JP3122421B2 - マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法 - Google Patents

マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法

Info

Publication number
JP3122421B2
JP3122421B2 JP11010674A JP1067499A JP3122421B2 JP 3122421 B2 JP3122421 B2 JP 3122421B2 JP 11010674 A JP11010674 A JP 11010674A JP 1067499 A JP1067499 A JP 1067499A JP 3122421 B2 JP3122421 B2 JP 3122421B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
film
processing chamber
plasma
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP11010674A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2000212740A (ja
Inventor
毅 日置
豊 小野塚
知正 上田
政彦 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP11010674A priority Critical patent/JP3122421B2/ja
Publication of JP2000212740A publication Critical patent/JP2000212740A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3122421B2 publication Critical patent/JP3122421B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理基板上に、導電膜、半導体膜、或いは絶縁膜を形
成するためのマグネトロンスパッタリング成膜装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】スパッタリング成膜方法は、膜の材料を
含むターゲットに電離イオンを衝突させることによりタ
ーゲットから膜材料粒子を放出させ、これを被処理基板
上に堆積成膜するための方法である。スパッタリング成
膜方法は、その成膜速度の速さや良好な膜質等の点か
ら、半導体分野において広く用いられている。
【0003】薄膜形成において、成膜される薄膜の厚さ
の分布を一定に保つ、即ち面内均一性を高くすること
は、良好なデバイス特性や安定したプロセスを得るため
に重要である。スパッタリング成膜方法により成膜され
た膜の厚さの面内分布については、計算による見積りや
その改善方法等に関して多くの技術が知られている。そ
の中でも特に、ターゲット表面の付近に磁界を形成した
マグネトロンスパッタリング成膜方法は、成膜速度の向
上と膜厚の面内均一性の向上とを同時に実現できる方法
として広く用いられている。
【0004】マグネトロンスパッタリング成膜方法によ
れば、磁界の存在のために電子がマグネトロン運動を行
い、その結果、電子のトラップ効果が得られる。このト
ラップ効果により、ターゲット表面におけるプラズマ密
度が高くなり、成膜速度を増加させることができる。ま
た、マグネトロンスパッタリング成膜方法によれば、磁
石の配置を変えて磁界を変更することにより、放電状態
の面内分布を調整することができる。即ち、磁石の配置
を最適化し、ターゲット表面のスパッタされる分布を制
御することにより、膜厚の面内均一性を向上させること
ができる。
【0005】図1は、従来の代表的な平板マグネトロン
スパッタリング成膜装置を示す概略図である。この装置
の場合、電源7によって、被処理基板W及びターゲット
Tの表面に対して直交するように下側電極4及び上側電
極6間に電界が形成される。また、上側電極6の背部に
配設された磁石8により、図2図示の如く、磁力線がタ
ーゲットTの裏から出て再びターゲットT側に戻るルー
プを描くように磁界が形成される。電界及び磁界は、協
働して、ターゲットTの中心を包囲するリング状、即ち
ドーナツ状の領域に対応してプラズマ密度が高くなるよ
うな電離状態を形成する。このドーナツ形状は、膜厚の
面内均一性を向上させるのに効果的となる。図5は、こ
のような条件で得られた膜厚の面内分布を示す図であ
り、比較的良好なものであることが分かる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マグネトロンスパッタリング成膜装置は、成膜条件の変
更に対して柔軟性に欠ける点がある。即ち、膜厚の面内
分布の補正は、磁界を形成する磁石8の配置によりほぼ
決定される。成膜条件の若干の変更に対しては、回転機
構等により磁石を可動化させて磁界方向を変化させた
り、磁界発生源として電磁石を用いて磁界密度を時間的
に変化させることにより、対応可能となる。しかしなが
ら、成膜条件が大きく変更される際は、膜厚の面内均一
性を向上させるために、磁界発生源の変更や再配置が必
要となる。
【0007】また、ドーナツ形状のプラズマ密度の高い
領域は、膜厚の面内均一性を向上させるのに効果的であ
る反面、ターゲットの消耗が激しい優先的にスパッタさ
れる部分をもたらす。換言すると、ターゲット表面上に
おける磁界の状態により、ターゲットのスパッタされる
割合の面内分布、即ち、ターゲットの消耗厚さの面内均
一性が決定されてしまう。従って、ターゲットを有効的
に消費するという観点において問題がある。
【0008】また、マグネトロンスパッタリング成膜装
置においては、電子のマグネトロン運動によりターゲッ
ト近傍に高いプラズマ密度を達成している。プラズマ密
度の制御を積極的に行う方法としては、ターゲットに投
入する電力を変化させる、或いは電磁石を採用して磁束
密度を変化させること等が考えられる。しかし、ターゲ
ットヘの投入電力によりプラズマ密度を変化させる場
合、ターゲットの脆弱性等により投入電力が制限され
る。また、ターゲット表面の磁束密度を変化させる場
合、プラズマの面内分布も同時に大きく変化することに
なり、独立にプラズマ密度のみを変化させることは難し
い。
【0009】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、成膜条件の変更に対して柔軟に
対応して、成膜膜厚の面内均一性を向上させることが可
能なマグネトロンスパッタリング成膜装置を提供するこ
とを目的とする。
【0010】本発明は、また、成膜条件の変更に対して
柔軟に対応して、ターゲットの消耗厚さの面内均一性を
向上させることが可能なマグネトロンスパッタリング成
膜装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の視点は、
基板上に膜を形成するためのマグネトロンスパッタリン
グ成膜装置であって、気密な処理室と、前記処理室内に
処理ガスを供給するためのガス供給系と、前記処理室内
を排気すると共に減圧雰囲気に設定するための排気系
と、前記処理室内に配設され且つ前記基板を支持するた
めの載置面を有する下側電極と、前記下側電極と対向す
るように前記処理室内に配設された上側電極と、前記載
置面上に支持された前記基板と対向する表面を有するよ
うに前記上側電極に取付けられた、前記膜の材料を含む
ターゲットと、前記下側電極及び前記上側電極間にRF
電力を付与することにより、前記処理室内で前記処理ガ
スをプラズマに転化するための第1電界を形成するため
の第1電源と、ここで、前記第1電界は、前記プラズマ
中のイオンを前記ターゲットの前記表面に対して引付け
ると共に衝突させることにより、前記ターゲットから前
記材料の粒子を放出させるように形成されることと、前
記ターゲットの前記表面上に前記表面に対して平行な磁
力線を中心とした磁界を形成するための磁界形成手段
と、ここで、前記第1電界と前記磁界とは、前記ターゲ
ットの前記表面の中央部に対応してプラズマ密度が高い
か或いは前記表面の全体に亘って前記プラズマ密度が実
質的に均一となるような第1電離状態を協働して形成す
るように設定されることと、前記下側電極と前記上側電
極とを結ぶ方向を軸として巻回され、且つその中心が前
記下側電極及び前記上側電極間で前記上側電極に近い位
置に配置されたコイルアンテナと、前記コイルアンテナ
の両端間にRF電力を付与することにより、前記処理室
内で前記処理ガスをプラズマに転化するための第2電界
を形成するための第2電源と、ここで、前記第2電源
は、前記第1電離状態を補正するように、前記第1電源
から独立して前記第2電界の強度を調整するように電力
値を変更可能であり、前記ターゲットの前記表面の周辺
部に対応して前記プラズマ密度を高めるように前記第1
電離状態を補正することにより、前記基板上に形成され
る前記膜の厚さの面内均一性を向上させることが可能で
あることと、を特徴とする。
【0012】本発明の第2の視点は、第1の視点の装置
において、前記コイルアンテナは、中心側が疎で、外側
ほど密となるように巻回されることを特徴とする。
【0013】本発明の第3の視点は、第1または第2の
視点の装置を使用したマグネトロンスパッタリング成膜
方法であって、前記処理室内で前記載置面上に前記基板
を載置する工程と、次に、前記処理室内を排気しながら
前記処理室内に前記処理ガスを供給することにより、前
記処理室内を所定の減圧雰囲気に設定する工程と、次
に、前記第1及び第2電界並びに前記磁界を形成するこ
とにより、前記処理ガスをプラズマに転化すると共に、
前記プラズマ中のイオンを前記ターゲットに衝突させて
前記ターゲットから前記膜の材料の粒子を放出させ、前
記粒子を前記基板上に堆積させることにより前記膜を形
成する処理工程と、を具備し、前記処理工程において、
前記第2電界は、前記ターゲットの前記表面の周辺部に
対応して前記プラズマ密度を高めるように前記第1電離
状態を補正することにより、前記基板上に形成される前
記膜の厚さの面内均一性を向上させることを特徴とす
る。
【0014】本発明の第4の視点は、第3の視点の方法
において、前記処理工程における成膜条件の設定におい
て、前記第1電源の電力値の調整により前記膜の成膜速
度の調整を行うと共に、前記第2電源の電力値の調整に
より前記膜の厚さの面内分布の調整を行うことを特徴と
する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、略同一の機能及び構成を有する構成要素について
は、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行
う。
【0016】図3は、本発明の実施の形態に係る、半導
体ウエハWを被処理基板として処理するためのマグネト
ロンスパッタリング成膜装置を示す概略図である。
【0017】本装置は、略円筒形状の真空容器11内に
形成された気密なスパッタリング室即ち処理室10を有
する。真空容器11の側壁は、表面が保護層で被覆され
た導電性材料からなり、接地線を介して接地される。
【0018】真空容器11の側壁には、スパッタリング
ガス等の処理ガスを処理室10内に供給するためのガス
供給系の供給ライン12が接続される。供給ライン12
は、開閉バルブ及び流量調整バルブ(図示せず)を介し
て処理ガスのガス源部12aに接続される。ガス源部1
2aは、アルゴン等のスパッタリングガスや酸素等の反
応性ガスを収納する複数のガス源を含み、ガス供給系
は、これ等を適当に混合して処理ガスとして処理室10
内に供給することができる。
【0019】真空容器11の底板には、排気系の排気ラ
イン13が接続される。排気ライン13は、開閉バルブ
及び流量調整バルブ(図示せず)を介して排気ポンプ1
3aに接続される。排気ポンプ13aにより、処理室1
0内を排気すると共に処理室10内を減圧雰囲気、例え
ば0.1Pa〜10Paに設定することが可能となる。
【0020】真空容器11の底板上には、処理室10内
に収納されるウエハWを載置するための水平な載置面1
4aを有するサセプタ14が配設される。サセプタ14
は平面形状がウエハWよりも幾分大きい円形をなし、こ
の上にウエハWが同軸状に、即ち中心が整一するように
載置される。サセプタ14は、加熱及び冷却機構を内蔵
し、ウエハWを所定の温度に設定することができる。サ
セプタ14は、表面が保護層で被覆された導電性材料か
らなり、接地線を介して接地されて下側電極として機能
する。
【0021】真空容器11の天板15の中心には、ター
ゲットホルダ16が処理室10に対して露出するように
配設される。ターゲットホルダ16は平面形状が円形を
なし、サセプタ14と中心が整一するように配置され
る。ターゲットホルダ16は、表面が保護層で被覆され
た導電性材料からなり、上側電極として機能する。ター
ゲットホルダ16には、整合器(図示せず)を介して、
例えば13.56MHzのRF(高周波)電力を出力可
能なRF電源17が接続される。
【0022】ターゲットホルダ16の下面には、ウエハ
W上にスパッタリングにより形成される膜の材料を含む
ターゲットTが取付けられる。ターゲットTは、その下
面が水平で且つサセプタ14の載置面14aに対して平
行に対向するように配置される。ターゲットTは、ま
た、平面形状がサセプタ14と概ね同じ径の円形をな
し、載置面14a上に載置されるウエハWと中心が整一
するように配置される。
【0023】サセプタ即ち下側電極14とターゲットホ
ルダ即ち上側電極16との間にRF電源17からのRF
電力を付与することにより、処理室10内で処理ガスを
プラズマに転化するための第1電界が形成される。第1
電界はその電気力線が概ね垂直で、プラズマ中のイオン
をターゲットTの下面に対して引付けると共に衝突させ
ることにより、ターゲットTから成膜材料の粒子を放出
させる。
【0024】真空容器11の側壁の外側で且つ概ね最上
部を囲むように複数の電磁石18が配設される。電磁石
18により、図4図示の如く、処理室10内において、
ターゲットTの下面に沿って該下面に対して平行な磁力
線を中心とした磁界が形成される。この水平な磁界は、
垂直方向の分布で見ると、ターゲットTの近傍で最も磁
束密度が高く、従って、ターゲットTの近傍で最もプラ
ズマ密度が高くなるように形成される。また、水平方向
において、上述の垂直な第1電界と水平な磁界とは、タ
ーゲットTの下面の中央部に対応してプラズマ密度が高
いか或いは同下面の全体に亘ってプラズマ密度が実質的
に均一となるような第1電離状態を協働して形成する。
【0025】電磁石18による磁界の存在のために電子
がマグネトロン運動を行い、その結果、電子のトラップ
効果が得られる。このトラップ効果により、ターゲット
Tの表面におけるプラズマ密度が高くなり、成膜速度を
増加させることができる。なお、電磁石18は、投入電
力により磁束密度が容易に変更可能であり、成膜条件の
変化に容場に対応することができる。
【0026】電磁石28は、その上面がターゲットTの
表面と略同一平面上にあり、且つその上下面間の距離
(厚さ)がターゲットTの直径の1/10以下となるよ
うに設計及び配置することが望ましい。これにより、イ
オン(ターゲットTをスパッタすることとなる)の生成
における均一性を向上させる上で、ターゲット表面上の
平行な磁界領域の厚さが最適な値となるようにすること
ができる。更に、ウエハWとターゲットTとの間を狭く
することができ、成膜速度を向上させることが可能とな
る。
【0027】処理室10内には、また、サセプタ即ち下
側電極14の中心とターゲットホルダ即ち上側電極16
の中心とを結ぶ線を軸として巻回された、ソレノイド型
のコイルアンテナ21が配設される。コイルアンテナ2
1は、サセプタ14よりも幾分大きな径を有し、また、
その垂直方向の中心はサセプタ14とターゲットホルダ
16との間でターゲットホルダ16に近い位置に配置さ
れる。コイルアンテナ21の両端には、整合器(図示せ
ず)を介して、例えば13.56MHzのRF(高周
波)電力を出力可能なRF電源22が接続される。
【0028】コイルアンテナ21は、望ましくはターゲ
ットTと同じ材料を含む(より望ましくはターゲットT
よりも耐スパッタ性が高い)材料から形成するか、或い
はこのような材料で被覆することができる。また、コイ
ルアンテナ21のターン数は図3図示の3ターンに限ら
ず、仕様に応じて自由に変更することができる。
【0029】なお、コイル電極21ヘの副生成物の付着
を防止すると共に、コイル電極21からのコンタミネー
ションを防止することが必要な場合、図3図示の如く、
保護カバー23を配設することが望ましい。例えば、保
護カバー23は、コイルアンテナ21の内周を覆うよう
に配置され、その上下端部が拡径した円筒形状をなす石
英製の保護カバーとすることができる。
【0030】保護カバー23とサセプタ14との間には
シャッタ25が配設される。シャッタ25は、ターゲッ
トTとウエハWとを完全に遮断する閉鎖状態と、ターゲ
ットTに対してウエハWを完全に露出させる開放状態と
の間で開閉可能となる。シャッタ25により、実質的な
成膜時間を決定することができる。
【0031】コイルアンテナ21の両端間にRF電源2
2からのRF電力を付与することにより、処理室10内
で処理ガスをプラズマに転化するための第2電界が形成
される。RF電源22は、前述の第1電離状態を補正す
るように、RF電源17から独立して第2電界の強度を
調整するように電力値を変更可能な可変電力電源からな
る。RF電源22を介して、ターゲットTの下面の周辺
部に対応してプラズマ密度を高めるように第1電離状態
を補正することにより、ウエハW上に形成される膜の厚
さの面内均一性を向上させることができる。
【0032】換言すれば、上下電極16、14の平行平
板型構造による第1電界のみにより得られるプラズマ密
度は、図9図示の如く、ターゲットTの中央部に対応し
て高くなるような分布を有する。これに対して、コイル
アンテナ21による第2電界のみにより得られるプラズ
マ密度は、図10図示の如く、ターゲットTの周辺部に
対応して高くなるような分布を有する。従って、第1電
界のみによる凸型のプラズマ密度の分布を、第2電界に
よる凹型のプラズマ密度の分布を利用して補正すること
で、成膜膜厚の面内均一性を向上させることができる。
【0033】なお、コイルアンテナ21近傍において、
電磁石18による磁界は、図4図示の如く、ターゲット
T側に戻るループを描くように形成される。このため、
コイルアンテナ21近傍で励起されたプラズマ中の荷電
子体は、ターゲットTに向けて収束しやすくなる。
【0034】次に、図3図示の装置を使用した成膜方法
の実施例について説明する。
【0035】代表的な強誘電体であるチタン酸ジルコン
酸鉛をターゲットTとして、ターゲットホルダ即ち上側
電極16に取付けた。ウエハWをサセプタ14上に載置
後、処理室10内の不純物等除去のために十分な排気を
行った。次に、アルゴン及び酸素を適当な割合で混合し
た処理ガスを処理室10内に導入し、調圧弁により処理
室10内の成膜圧力を調整した。ここで、使用圧力範囲
は0.1Pa〜10Paとした。
【0036】このような状態で、電磁石18により、タ
ーゲットTの表面と平行な磁界を処理室10内に発生さ
せた。また、RF電源17から13,56MHzのRF
電力をターゲットホルダ16に印加し、上下電極16、
14間に第1電界を形成した。また、RF電源22から
13,56MHzのRF電力をコイルアンテナ21に印
加し、誘導電界である第2電界を形成した。第1及び第
2電界の協働により、処理ガスを誘導及び容量結合プラ
ズマに転化した。
【0037】プラズマの安定及びターゲット表面のクリ
ーニングのため、プラズマを励起してから一定時間保持
した。次に、シャッタ25を開放し、プラズマ中のイオ
ンの衝突によりターゲットTから放出された粒子をウエ
ハW上に堆積させ、成膜を行った。成膜条件の設定にお
いて、異常放電をきたさない範囲内で磁束密度は固定
し、主にRF電源17の電力値の調整により成膜速度
を、また、主にRF電源22の電力値に調整より成膜膜
厚の面内分布を夫々調整した。面内分布の調整は、ウエ
ハW上に形成された膜の厚さの面内分布を測定しながら
行った。
【0038】図6は、上述の成膜方法において、成膜条
件を最適化した際に得られた成膜膜厚の面内分布を示す
図である。この最適条件から、RF電源22の電力値を
低くした場合は、図7に示すように、ウエハ周辺部の膜
厚が低下した。逆に、この最適条件から、RF電源22
の電力値を高くした場合は、図8に示すように、ウエハ
周辺部の膜厚が増加した。
【0039】なお、上述の成膜方法においては、電磁石
18、RF電源17、RF電源22のターンオンをこの
順で行っているが、本発明はこの手順に限られるもので
はない。また、コイルアンテナ21や磁石18の配置や
形状は、図示の態様に限られるものではない。
【0040】例えば、図11図示の変更例においては、
ソレノイド型のコイルアンテナ32が真空容器11の外
側でこれを巻回するように配設される。この構成は、既
存の装置を改造する場合に好適となること、コイルアン
テナ32ヘの副生成物の堆積がないこと、コイルアンテ
ナ32の材料に対する制限が少ないこと、メンテナンス
性に優れること、等の利点がある。しかし、逆に、真空
容器11の側壁におけるエネルギーロスが大きくなるこ
とから、これを低減する必要があり、例えば、望ましい
態様において、真空容器11の側壁は誘電体壁からな
る。
【0041】また、図12図示の変更例においては、真
空容器11内に磁石34が配設される。この構成は、真
空容器11が透磁性の劣る材料からなる場合に好適とな
る。なお、この構成の場合、磁石34が処理雰囲気に晒
されて脱ガスやスパッタリング堆積物の影響を受けるの
を避けるため、透磁性に優れた材料のカバー36で磁石
34を覆って保護するか、完全に処理雰囲気から隔離
(別室化)することが望ましい。
【0042】また、プラズマ密度の分布を最適化するた
めに、コイルアンテナの形状を変更することができる。
例えば、図13及び図14図示の変更例のコイルアンテ
ナ42は、上側に向かって導線43の巻径が次第に大き
くなるように形成される。この構成によれば、コイルア
ンテナ42による誘導電界により、ターゲットTの近傍
において、周辺部のプラズマ密度を更に上昇させること
ができる。
【0043】図15及び図16図示の変更例のコイルア
ンテナ46は、上側に向かって導線47の巻径が次第に
大きくなるだけでなく、導線47の間隔が中心付近で疎
であり外側ほど密となるように形成される。この構成に
よれば、ターゲットTの近傍において周辺部のプラズマ
密度を上昇させる効果を更に高めることができる。
【0044】なお、これらのコイルアンテナの形状はソ
レノイド型のコイルアンテナに限定されるものではな
く、様々な種類のコイルアンテナに適応可能である。例
えば、コイルアンテナを複数個用いたような構成に対し
ても応用することができる。
【0045】図17は、本発明の別の実施の形態に係る
マグネトロンスパッタリング成膜装置を示す概略図であ
る。
【0046】図17図示の装置は、図3図示の装置と比
較すると、真空容器11、ガス供給系、排気系、サセプ
タ14、ターゲットホルダ16、ターゲットT等につい
ては同一の構成を有するが、電磁石18及び3ターンの
コイルアンテナ21に代え、永久磁石52及び1ターン
のコイルアンテナ54を有する点において異なる。
【0047】永久磁石52は、図1図示の従来の装置に
おける磁石8と基本的に同じように、ターゲットホルダ
16の背部に配置される。即ち、永久磁石52により形
成される磁界は、図2図示の如く、磁力線がターゲット
Tの裏から出て再びターゲットT側に戻るループを描く
ように形成される。従って、上下電極16、14により
形成される垂直な第1電界と永久磁石52により形成さ
れる磁界とは、ターゲットTの中心を包囲するリング
状、即ちドーナツ状の領域に対応してプラズマ密度が高
くなるような第1電離状態を協働して形成する。このド
ーナツ形状は、ウエハW上に形成される膜の厚さの面内
均一性を向上させるのに効果的となる。
【0048】コイルアンテナ54は、サセプタ即ち下側
電極14の中心とターゲットホルダ即ち上側電極16の
中心とを結ぶ線を軸として巻回される。コイルアンテナ
54は、サセプタ14よりも幾分大きな径を有し、ま
た、その垂直方向の中心はサセプタ14とターゲットホ
ルダ16との間でターゲットホルダ16に近い位置に配
置される。コイルアンテナ54の両端には、整合器(図
示せず)を介して、例えば13.56MHzのRF(高
周波)電力を出力可能なRF電源22が接続される。
【0049】コイルアンテナ54は、処理室10内の雰
囲気に直接晒されるため、望ましくはターゲットTと同
じ材料を含む(より望ましくはターゲットTよりも耐エ
ロージョン性が高い)材料から形成するか、或いはこの
ような材料で被覆することができる。例えば、成膜材料
としてシリコン酸化物を使用する場合、コイルアンテナ
54として、石英からなる管状のリング内にアンテナ線
を通した構成のものを使用することができる。また、成
膜材料としてチタン酸ジルコン酸鉛を使用する場合、ア
ンテナ線を酸化チタンや酸化ジルコニウムで覆うことが
できる。
【0050】コイルアンテナ54の両端間にRF電源2
2からのRF電力を付与することにより、処理室10内
で処理ガスをプラズマに転化するための第2電界(誘導
電界)が形成される。RF電源22は、前述の第1電離
状態を補正するように、RF電源17から独立して第2
電界の強度を調整するように電力値を変更可能な可変電
力電源からなる。
【0051】例えば、成膜条件の変更に応じて、RF電
源22を介して、第1電離状態を補正することにより、
ウエハW上に形成される膜の厚さの面内均一性を向上さ
せることができる。この際、併せて、第1電離状態にお
ける局部的な高プラズマ電離状態(ドーナツ形状)を緩
和することができるため、ターゲットのスパッタされる
割合の面内分布、即ち、ターゲットの消耗厚さの面内均
一性も向上させることができる。従って、ターゲットを
有効的に消費することが可能となる。なお、コイルアン
テナ54は、ターゲットホルダ16に近い位置に配置さ
れるため、誘導及び容量結合による放電効果をターゲッ
ト側で生かすことができる。
【0052】次に、図17図示の装置を使用した成膜方
法の実施例について説明する。
【0053】シリコン酸化物をターゲットTとして、タ
ーゲットホルダ即ち上側電極16に取付けた。ウエハW
をサセプタ14上に載置後、処理室10内の不純物等除
去のために十分な排気を行った。次に、アルゴンガスを
処理室10内に導入し、調圧弁により処理室10内の成
膜圧力を調整した。ここで、使用圧力範囲は0.1Pa
〜10Paとした。
【0054】このような状態で、RF電源17から1
3,56MHzのRF電力をターゲットホルダ16に印
加し、上下電極16、14間に第1電界を形成した。ま
た、RF電源22から13,56MHzのRF電力をコ
イルアンテナ54に印加し、誘導電界である第2電界を
形成した。第1及び第2電界の協働により、処理ガスを
誘導及び容量結合プラズマに転化した。
【0055】図18は、RF電源17をターンオンし、
RF電源22をターンオフした状態で得られた成膜膜厚
の面内分布を示す。RF電源22からの電力値を増加さ
せるにつれ、成膜速度が向上すると共に、膜厚の面内分
布も変化した。このような手順で、膜厚分布が最も良好
な条件を決定することができた。
【0056】図19は、本発明の更に別の実施の形態に
係るマグネトロンスパッタリング成膜装置を示す概略図
である。
【0057】図19図示の装置は、図17図示の装置の
磁界の方向を変更した構成を有する。このため、真空容
器11の側壁の外側で且つ概ね最上部を囲むように複数
の永久磁石56が配設されると共に、ターゲットホルダ
16の背部に複数の永久磁石58が配置される。このよ
うな磁石配置によれば、図20図示の如く、磁石56と
磁石58との間で磁界を収束させたターゲット表面磁界
を得ることができる。即ち、図19図示の装置の磁界
は、図3図示の装置及び図17図示の装置の磁界の中間
の状態となる。この構成によれば、ターゲット表面に平
行な磁界成分を多くすると共に、平行平板のスパッタリ
ング方法における凸型の膜厚面内分布を多少緩和するこ
とが可能となる。
【0058】図21は、本発明の更に別の実施の形態に
係るマグネトロンスパッタリング成膜装置を示す概略図
である。
【0059】図21図示の装置は、図3図示の装置と比
較すると、真空容器11、ガス供給系、排気系、サセプ
タ14、ターゲットホルダ16、ターゲットT、電磁石
18等については同一の構成を有するが、ソレノイド型
のコイルアンテナ21に代え平坦渦巻き型のコイルアン
テナ64を有する点において異なる。
【0060】コイルアンテナ64は、真空容器11の外
側で、誘電性材料製の天井15上に配設される。コイル
アンテナ64は、サセプタ即ち下側電極14の中心とタ
ーゲットホルダ即ち上側電極16の中心とを結ぶ線を軸
として巻回される。コイルアンテナ64は、サセプタ1
4よりも幾分大きな径を有する。コイルアンテナ64の
両端には、整合器(図示せず)を介して、例えば13.
56MHzのRF(高周波)電力を出力可能なRF電源
22が接続される。
【0061】コイルアンテナ64の両端間にRF電源2
2からのRF電力を付与することにより、処理室10内
で処理ガスをプラズマに転化するための第2電界が形成
される。RF電源22は、上下電極16、14間の垂直
な第1電界と水平な磁界との協働により形成される第1
電離状態を補正するように、RF電源17から独立して
第2電界の強度を調整するように電力値を変更可能な可
変電力電源からなる。
【0062】具体的には、垂直な第1電界と水平な磁界
とは、ターゲットTの下面の中央部に対応してプラズマ
密度が高いか或いは同下面の全体に亘ってプラズマ密度
が実質的に均一となるような第1電離状態を協働して形
成する。これに対して、RF電源22及びコイルアンテ
ナ64を介して、ターゲットTの下面の周辺部に対応し
てプラズマ密度を高めるように第1電離状態を補正する
ことにより、ウエハW上に形成される膜の厚さの面内均
一性を向上させることができる。
【0063】コイルアンテナ64は、誘導結合型のプラ
ズマエッチング装置で使用されている外付けコイルアン
テナと同様に、大面積化への対応や、不純物混入防止等
の利点が得られる。しかし、エッチング装置において
は、コイルアンテナにより面内均一性の高い誘導電界を
形成するのに対して、本発明に係るコイルアンテナ64
においては、ターゲットTの下面の周辺部に対応してプ
ラズマ密度を高めるように誘導電界を形成する点で相違
する。このため、図22図示の如く、コイルアンテナ6
4は、導線65の間隔が中心付近で疎であり外側ほど密
となるように形成される。図13乃至図16を参照して
も述べたように、このようなコイルアンテナの形状の変
更を行うことにより、プラズマ密度の分布を最適化する
ことができる。
【0064】
【発明の効果】本発明に係るマグネトロンスパッタリン
グ成膜装置によれば、成膜条件の変更に対して柔軟に対
応して、成膜膜厚の面内均一性を向上させることが可能
となる。また、本発明に係るマグネトロンスパッタリン
グ成膜装置によれば、成膜条件の変更に対して柔軟に対
応して、ターゲットの消耗厚さの面内均一性を向上させ
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の代表的な平板マグネトロンスパッタリン
グ成膜装置を示す概略図。
【図2】図1または図17図示の装置において形成され
る磁界の磁力線を示す図。
【図3】本発明の実施の形態に係るマグネトロンスパッ
タリング成膜装置を示す概略図。
【図4】図3図示の装置において形成される磁界の磁力
線を示す図。
【図5】図1図示の装置の最適条件下で得られる成膜膜
厚の面内分布を示す図。
【図6】図3図示の装置の最適条件下で得られる成膜膜
厚の面内分布を示す図。
【図7】図3図示の装置において、最適条件から、コイ
ルアンテナの電源の電力値を低くした場合に得られる成
膜膜厚の面内分布を示す図。
【図8】図3図示の装置において、最適条件から、コイ
ルアンテナの電源の電力値を高くした場合に得られる成
膜膜厚の面内分布を示す図。
【図9】平行平板型構造による電界のみにより得られる
プラズマ密度を示す図。
【図10】コイルアンテナによる電界のみにより得られ
るプラズマ密度を示す図。
【図11】図3図示の装置の変更例を示す図。
【図12】図3図示の装置の別の変更例を示す図。
【図13】図3図示の装置の更に別の変更例を示す図。
【図14】図13図示の装置のコイルアンテナを示す平
面図。
【図15】図3図示の装置のコイルアンテナの別の変更
例を示す側面図。
【図16】図15図示のコイルアンテナを示す平面図。
【図17】本発明の別の実施の形態に係るマグネトロン
スパッタリング成膜装置を示す概略図。
【図18】図17図示の装置において、アンテナコイル
の電源をターンオフした状態で得られた成膜膜厚の面内
分布を示す図。
【図19】本発明の更に別の実施の形態に係るマグネト
ロンスパッタリング成膜装置を示す概略図。
【図20】図19図示の装置において形成される磁界の
磁力線を示す図。
【図21】本発明の更に別の実施の形態に係るマグネト
ロンスパッタリング成膜装置を示す概略図。
【図22】図21図示の装置のコイルアンテナを示す平
面図。
【符号の説明】
T…ターゲット W…ウエハ 10…処理室 11…真空容器 12…ガス供給ライン 13…排気ライン 14…サセプタ 16…ターゲットホルダ 17…RF電源 18…電磁石 21…コイルアンテナ 22…RF電源 23…保護カバー 25…シャッタ 52、56、58…永久磁石 54…コイルアンテナ 64…コイルアンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 政彦 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平4−346829(JP,A) 特開 平11−209873(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/285

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に膜を形成するためのマグネトロン
    スパッタリング成膜装置であって、 気密な処理室と、 前記処理室内に処理ガスを供給するためのガス供給系
    と、 前記処理室内を排気すると共に減圧雰囲気に設定するた
    めの排気系と、 前記処理室内に配設され且つ前記基板を支持するための
    載置面を有する下側電極と、 前記下側電極と対向するように前記処理室内に配設され
    た上側電極と、 前記載置面上に支持された前記基板と対向する表面を有
    するように前記上側電極に取付けられた、前記膜の材料
    を含むターゲットと、 前記下側電極及び前記上側電極間にRF電力を付与する
    ことにより、前記処理室内で前記処理ガスをプラズマに
    転化するための第1電界を形成するための第1電源と、
    ここで、前記第1電界は、前記プラズマ中のイオンを前
    記ターゲットの前記表面に対して引付けると共に衝突さ
    せることにより、前記ターゲットから前記材料の粒子を
    放出させるように形成されることと、 前記ターゲットの前記表面上に前記表面に対して平行な
    磁力線を中心とした磁界を形成するための磁界形成手段
    と、ここで、前記第1電界と前記磁界とは、前記ターゲ
    ットの前記表面の中央部に対応してプラズマ密度が高い
    か或いは前記表面の全体に亘って前記プラズマ密度が実
    質的に均一となるような第1電離状態を協働して形成す
    るように設定されることと、 前記下側電極と前記上側電極とを結ぶ方向を軸として巻
    回され、且つその中心が前記下側電極及び前記上側電極
    間で前記上側電極に近い位置に配置されたコイルアンテ
    ナと、ここで、前記コイルアンテナは、中心側が疎で、
    外側ほど密となるように巻回されることと、 前記コイルアンテナの両端間にRF電力を付与すること
    により、前記処理室内で前記処理ガスをプラズマに転化
    するための第2電界を形成するための第2電源と、ここ
    で、前記第2電源は、前記第1電離状態を補正するよう
    に、前記第1電源から独立して前記第2電界の強度を調
    整するように電力値を変更可能であり、前記ターゲット
    の前記表面の周辺部に対応して前記プラズマ密度を高め
    るように前記第1電離状態を補正することにより、前記
    基板上に形成される前記膜の厚さの面内均一性を向上さ
    せることが可能であることと、 を特徴とするマグネトロンスパッタリング成膜装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のマグネトロンスパッタリ
    ング成膜装置を使用した成膜方法であって、 前記処理室内で前記載置面上に前記基板を載置する工程
    と、 次に、前記処理室内を排気しながら前記処理室内に前記
    処理ガスを供給することにより、前記処理室内を所定の
    減圧雰囲気に設定する工程と、 次に、前記第1及び第2電界並びに前記磁界を形成する
    ことにより、前記処理ガスをプラズマに転化すると共
    に、前記プラズマ中のイオンを前記ターゲットに衝突さ
    せて前記ターゲットから前記膜の材料の粒子を放出さ
    せ、前記粒子を前記基板上に堆積させることにより前記
    膜を形成する処理工程と、 を具備し、前記処理工程において、前記第2電界は、前
    記ターゲットの前記表面の周辺部に対応して前記プラズ
    マ密度を高めるように前記第1電離状態を補正すること
    により、前記基板上に形成される前記膜の厚さの面内均
    一性を向上させることを特徴とするマグネトロンスパッ
    タリング成膜方法。
  3. 【請求項3】前記処理工程における成膜条件の設定にお
    いて、前記第1電源の電力値の調整により前記膜の成膜
    速度の調整を行うと共に、前記第2電源の電力値の調整
    により前記膜の厚さの面内分布の調整を行うことを特徴
    とする請求項2に記載のマグネトロンスパッタリング成
    膜方法。
  4. 【請求項4】基板上に膜を形成するためのマグネトロン
    スパッタリング成膜装置を使用した成膜方法であって、 前記成膜装置は、 気密な処理室と、 前記処理室内に処理ガスを供給するためのガス供給系
    と、 前記処理室内を排気すると共に減圧雰囲気に設定するた
    めの排気系と、 前記処理室内に配設され且つ前記基板を支持するための
    載置面を有する下側電極と、 前記下側電極と対向するように前記処理室内に配設され
    た上側電極と、 前記載置面上に支持された前記基板と対向する表面を有
    するように前記上側電極に取付けられた、前記膜の材料
    を含むターゲットと、 前記下側電極及び前記上側電極間にRF電力を付与する
    ことにより、前記処理室内で前記処理ガスをプラズマに
    転化するための第1電界を形成するための第1電源と、
    ここで、前記第1電界は、前記プラズマ中のイオンを前
    記ターゲットの前記表面に対して引付けると共に衝突さ
    せることにより、前記ターゲットから前記材料の粒子を
    放出させるように形成されることと、 前記ターゲットの前記表面上に前記表面に対して平行な
    磁力線を中心とした磁界を形成するための磁界形成手段
    と、ここで、前記第1電界と前記磁界とは、前記ターゲ
    ットの前記表面の中央部に対応してプラズマ密度が高い
    か或いは前記表面の全体に亘って前記プラズマ密度が実
    質的に均一となるような第1電離状態を協働して形成す
    るように設定されることと、 前記下側電極と前記上側電極とを結ぶ方向を軸として巻
    回され、且つその中心が前記下側電極及び前記上側電極
    間で前記上側電極に近い位置に配置されたコイルアンテ
    ナと、 前記コイルアンテナの両端間にRF電力を付与すること
    により、前記処理室内で前記処理ガスをプラズマに転化
    するための第2電界を形成するための第2電源と、ここ
    で、前記第2電源は、前記第1電離状態を補正するよう
    に、前記第1電源から独立して前記第2電界の強度を調
    整するように電力値を変更可能であり、前記ターゲット
    の前記表面の周辺部に対応して前記プラズマ密度を高め
    るように前記第1電離状態を補正することにより、前記
    基板上に形成される前記膜の厚さの面内均一性を向上さ
    せることが可能であることと、 を特徴とし、 前記方法は、 前記処理室内で前記載置面上に前記基板を載置する工程
    と、 次に、前記処理室内を排気しながら前記処理室内に前記
    処理ガスを供給することにより、前記処理室内を所定の
    減圧雰囲気に設定する工程と、 次に、前記第1及び第2電界並びに前記磁界を形成する
    ことにより、前記処理ガスをプラズマに転化すると共
    に、前記プラズマ中のイオンを前記ターゲットに衝突さ
    せて前記ターゲットから前記膜の材料の粒子を放出さ
    せ、前記粒子を前記基板上に堆積させることにより前記
    膜を形成する処理工程と、 を具備し、前記処理工程において、前記第2電界は、前
    記ターゲットの前記表面の周辺部に対応して前記プラズ
    マ密度を高めるように前記第1電離状態を補正すること
    により、前記基板上に形成される前記膜の厚さの面内均
    一性を向上させることと、 前記処理工程における成膜条件の設定において、前記第
    1電源の電力値の調整により前記膜の成膜速度の調整を
    行うと共に、前記第2電源の電力値の調整により前記膜
    の厚さの面内分布の調整を行うことと、 を特徴とするマグネトロンスパッタリング成膜方法。
JP11010674A 1999-01-19 1999-01-19 マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法 Expired - Lifetime JP3122421B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11010674A JP3122421B2 (ja) 1999-01-19 1999-01-19 マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11010674A JP3122421B2 (ja) 1999-01-19 1999-01-19 マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000212740A JP2000212740A (ja) 2000-08-02
JP3122421B2 true JP3122421B2 (ja) 2001-01-09

Family

ID=11756816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11010674A Expired - Lifetime JP3122421B2 (ja) 1999-01-19 1999-01-19 マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3122421B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9066004B2 (en) 2007-04-12 2015-06-23 Sony Corporation Auto-focus apparatus, image pick-up apparatus, and auto-focus method for focusing using evaluation values

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4677123B2 (ja) * 2001-05-31 2011-04-27 株式会社アルバック 高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置及び形成方法
EP1976346A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-01 Ecole Polytechnique Apparatus for generating a plasma
KR20180003249A (ko) * 2016-06-30 2018-01-09 (주)에스엔텍 고밀도 플라즈마 증착 장비
JP7034737B2 (ja) * 2018-01-25 2022-03-14 株式会社Screenホールディングス 成膜装置および成膜方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9066004B2 (en) 2007-04-12 2015-06-23 Sony Corporation Auto-focus apparatus, image pick-up apparatus, and auto-focus method for focusing using evaluation values

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000212740A (ja) 2000-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3603024B2 (ja) イオン化物理蒸着方法およびその装置
EP0983394B1 (en) Method and apparatus for low pressure sputtering
EP1187172B1 (en) Sputtering apparatus and film manufacturing method
US20170183768A1 (en) Methods and apparatus for stable substrate processing with multiple rf power supplies
KR100322330B1 (ko) 재료의 이온 스퍼터링 방법 및 장치
JP3939499B2 (ja) イオン化物理蒸着の方法および装置
US6368469B1 (en) Coils for generating a plasma and for sputtering
US6132575A (en) Magnetron reactor for providing a high density, inductively coupled plasma source for sputtering metal and dielectric films
JPH07188917A (ja) コリメーション装置
JPH10212576A (ja) スパッタリングチャンバにおける粒状物質の発生を抑制する方法
JP2011524471A (ja) 均一蒸着のための装置及び方法
JP2007042818A (ja) 成膜装置及び成膜方法
TW408358B (en) Improved inductively coupled plasma source
JP2002507661A (ja) 重複端部を有するコイルを備えるスパッタリング装置
US9611539B2 (en) Crystalline orientation and overhang control in collision based RF plasmas
JP3122421B2 (ja) マグネトロンスパッタリング成膜装置及び方法
KR101087514B1 (ko) 드라이 에칭 방법
EP0818556A1 (en) A method for providing full-face high density plasma deposition
US20140216922A1 (en) Rf delivery system with dual matching networks with capacitive tuning and power switching
JP2009062568A (ja) マグネトロンスパッタリング成膜装置
JP2002343773A (ja) プラズマ処理方法及び装置
JPH11172429A (ja) 超平滑膜の製造方法
JPH0310081A (ja) 真空放電装置
JPH0426110A (ja) 薄膜形成装置

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081020

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081020

Year of fee payment: 8

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081020

Year of fee payment: 8

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081020

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131020

Year of fee payment: 13

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term