JP2022023640A - スパッタリング処理を行う装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ターゲット粒子が基板に対して入射する角度を制限し、ターゲット粒子の指向性を制御すること。【解決手段】処理容器内に形成されたプラズマにより、ターゲットからターゲット粒子を放出させて載置台に載置された基板に付着させるスパッタリング処理を行う装置において、ターゲットの背面側に設けられたマグネットを、マグネット移動機構により移動させる。載置台とターゲットとの間に、互いに対向する２枚の規制板を設け、マグネットの移動に応じて、配置位置調節機構によりこれら規制板が配置される位置を調節する。これら規制板によって、ターゲットから放出されたターゲット粒子が載置台に載置された基板に対して入射する角度が制限され、ターゲット粒子の指向性を制御することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、スパッタリング処理を行う装置及び方法に関する。
半導体装置の製造工程においては、例えば金属膜の成膜にマグネトロンスパッタ装置が用いられている。この装置は、真空の処理容器内に成膜材料からなるターゲットを配置し、磁場と電界とを形成してフプラズマを発生させ、プラズマのイオンによりターゲットをスパッタするように構成されている。
特許文献１には、基板に対して斜めに対向するターゲットとの間に第１遮蔽部及び第２の遮蔽部を配置し、これら第１、第２遮蔽部を移動させて、基板上方の開口部の大きさを調整すると共に、第３遮蔽部を用いてターゲットの一部を覆うことが可能なスパッタ装置が記載されている。また、特許文献２には、基板と対向するようにターゲットを配置すると共に、ターゲットと基板との間に、基板の全面を覆うように、多数の貫通口を備えたコリメーターを設けたスパッタ装置が記載されている。
特開２０１６－３３２６６号公報 特開２０１７－１６６０５６号公報
本開示は、ターゲット粒子が基板に対して入射する角度を制限し、ターゲット粒子の指向性を制御することができる技術を提供する。
本開示は、
基板にスパッタリング処理を行う装置において、
基板を収容するように構成され、基板が載置される載置台を備えた処理容器と、
前記載置台に載置された基板に、その表面側を向けるように配置され、前記処理容器内に形成されるプラズマにより、前記基板に付着させるターゲット粒子を放出させるターゲットと、
前記載置台側から見て、前記ターゲットの背面側に設けられ、前記ターゲットの表面における前記プラズマの状態を調節するためのマグネットと、
前記ターゲットの背面側の中央部を挟んで設定された一方側の位置と他方側の位置との間で前記マグネットを繰り返し移動させるためのマグネット移動機構と、
前記載置台と前記ターゲットとの間に設けられ、前記ターゲットから放出された前記ターゲット粒子が前記載置台に載置された基板に対して入射する角度を制限するために、間隔を空けて互いに対向するように配置される２枚の規制板を含み、前記マグネットの移動に応じて前記２枚の規制板が配置される位置を調節する配置位置調節機構が設けられたコリメーターと、を備えたことを特徴とする。
本開示によれば、ターゲット粒子が基板に対して入射する角度を制限し、ターゲット粒子の指向性を制御することができる。
第１の実施形態に係るスパッタ装置を示す縦断側面図である。 第１の実施形態に係るスパッタ装置の一部を示す拡大平面図である。 第１の実施形態に係るスパッタ装置の一部を示す概略斜視図である。 スパッタ装置の作用を説明する縦断側面図である。 比較形態に係るスパッタ装置の作用を説明する平面図である。 比較形態に係るスパッタ装置の作用を説明する平面図である。 第１の実施形態に係るスパッタ装置の作用を説明する平面図である。 第２の実施形態に係るスパッタ装置の一部を示す概略斜視図である。 第２の実施形態に係るスパッタ装置の作用を説明する平面図である。
（第１の実施形態）
以下、本開示のスパッタリング処理を行う装置（以下、「スパッタ装置」と称する）の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、スパッタ装置の構成例を示す概略断面図であり、図２は、スパッタ装置の一部を示す平面図である。なお、添付の図面中、同一の部材の寸法や配置間隔等について適宜変更して描いている。
この例のスパッタ装置１は、基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と称する）１０の表面に例えば金属膜を形成するスパッタリング処理を行う装置として構成されている。図１中、符号１１は、例えばアルミニウム（Al）により構成され、接地された処理容器を指している。処理容器１１は、上面が開口した概略円筒状の容器である本体１２と、この本体部１２の開口を塞ぐ蓋体１３とを備える。処理容器１１は、排気路１４を介して真空排気機構である真空ポンプ１５に接続されると共に、供給ポート１６を介して不活性ガス例えばＡｒガスの供給源（図示せず）に接続されている。図１中符号１７は、本体１２の側壁１２１に形成され、ゲートバルブ１８により開閉自在に構成されたウエハ１０の搬送口を指している。
処理容器１１の内部には、ウエハ１０が水平な状態で載置される載置台２が設けられており、この載置台２は、載置台移動機構２１により、ウエハ１０を保持して横方向に移動自在に構成されている。この例の載置台移動機構２１は、載置台２を基台２２に沿って横方向（図１中、Ｘ方向）に移動させ、かつ基台２２を昇降機構２３により上下方向（図１中、Ｚ方向）に移動させるように構成されている。昇降機構２３が本体１２の底面１２２を貫通する位置には、処理容器１１の内部空間を機密に保持するためのシール機構（図示省略）が設けられている。また、図示は省略するが、載置台２には、ウエハ１０を加熱する加熱機構と、外部の搬送アーム(不図示)との間でウエハ１０の受け渡しを行うための突き上げピンと、が設けられている。
この例においては、載置台２上のウエハ１０は、成膜時に、第１の位置から第２の位置まで横方向に移動する。例えば第１の位置は、図１に実線にて示すように、ウエハ１０の左端が後述するスリット４４の左端の下方と揃う位置である。また、第２の位置は、図１に破線にて示すように、第１の位置から左に移動し、ウエハ１０の右端が前記スリット４４の右端の下方と揃う位置である。さらに、載置台２上のウエハ１０は、既述の昇降機構２３の作用により、例えば図示しない外部の搬送アームを進入させて、載置台２との間でウエハ１０の受け渡しを行うときの高さ位置と、成膜時の高さ位置との間で上下方向に昇降する。
なお、載置台移動機構２１の構成は、図１に例示したものに限られず、ウエハ１０を保持する載置台２を横方向に移動させる水平移動機構を備える構成であればよい。水平移動機構としては、例えば載置台をボールネジに螺合させ、駆動モータによりボールネジを回転駆動させる構成でもよい。また、レール上をスライドする移動体に載置台を固定し、この移動体をスライドさせる駆動機構を備える構成でもよい。このほか、プーリーベルト機構のタイミングベルトに載置台を接続し、当該タイミングベルトを駆動モータにより回転させて、載置台の接続部を水平移動させる構成など、種々の構成を採用することができる。また、前記昇降機構２３としては、垂直な昇降軸を駆動モータにより回転駆動して上下方向に移動させる構成などを採用することができる。
図１の縦断側面図に示すように、この例の蓋体１３は、処理容器１１の底面１２２と対向し、円板形状の天井部１３１を備える。天井部１３１の直径は、円形のトレー形状の本体１２の底面１２２の直径よりも小さくなるように設定されている。平面的に見て、例えば天井部１３１の中心と底面１２２の中心とは揃っており、天井部１３１の外縁と本体１２の側壁１２１の上縁との間は、蓋体１３側のテーパ状の側壁１３２を介して接続されている。
蓋体１３の側壁１３２には、例えば平面的に見て互いに対向する２箇所の位置に夫々開口部１３３、１３４が形成され、これら開口部１３３、１３４を塞ぐように夫々ターゲット電極３（３Ａ、３Ｂ）が設けられている。ターゲット電極３は、ターゲット３１の上面に、例えば銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）よりなる導電性のベース板３２を接合することにより構成されている。ターゲット３１は、処理容器１１内のプラズマにより、ウエハ１０に付着させるターゲット粒子を放出させるものである。例えばターゲット３１は、Ｔｉ（チタン）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、タングステン（Ｗ）、コバルト-鉄-ホウ素合金、コバルト-鉄合金、鉄（Ｆｅ）、タンタル（Ｔａ)、ルテニウム（Ｒｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）、プラチナマンガン（ＰｔＭｎ）等により構成される。また、ターゲット３１として、金属以外に、ＳｉＯ２などの絶縁体よりなるターゲットを用いることもできる。
ターゲット３１及びベース板３２は、夫々平面視矩形状に構成される。例えばターゲット３１は、矩形の長辺３１１が水平方向を向くように、側壁部１３２のテーパ面に沿って配置されている。また、図２に示すように、平面的に見たときに、例えば載置台２に保持されたウエハ１０の中心Ｏ１と、ターゲット３１の長辺３１１の中心Ｏ２との、前後方向（図２中、Ｙ方向）の位置が揃うように設けられる。以上の構成により、載置台２に保持されたウエハ１０から見ると、ターゲット電極３Ａ、３Ｂは、夫々のターゲット３１の表面側をウエハ１０に向け、ウエハ１０の横方向（図１中、Ｘ方向）の斜め上方に夫々傾斜して配置されている。以降、横方向をＸ方向、前後方向をＹ方向として説明する。
例えばターゲット３１の長辺３１１の長さは、図２に示すように、ウエハ１０の直径よりも大きくなるように設定されている。ベース板３２はターゲット３１と同じか、ターゲット３１よりも大きく形成され、例えば環状の絶縁部材３３を介して蓋体１２に設けられる（図１参照）。こうしてターゲット電極３Ａ、３Ｂは、処理容器１１とは電気的に絶縁された状態で処理容器１１に固定され、ターゲット電極３Ａ、３Ｂには電源部３４により直流電圧が印加されるようになっている。なお、直流電圧に代わり交流電圧を印加してもよい。
また、処理容器１１の内部には、シールド部材４が設けられている。このシールド部材４は、処理容器１の内壁へのスパッタ粒子の付着を抑えるために設けられるものであり、例えばアルミニウム若しくはアルミニウムを母材とする合金等の導電体により構成されている。この例では、シールド部材４は、第１、第２及び第３のシールド部材４１、４２、４３を備えている。
第１のシールド部材４１は、蓋体１３の内側を覆うように設けられており、ターゲット３１に対応する領域には開口部４１１、４１２が形成され、ターゲット３１の下面は、処理容器１１内に露出している。第２のシールド部材４２は、遮蔽板をなすものであり、載置台２と、後述する規制板６１、６２との間に、本体１２の底面１２２と対向するように設けられている。第２のシールド部材４２の中央には、載置台２に載置されたウエハ１０の一部を露出させる開口部であるスリット４４が形成されている。
スリット４４はターゲット粒子が通過する開口であり、図２に示すように、例えば長辺４４１がＹ方向、短辺４４２がＸ方向に夫々延びる平面視略矩形状に形成されている。つまり、スリット４４は、後述するマグネット５１、５２の移動方向に沿って長く伸びる矩形状に構成されている。この例では、平面的に見て、スリット４４の中心Ｏ３が本体１２１の底面１２２の中心と揃うように配置されている。このスリット４４は、その長辺４４１の長さはウエハ１０の直径よりも大きく、短辺４４２の長さはウエハ１０の直径よりも小さくなるように形成される。
成膜時には、スリット４４の下方を載置台２に保持されたウエハ１０が移動していくが、例えばスリット４４の中心Ｏ３の下方を、ウエハ１０の中心Ｏ１が通過するように、両者の位置関係が各々設定されている。また、載置台２上のウエハ１０が第１の位置から第２の位置まで移動することにより、ウエハ１０の全面がスリット４４を通過するように、スリット４４の形状に応じて、前記第１の位置、第２の位置が定められる。
さらに、第３のシールド部材４３は、載置台２の下方に第２のシールド部材４２と対向し、かつ載置台２と外部の搬送アームとの間のウエハ１０の受け渡しを妨げないように設けられている。これら第１～第３のシールトド部材４１～４３は、夫々例えば処理容器１１の内壁に接続されており、処理容器１１を介して接地されている。なお、図１及び図２に示す構成は例示であり、シールド部材４の構成は適宜設定可能である。
夫々のターゲット電極３Ａ、３Ｂの上部には、これらターゲット電極３Ａ、３Ｂと近接するように、マグネットユニット５（５Ａ、５Ｂ）が設けられている。図２は、図１に向かってスパッタ装置１０の右側に設けられたマグネットユニット５Ａについて、当該マグネットユニット５Ａと、スリット４４と、載置台２上のウエハ１０との配置を模式的に示している。図２では、図示の便宜上、第１及び第２のシールド部材４１、４２を纏めて描き、ベース板３２の記載は省略している。
マグネットユニット５Ａ、５Ｂは、同様に構成されているので、ここでは、マグネットユニット５Ａを例にして説明する。マグネットユニット５Ａは、例えば２個の永久磁石よりなるマグネット５１、５２と、これらマグネット５１、５２をＹ方向に移動させるマグネット移動機構５３と、を備えている。マグネット５１、５２は、ターゲット３１の表面におけるプラズマの状態を調節する機能を有するものである。図２に示すように、２個のマグネット５１、５２は同様に形成され、その外形は平面視したとき例えば略長方体形状に構成されている。
夫々のマグネット５１、５２は、磁気回路を構成する複数のマグネット素子を組み合わせて構成されている。例えばマグネット５１、５２は外形状の四辺に沿って設けられた４つのマグネット素子と、これら４つのマグネット素子と離隔して、マグネット５１、５２の中央部に設けられた１つのマグネット素子とを組み合わせて構成される。前記四辺に沿って設けられるマグネット素子のターゲット３１側の極性と、中央部に設けられるマグネット素子のターゲット３１側の極性は、互いに異なるように配置される。但し、この例は、マグネット５１、５２の構成例の一つであり、この構成に限られるものではない。
これらマグネット５１、５２は、その長辺５１１、５２１が夫々Ｘ方向、短辺５１２、５２２が夫々Ｙ方向に延び、かつ互いにＹ方向に離間して配置される。また、載置台２から見て、マグネット５１、５２が配置される領域の面積は、ターゲット３１の面積よりも小さくなるように設定される。
マグネット移動機構５３は、マグネット５１、５２を、ターゲット３１の背面側の中央部を挟んで設定された一方側の位置と他方側の位置との間で、繰り返し移動させるように構成されている。この例では、前記一方側の位置は、ターゲット３１のＹ方向の一端側、前記他方側の位置は、ターゲット３１のＹ方向の他端側として説明する。
例えばマグネット移動機構５３は、ボールネジ機構よりなり、ボールネジ５４がターゲット３１の上方側をＹ方向に沿って延びるように配置され、このボールネジ５４が各マグネット５１、５２を貫通するネジ穴に螺合される。ボールネジ５４は、マグネット５１、５２の移動領域をカバーする長さに設定され、ボールネジ５４の一端側及び他端側は夫々軸受け部５５１、５５２により回転自在に支持されている。また、ボールネジ５４の他端側には軸受け部５５２を介して駆動機構をなす駆動モータ５６が接続されている。
図２中、符号５７は、棒状のガイド部材であり、ボールネジ５４と並行に、ターゲット３１の上方側をＹ方向に延びるように設けられ、その一端側及び他端側が夫々軸受け部５８１、５８２に支持されている。例えばマグネット５１、５２を前方から見たときに、マグネット５１、５２の中央よりも載置台２寄りの位置にボールネジ５４が取り付けられ、前記中央よりも側壁１２１寄りの位置にガイド部材５７が設けられる。
２つのマグネット５１、５２は、予めＹ方向の離間距離が設定された状態でボールネジ５４及びガイド部材５７に取り付けられている。そして、駆動モータ５６を用い、ボールネジ５４が正回転及び逆回転することにより、マグネット５１、５２が互いの離間距離を維持した状態で、Ｙ方向に沿って、例えばターゲット３１のＹ方向の一端側と、他端側との間で往復移動するように構成されている。この例では、軸受け部５５１、５５２、５８１、５８２及び駆動モータ５６は、例えば蓋体１３に取り付けられている。
処理容器１１内には、夫々のターゲット３１とスリット４４との間に、夫々コリメーター６（６Ａ、６Ｂ）が設けられている。これらコリメーター６Ａ、６Ｂは、同様に構成されており、ここでは、図１、図２及び図３を参照して、図１に向かってスパッタ装置右側に設けられたコリメーター６Ａを例にして説明する。コリメーター６Ａは、間隔を開けて互いに対向するように配置される２枚の規制板６１、６２を含み、マグネット５１、５２の移動に応じて、これら規制板６１、６２が配置される位置を調節する配置位置調整機構を備えている。
規制板６１、６２は、図１、図２及び図３に示すように、夫々同様の形状に形成され、例えば前方から見たときに、細長い矩形の板状体に構成されている。規制板６１、６２は、図３に示すように、夫々の板面６１０、６２０が移動方向であるＹ方向に直交し、その長辺６１１、６２１がＺ方向、短辺６１２、６２２がＸ方向に夫々延びるように設けられている。
また、規制板６１、６２は、その板面６１０、６２０が互いにＹ方向に間隔を開けて対向するように配置される。
この例では、図２に示すように、平面的に見て、規制板６１、６２のＸ方向及びＹ方向の寸法は、夫々マグネット５１、５２のＸ方向及びＹ方向の寸法よりも小さく設定されている。また、平面的に見たときに、例えば規制板６１、６２同士の間の中央位置Ｏ４と、マグネット５１、５２同士の間の中央位置Ｏ５とのＹ方向の位置が互いに揃うように配置される。
この例の配置位置調節機構は、マグネット５１、５２の移動に追従して規制板６１、６２を移動させる規制板移動機構６３として構成される。図２及び図３に示すように、規制板移動機構６３は、例えばボールネジ機構よりなり、ボールネジ６４が移動方向であるＹ方向に沿って配置され、このボールネジ６４が各規制板６１、６２の上端側に形成されたネジ穴に螺合されている。ボールネジ６４の一端側及び他端側は夫々軸受け部６５１、６５２により、回転自在に支持されており、ボールネジ６４の他端側には軸受け部６５２を介して駆動機構をなす駆動モータ６６が接続されている。
こうして、駆動モータ６６を用い、ボールネジ６４が正回転及び逆回転することにより、コリメーター６１、６２が互いの離間距離を維持した状態で、Ｙ方向に沿って、ターゲット３１のＹ方向の一端側と他端側との間で往復移動するように構成されている。ボールネジ６４は、規制板６１、６２の移動領域をカバーする長さに設けられ、軸受け部６５１、６５２及び駆動モータ６６は、例えば第１のシールド部材４１に取り付けられている。
後述するように、マグネット５１、５２はＹ方向に移動し、この移動に応じて、規制板６１、６２が配置される位置が調節される。従って、マグネット５１、５２がＹ方向に移動しても、平面的に見たときに、マグネット５１、５２とコリメーター６１、６２との位置関係は、互いの中央位置Ｏ４、Ｏ５のＹ方向の位置が揃うように維持される。マグネット５１、５２やコリメーター６１、６２の形状や大きさ、互いの配置間隔は、成膜される膜腫や、成膜条件に応じ、適宜設定される。コリメーター６１、６２を構成する部材は、例えばセラミックスや樹脂により構成される。
以上に説明した構成を備える成膜装置１は、移動機構５３、６３の動作や、電源部３４からの電力供給動作、Ａｒガスの供給動作等を制御する制御部１００を備えている。この制御部１００は、例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなる。前記記憶部には、当該スパッタ装置１によってウエハ１０への成膜を行うために必要な制御についてのステップ(命令)群が組まれたプログラムが記憶されている。例えばプログラムには、マグネット５１、５２の移動に追従して、規制板６１、６２を移動させるように、マグネット移動機構５３、規制板移動機構６３の駆動を制御する構成が含まれる。プログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
続いて、上述の成膜装置１の作用について説明する。先ず、処理容器１１の搬送口１７を開き、図示しない外部の搬送アーム及び突き上げピンの協働作業により、載置台２にウエハ１０を載置する。次いで、搬送口１７を閉じ、成膜時の高さ位置にて載置台２を第１の位置に移動する。また、処理容器１１内にＡｒガスを導入すると共に、真空ポンプ１５により真空排気して、処理容器１１内を所定の真空度に維持する。
一方、電源部３４からターゲット電極３Ａ、３Ｂに夫々直流電圧を印加して、処理容器１１内にプラズマを形成する。ターゲット電極３Ａ、３Ｂに直流電圧を印加すると、ターゲット電極３Ａ、３Ｂの周囲に電界が生じる。この電界により加速された電子がＡｒガスに衝突することによりＡｒガスが電離し、新たな電子が発生する。その一方、マグネット５１、５２によって、当該マグネット５１、５２が位置するターゲット３１の表面に沿って磁場が形成され、ターゲット３１近傍の電界と前記磁場によって前記電子は加速される。
この加速によって十分なエネルギーを持った電子が、さらにＡｒガスと衝突し、電離を起こしてプラズマを形成し、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット３１をスパッタする。そして、マグネット５１、５２が位置するターゲット３１の表面から載置台２上のウエハ１０に向けてターゲット粒子が放射状（半球状）に放出される。載置台２上のウエハ１０とターゲット３との間には、規制板６１、６２が存在し、この規制板６１、６２により、ターゲット粒子の入射がガイドされる。そして、規制板６１、６２を通過したターゲット粒子がスリット４４を介してウエハ１０に到達して付着する。
このように、規制板６１、６２は、ターゲット３１から放射状に放出されるターゲット粒子のうち、ウエハ１０に対して予め設定した角度範囲から外れた方向からのターゲット粒子の入射を排除するために設けられる。図４は、ウエハ１０上に形成されたデバイスのパターン１０１に、ターゲット電極３Ａのターゲット３１から放出されたターゲット粒子が入射し、当該パターン１０１上に堆積する様子を模式的に示している。
このスパッタリング処理の間、マグネットユニット５Ａ、５Ｂの各々のマグネット５１、５２を、例えばターゲット３１のＹ方向の一端側と他端側との間で、数秒間で１往復する速度で繰り返し、往復移動させる。ターゲット３１の表面では、既述のように、マグネット５１、５２が存在する位置にプラズマが発生する。このため、マグネット５１、５２の移動によって、ターゲット３１の表面におけるプラズマの発生箇所が移動し、ターゲット３１の表面全体を利用してターゲット粒子を放出させることができるようにプラズマ状態が調節される。
そして、マグネット５１、５２との既述の位置関係を維持するように、マグネット５１、５２の移動に追従して、規制板６１、６２を、Ｙ方向に繰り返し、往復移動させる。これにより、後述するように、規制板６１、６２によって、ターゲット３１から放出されたターゲット粒子が載置台２上のウエハ１０に対して入射する角度が制限され、ターゲット粒子の指向性が制御される。この例におけるターゲット粒子の指向性の制御とは、ウエハ１０に対するターゲット粒子の平面で見たときの入射角度を制御するということである。
一方、ウエハ１０は、載置台移動機構２１により、第１の位置と第２の位置との間を、例えば数十秒から数分で１往復する速度でＸ方向に往復移動させる。第１の位置と第２の位置との間を移動することにより、ウエハ１０の全面がスリット４４の下方を通過するので、ウエハ１０の全面に入射角度が制限されたターゲット粒子が堆積していく。こうして、ウエハ１０の全面において、ターゲット粒子の指向性を制御した状態で、金属膜形成のためのスパッタリング処理が行われる。このように、ターゲット粒子の指向性を制御すると、例えばウエハ１０上のパターン１０１に所定の入射角範囲でターゲット粒子を入射させ、パターン１０１の一部に膜を形成するスパッタリング処理などを行うことができる。
続いて、規制板６１、６２の作用について、図５～図７を参照して説明する。図５及び図７は、平面的に見たときのマグネット５１、５２と規制板６１、６２との位置関係と、ターゲット粒子の入射角度との関係を模式的に示している。また、ウエハ１０への金属膜の堆積状態を模式的に示す平面図も併せて示す。この図では、ウエハ１０上に形成されたデバイスのパターン１０１のうち、スリット４４の中心Ｏ３に対応する位置にあるパターン１０１を示している。本例においてパターン１０１は、上面側から見たとき、矩形状の上端部を有しているものとする。なお、実際には、マグネット５１、５２が位置するターゲット３１の表面からターゲット粒子が放出されるが、図５及び図７では、ターゲット３１の図示は省略している。
図５は、規制板６１、６２の位置が固定されており、マグネット５１、５２がＹ方向に移動したときに、マグネット５１、５２と規制板６１、６２との位置関係が変化する比較形態の例を示している。図５（ｂ）では、マグネット５１、５２と規制板６１、６２とが、上述の実施形態と同様の位置関係、つまり前記中央位置Ｏ４、Ｏ５のＹ方向の位置が揃う位置関係にある。この位置関係では、マグネット５１、５２が位置するターゲット３１から放射状に放射されるターゲット粒子のうち、入射角度が小さい低入射角のターゲット粒子のみが規制板６１、６２同士の間を通過してウエハ１０に入射する。
この図に示す例における入射角度とは、平面的に見て、スリット４４の中心Ｏ３から、Ｘ方向に延びる直線Ｌ１と、前記中心Ｏ３とマグネット５１、５２とを夫々結ぶ直線Ｌ２、Ｌ３とのなす角θ１、θ２である。この場合には、入射角の狭いターゲット粒子のみがウエハ１０に入射するので、中心Ｏ３の位置に配置されたパターン１０１に対しては、ターゲット３１に対向すると共に、Ｙ方向に沿って伸びる矩形状の先端部の一端１０２に金属膜が付着する。
ここで、コリメーター６を用いた指向性制御を行う場合は、図５（ｂ）に示す角度θ１、θ２が２０度以上２５度以下の範囲に調節される。
一方、図５（ａ）は、規制板６１、６２の位置を固定して、マグネット５１、５２のみをＹ方向の一方側に位置させた場合を示す。この位置関係では、マグネット５２が位置するターゲット３１の表面から放出されたターゲット粒子は、規制板６１、６２の間を通過した、低入射角θ２のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射する。一方、マグネット５１が位置するターゲット３１の表面から放出されたターゲット粒子は、規制板６１の外側を通過した、入射角度の大きい高入射角θ１’のターゲット粒子がウエハ１０に対して斜め方向から入射する。この場合、低入射角θ２のターゲット粒子は、既述のパターン１０１の先端部の一端１０２に付着する。一方、高入射角θ１’のターゲット粒子は、パターン１０１の先端部の一方側の側方１０３に付着し、図５（ａ）に示すような形状で金属膜が堆積してしまう。
また、図５（ｃ）は、規制板６１、６２の位置を固定して、マグネット５１、５２のみをＹ方向の他方側に位置させた場合を示す。この位置関係では、マグネット５１に由来して放出されたターゲット粒子は、規制板６１、６２の間を通過した、低入射角θ１のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射する。一方、マグネット５２に由来して放出されたターゲット粒子は、規制板６２の外側を通過した、高入射角θ２’のターゲット粒子がウエハ１０に入射する。従って、図５（ｃ）に示すように、パターン１０１の一端１０２及び、パターン１０１の他方側の側方１０４に金属膜が形成される。
なお、パターン１０１の大きさや形状にもよるが、図５（ａ）、（ｂ）に示す角度θ１’、θ２’が４０度以上になると、予定外の位置に金属膜が堆積し、十分な指向性制御の効果を得られない場合がある。
図６は、図５（ａ）～（ｃ）を用いて説明した、マグネット５１、５２を移動させる一方、規制板６１、６２の位置を固定した位置関係でスパッタリング処理を行うことにより、パターン１０１に形成される金属膜を示す平面図である。マグネット５１、５２をＹ方向に往復移動させてスパッタリング処理を行うと、マグネット５１、５２と規制板６１、６２との位置関係は、図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）の状態を繰り返す。このため、マグネット５１、５２の位置によって、ターゲット粒子の入射角度にばらつきが発生し、ターゲット粒子の指向性の制御が困難となる。この結果として、図６に示すように、パターン１０１の前記一端側１０２及び、両側面１０３、１０４に金属膜が堆積した形状で、金属膜が形成されてしまう。
上述の比較形態に対し、図７は、マグネット５１、５２の移動に追従して、規制板６１、６２が移動させ、両者間において、平面的に見て前記中央位置Ｏ４、Ｏ５のＹ方向の位置が揃う位置関係が維持される実施形態を示している。図７（ａ）は、マグネット５１、５２及び規制板６１、６２がＹ方向の一方側の位置にある場合を示す。マグネット５２に由来してターゲット３１の表面から放射状に放出されるターゲット粒子は、規制板６２の存在により、低入射角θ２のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射する。
一方、マグネット５１に由来して放出されるターゲット粒子は、規制板６２の存在により、高入射角θ１’のターゲット粒子の入射が阻害される。このように、低入射角のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射するので、当該入射位置にパターン１０１の一端１０２が存在する場合には、当該一端１０２のみに金属膜が形成される。
スリット４４の中心Ｏ３を通り、スリット４４の長手方向に沿って伸ばしたスリット中心線（図７（ａ）～（ｃ）中の一点鎖線）と、規制板６１、６２の中間線Ｌ１１との交点Ｏ３１に対しては、低入射角θ１、θ２でターゲット粒子が入射する。
図７（ｂ）は、マグネット５１、５２及び規制板６１、６２が移動範囲においてＹ方向の中央位置にある場合を示す。この場合には、図５（ｂ）と同様に、規制板６１、６２の存在により、低入射角θ１、θ２のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射するので、パターン１０１の一端１０２のみに金属膜が形成される。
図７（ｃ）は、マグネット５１、５２及び規制板６１、６２がＹ方向の他方側の位置にある場合を示す。マグネット５１に由来して放出されるターゲット粒子は、規制板６１の存在により、低入射角θ１のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射する。一方、マグネット５２に由来して放出されるターゲット粒子は、規制板６１の存在により、高入射角θ２’のターゲット粒子の入射が阻害される。従って、低入射角のターゲット粒子のみがウエハ１０に入射するので、パターン１０１の一端１０２のみに金属膜が形成される。
また、スリット中心線と、規制板６１、６２の中間線Ｌ１２との交点Ｏ３２に対しては、低入射角θ１、θ２でターゲット粒子が入射する。
この例では、マグネット５１、５２の移動に追従して、規制板６１、６２を移動させているので、ウエハ１０への高入射角のターゲット粒子の入射角度が阻害される。この結果、対向する規制板６１、６２の間以外の空間を通ってウエハ１０に入射するターゲット粒子の指向性も制御することができる。
この実施形態によれば、マグネット５１、５２の移動に応じて、規制板６１、６２が配置される位置を調節することにより、ターゲット粒子の入射角度を制限し、ターゲット粒子の指向性を制御することができる。また、規制板６１、６２が配置される位置の調節を、規制板移動機構６３により、マグネット５１、５２の移動に追従して、２枚の規制板６１、６２を移動させることにより実施している。このため、ターゲット粒子の指向性の制御を、装置の増大や複雑化を抑えた、簡易な構成で実現することができる。
一般的に、マグネトロンスパッタ装置におけるターゲット粒子の指向性の制御は、規制板の数を増やした、例えばハニカム構造の規制部材を設ける構成や、ターゲットとウエハ１０との離間距離を増大させる構成により実現可能である。しかしながら、これらの構成は、構造の複雑化や、装置の増大化を招くため得策ではなく、本開示のように、装置のフットプリントを維持したまま、簡易な構成でターゲット粒子の指向性の制御を実現できる構成は有用である。
また、マグネット５１、５２を移動させることにより、マグネット５１、５２の移動に伴ってターゲット３１表面の放電部位が移動するので、ターゲット３１の利用効率を向上させることができる。この例では、ターゲット３１に比べて面積が小さいマグネット５１、５２を移動させることにより、ターゲット３１の全面から放電させることができるので、安価な構成でターゲット３１の利用効率を向上でき、有効である。さらに、ターゲット３１の放電部位を移動させることによって、ウエハ１０全面に対して均一に、目的の金属膜を形成することができる。
（第２の実施形態）
続いて、本開示のスパッタ装置の第２の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。この例では、コリメーター８Ａ、８Ｂ（８Ｂは図示省略）が例えば４枚の規制板８１～８４を備え、マグネット５１、５２の移動に対応して、４枚のうちの２枚の規制板を規制位置に移動するように構成されている。コリメーター８Ａ、８Ｂの配置箇所や、コリメーター８Ａ、８Ｂ以外の構成部材については、図１、図２を用いて説明した第１の実施形態と同様に構成されている。図８及び図９において、第１の実施形態と同様の構成部材については同符号を付し、重複する説明を省略する。
４枚の規制板８１～８４は、例えば第１の実施形態の規制板６１、６２と同様の形状及び大きさに形成される。これら規制板８１～８４は、互いに離隔して配置され、配置位置調節機構８５により、載置台２とターゲット３１との間の規制位置と、この規制位置から退避した退避位置との間で移動自在に構成されている。図８では、規制板８２、８３が規制位置にあり、規制板８１、８４が退避位置にある様子を示している。図９は、マグネット５１、５２と規制板８１～８４との位置関係を模式的に示す平面図であるが、規制位置にある規制板を実線にて、退避位置にある規制板を破線にて夫々示している。
配置位置調節機構８５は、夫々の規制板８１、８２、８３、８４に固定して設けられた水平な回転軸８５１、８５２、８５３、８５４と、これら回転軸８５１、８５２、８５３、８５４に夫々設けられた駆動モータ（図示省略）と、を備えている。この配置位置調節機構８５は、制御部１００からの指令に基づき、マグネット５１、５２の移動に対応して、各々の駆動モータを回転させる。この動作により、４枚の規制板８１～８４から隣り合う２枚の規制板を規制位置に移動させ、残りの規制板を退避位置に移動させるように構成されている。この例では、規制位置は、スリット４４とターゲット３１との間において、例えば規制板８１～８４の長辺が載置台２上のウエハ１０に対して略直交する位置である。また、退避位置は、規制板８１～８４が規制位置からターゲット３１とは逆の方向であるスリット４４側に回転移動して、載置台２とターゲット３１との間から外れた位置である。
続いて、各マグネットユニット５Ａ、５Ｂのマグネット５１、５２の移動範囲と、規制位置にある規制板８１～８４の配置について、図９を参照して説明する。マグネット５１、５２が移動する移動範囲は例えば３つの分割区間９１～９３に区分けされる。既述のように、マグネット５１、５２は例えばターゲット３１の一端側（図９（ａ）に示す位置）と他端側（図９（ｃ）に示す位置）との間を往復移動する。そして、平面的に見たときに、図９（ａ）に示すように、前記一端側のマグネット５１、５２に対応する位置に、規制位置にある規制板８１、８２が夫々配置される。また、平面的に見たときに、図９（ｃ）に示すように、前記他端側のマグネット５１、５２に対応する位置に、規制位置にある規制板８３、８４が夫々配置される。
図９を参照して説明を続けると、この例では、マグネット５１、５２は、平面的に見てＹ方向の一端側の位置Ｐ１と他端側の位置Ｐ２との間を移動するので、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間がマグネット５１、５２の移動範囲となる。また、移動範囲の中央位置、この例ではスリット４４の中心Ｏ３に対応するＹ方向の位置を位置Ｐ３とする。この構成では、第１の分割区間９１は、前記位置Ｐ１から位置Ｐ３までの区間に設定され、第３の分割区間９３は、前記位置Ｐ２から位置Ｐ３までの区間に設定される。
また、例えば規制位置にある規制板８１と規制板８２とのＹ方向の中央位置を位置Ｐ４、規制位置にある規制板８３と規制板４４とのＹ方向の中央位置を位置Ｐ５とする。第２の分割区間９２は、位置Ｐ４から位置Ｐ５までの区間に設定される。このように第１の分割区間９１と第２の分割区間９２は互いに重複しており、第２の分割区間９２と第３の分割区間９３は互いに重複している。
こうして、規制板８１～８４は、各分割区間９１～９３に対応付けて配置される。例えば規制板８１、８２が第１の分割区間９１、規制板８２、８３が第２の分割区間９２、規制板８３、８４が第３の分割区間９３に対応付けて配置される。そして、配置位置調節機構８５は、移動するマグネット５１、５２が分割区間の１つを移動している期間中、当該分割区間に対応付けられた２枚の規制板を規制位置に移動させ、他の規制板を退避位置に移動させるように構成されている。
具体的に説明すると、図９（ｂ）は、マグネット５１、５２が第２の分割区間９２を移動し、これに対応して、規制板８２、８３を規制位置に移動させると共に、残りの規制板８１、８４を退避位置に移動させる例を示す。この位置からマグネット５１、５２を第１の分割区間９１側に移動させると、例えばマグネット５１が第２の分割区間９２を出るタイミングで、規制板８１を規制位置に移動させると共に、規制板８３を退避位置に移動させる。こうして、図９（ａ）に示すように、マグネット５１、５２が第１の分割区間９１を移動するときには、規制板８１、８２が規制位置に移動し、規制板８３、８４が退避位置に移動した状態になる。
また、図９（ｂ）に示す位置から、マグネット５１、５２を第３の分割区間９３側に移動させる。この場合には、例えばマグネット５２が第２の分割区間９２を出るタイミングで、規制板８４を規制位置に移動させると共に、規制板８２を退避位置に移動させる。こうして、マグネット５１、５２が第３の分割区間９３を移動するときには、規制板８３、８４が規制位置に移動した状態になる。
この例では、マグネット５１、５２が第１の分割区間９１を移動している期間中は、規制板８１、８２によりターゲット粒子の入射角度が制限され、図９（ａ）に示すように、低入射角θ２のターゲット粒子がウエハ１０に入射する。また、マグネット５１、５２が第２の分割区間９２を移動している期間中は、規制板８２、８３によりターゲット粒子の入射角度が制限され、図９（ｂ）に示すように、低入射角θ１、θ２のターゲット粒子がウエハ１０に入射する。さらに、マグネット５１、５２が第３の分割区間９３を移動している期間中は、規制板８３、８４によりターゲット粒子の入射角度が制限され、図９（ｃ）に示すように、低入射角θ１のターゲット粒子がウエハ１０に入射する。
従って、この実施形態においても、第１の実施形態と同様に、マグネット５１、５２の移動に応じて、規制板６１、６２が配置される。このため、装置のフットプリントの増大や複雑化を抑えた簡易な構成で、ターゲット粒子の入射角度を制限し、ターゲット粒子の指向性を制御することができる。なお、この実施形態は、目的とする成膜処理によって、スパッタリング処理の間に、全ての規制板８１～８４を退避位置に配置して処理を行う期間を設ける場合も含まれる。
さらに、第２の実施形態の変形例（不図示）について説明する。この例は、第１～第３の分割区間毎に２枚の規制板を用意し、配置位置調節機構により、マグネットの移動に対応して、２枚の規制板を規制位置に配置し、残りの規制板を退避位置に配置するように構成されている。例えば配置位置調節機構は、６枚の規制板に共通の回転軸と、回転軸を回転させる駆動モータとにより構成される。６枚の規制板は、第１～第３の分割区間毎に、回転軸の長さ方向（Ｙ方向）の対応する位置に、かつ回転軸の周方向の位置を変えて固定される。例えば回転軸の周方向の位置は、周方向に１２０度ずつずれた位置に設定される。
そして、マグネットが第１の分割区間に移動している期間中は、第１の分割区間に対応して設けられた２枚の規制板を規制位置に配置する。これにより、第２の分割区間に対応して設けられた２枚の規制板は、例えば規制位置から時計回りに２４０度離れた退避位置に退避する。また、第３の分割区間に対応して設けられた２枚は前記規制位置から時計回りに１２０度離れた退避位置に退避する。なお、これら退避位置に退避した２枚の規制板が、載置台とターゲットとの間のから外れた位置になるように、規制板やターゲットの大きさ、配置位置が設定される。
次いで、マグネットが第１の分割区間から第２の分割区間に移動している期間中は、回転軸を時計回りに１２０度回転させ、第２の分割区間に対応して設けられた２枚の規制板を規制位置に配置する。これにより、第３の分割区間に対応する規制板は、規制位置から時計回りに２４０度離れた退避位置、第１の分割区間に対応する規制板は規制位置から時計回りに１２０度離れた退避位置に夫々退避する。
さらに、マグネットが第２の分割区間から第３の分割区間に移動している期間中は、回転軸を時計回りに１２０度回転させ、第３の分割区間に対応して設けられた２枚の規制板を規制位置に配置する。これにより、第１の分割区間に対応する規制板は、規制位置から時計回りに２４０度離れた退避位置、第２の分割区間に対応する規制板は規制位置から時計回りに１２０度離れた退避位置に夫々退避する。こうような構成であっても、マグネットの移動に応じて規制板が配置されるので、ターゲット粒子の入射角度を制限し、ターゲット粒子の指向性を制御することができる。
以上において、マグネットユニットに設けられるマグネットの個数は、２個に限らず、１個でもよいし、３個以上であってもよい。また、規制板は２枚に限らず、３枚以上であってもよい。例えばマグネットを３個設ける場合は、マグネットの移動に応じて３枚の規制板を配置するようにしてもよい。
さらに、上述の実施形態では、マグネットは、ターゲットの背面側において、前後方向（図２中、Ｙ方向）の一方側の位置と他方側の位置との間で移動させたが、マグネットの移動方向はこの方向に限らない。載置台に対して斜めに設けられたターゲットに沿って、平面視横方向（図２中、Ｘ方向）の一方側の位置と他方側の位置との間で移動させるようにしてもよい。
この場合においても、開口部であるスリットは、例えばマグネットの移動方向に沿ったＸ方向に延び、ウエハＷはＹ方向に移動される。また、規制板は、マグネットとスリットの間において、マグネットの移動に応じて配置される。従って、第１の実施形態の構成では、規制板はマグネットの移動方向に沿って移動するように構成される。また、第２の実施形態では、マグネットの移動方向に沿って規制板を配列し、マグネットの移動に応じて２枚の規制板が規制位置に移動するように構成される。また、マグネットは、ターゲットの背面側の中央部を挟んで設定された一方側の位置と他方側の位置との間で移動させればよい。例えばこれらの位置は、移動方向におけるターゲットの背面側の一端及び他端から夫々中央部に寄った位置であってもよい。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１０ 半導体ウエハ（基板）
１１ 処理容器
２ 載置台
３１ ターゲット
５１、５２ マグネット
５３ マグネット移動機構
６Ａ、６Ｂ コリメーター
６１、６２ 規制板

Claims (10)

  1. 基板にスパッタリング処理を行う装置において、
    基板を収容するように構成され、基板が載置される載置台を備えた処理容器と、
    前記載置台に載置された基板に、その表面側を向けるように配置され、前記処理容器内に形成されるプラズマにより、前記基板に付着させるターゲット粒子を放出させるターゲットと、
    前記載置台側から見て、前記ターゲットの背面側に設けられ、前記ターゲットの表面における前記プラズマの状態を調節するためのマグネットと、
    前記ターゲットの背面側の中央部を挟んで設定された一方側の位置と他方側の位置との間で前記マグネットを繰り返し移動させるためのマグネット移動機構と、
    前記載置台と前記ターゲットとの間に設けられ、前記ターゲットから放出された前記ターゲット粒子が前記載置台に載置された基板に対して入射する角度を制限するために、間隔を空けて互いに対向するように配置される２枚の規制板を含み、前記マグネットの移動に応じて前記２枚の規制板が配置される位置を調節する配置位置調節機構が設けられたコリメーターと、を備えた、装置。
  2. 前記配置位置調節機構は、前記マグネットの移動に追従して前記２枚の規制板を移動させる規制板移動機構として構成される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記マグネットが移動する移動範囲を３つ以上の分割区間に区分けしたとき、前記コリメーターは、各分割区間に対応付けて配置され、前記載置台と前記ターゲットとの間の規制位置と、当該規制位置から退避した退避位置との間で移動自在に構成された３枚以上の前記規制板を備えることと、
    前記配置位置調節機構は、移動する前記マグネットが前記区分けされた分割区間の１つを移動している期間中、当該分割区間に対応付けられた２枚の前記規制板を前記規制位置に移動させ、残る他の規制板を前記退避位置に移動させるように構成されることと、を含む、請求項１に記載の装置。
  4. 前記載置台と前記規制板との間に設けられ、前記載置台に載置された基板の一部を露出させる開口部が形成された遮蔽板と、
    前記ターゲット側から見て、前記載置台に載置された基板の全面が前記開口部を通過するように前記遮蔽版の下方側にて前記載置台を横方向へ移動させる載置台移動機構と、を備えた、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の装置。
  5. 前記ターゲットの背面側には、前記マグネットが２つ設けられ、前記コリメーターに設けられた２枚の規制板は、これら２つのマグネットを用いて前記ターゲットから放出されるターゲット粒子の前記入射角度の制限を並行して実施する、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。
  6. 基板にスパッタリング処理を行う方法において、
    処理容器内に設けられた載置台に基板を載置する工程と、
    前記処理容器内にプラズマを形成し、ターゲットの表面側より、前記載置台に載置された前記基板に向けてターゲット粒子を放出させて当該基板に付着させる工程と、
    前記ターゲットの表面における前記プラズマの状態を調節するために、前記載置台側から見て前記ターゲットの背面側に設けられたマグネットを、当該ターゲットの背面側の中央部を挟んで設定された一方側の位置と他方側の位置との間で繰り返し移動させる工程と、
    前記載置台と前記ターゲットとの間に設けられ、間隔を空けて互いに対向するように配置される２枚の規制板を含むコリメーターを用い、前記マグネットの移動に応じて前記２枚の規制板が配置される位置を調節しながら、前記ターゲットから放出された前記ターゲット粒子が前記載置台に載置された前記基板に対して入射する角度を制限する工程とを有する、方法。
  7. 前記２枚の規制板が配置される位置の調節は、前記マグネットの移動に追従して前記２枚の規制板を移動させることにより実施する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記マグネットが移動する移動範囲を３つ以上の分割区間に区分けしたとき、前記コリメーターは、各分割区間に対応付けて配置され、前記載置台と前記ターゲットとの間の規制位置と、当該規制位置から退避した退避位置との間で移動自在に構成された３枚以上の前記規制板を備えることと、
    前記２枚の規制板が配置される位置の調節は、移動する前記マグネットが前記区分けされた分割区間の１つを移動している期間中、当該分割区間に対応付けられた２枚の前記規制板を前記規制位置に移動させ、残る他の規制板を前記退避位置に移動させることにより実施する、請求項６に記載の方法。
  9. 前記載置台と前記規制板との間に、前記載置台に載置された基板の一部を露出させる開口部が形成された遮蔽板が設けられ、前記ターゲット側から見て、前記載置台に載置された基板の全面が前記開口部を通過するように前記遮蔽版の下方側にて前記載置台を横方向へ移動させる工程を有する、請求項６ないし８のいずれか一つに記載の方法。
  10. 前記ターゲットの背面側には、前記マグネットが２つ設けられ、前記ターゲット粒子が入射する角度を制限する工程では、前記コリメーターに設けられた２枚の規制板が、これら２つのマグネットを用いて前記ターゲットから放出されるターゲット粒子の前記入射角度の制限を並行して実施する、請求項６ないし９のいずれか一つに記載の方法。
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