板
付近の周囲の電位を接地電位にする薄膜製造方法。 - 【請求項６】前記基板に負のバイアス電圧を印加する請
求項５記載の薄膜製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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