JP5373904B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理体の表面に被膜を形成するために用いられる成膜装置に関し、特に、薄膜形成方法の一種であるスパッタリング法を用いたＤＣマグネトロン方式の成膜装置に関する。
本願は、２００９年７月１７日に出願された特願２００９−１６９４４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、例えば、半導体デバイスの製作における成膜工程においては、スパッタリング法を用いた成膜装置（以下、「スパッタリング装置」という。）が用いられている。
このような用途のスパッタリング装置においては、近年の配線パターンの微細化に伴い、処理すべき基板全面に、深さと幅の比が３を超えるような高アスペクト比の微細ホールに対して良好な被覆性で被膜を成膜することができること、即ち、カバレッジの向上が強く要求されている。

一般に、上記のスパッタリング装置においては、例えば、ターゲットの後方（ターゲットにおいてスパッタ面とは反対側）に、極性を交互に異ならせた複数の磁石によって構成された磁石組立体が配置されている。この磁石組立体により、ターゲットの前方（スパッタ面が露出される空間）にトンネル状の磁場を発生させ、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲットの前方における電子密度を高め、プラズマ密度を高くしている。

このようなスパッタリング装置では、ターゲットのうち上記磁場の影響を受ける領域が優先的にスパッタリングされる。このため、放電の安定性又はターゲットの使用効率の向上等の観点から、上記領域が、例えば、ターゲット中央付近に存在すると、スパッタリングの際のターゲットのエロージョン量はその中央付近で多くなる。
このような場合、ターゲットからスパッタリングされたターゲット材粒子（例えば、金属粒子、以下、「スパッタ粒子」という）が基板の鉛直方向に対して傾斜した角度で入射して基板の外周部に付着する。
その結果、スパッタリング装置を上記用途の成膜工程に用いた場合には、特に、基板の外周部において非対称なカバレッジが形成されるという問題が従来から知られている。即ち、基板の外周部に形成された微細ホールの断面において、微細ホールの底部と一方の側壁との間に形成された被膜の形状と、その底部と他方の側壁との間に形成された被膜の形状とが異なってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、真空チャンバ内で基板が載置されるステージの上方にステージの表面と略平行に第１スパッタリングターゲットが配置され、更にステージの斜め上方でステージ表面に対して斜め方向に向く第２のスパッタリングターゲットが配置されたスパッタリング装置、つまり、複数のカソードユニットを備えた装置が、例えば、特許文献１で知られている。

しかしながら、上記特許文献１に記載されているように複数のカソードユニットを真空チャンバ内に配置すると、装置構成が複雑となり、また、ターゲットの数に応じたスパッタ電源又は磁石組立体が必要になる等、部品点数が増え、コストが増加する不具合がある。更に、ターゲットの使用効率も悪くなり、製造コストが増加する不具合もある。

特開２００８−４７６６１号公報

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、基板に形成された高アスペクト比のホール，トレンチ，又は微細パターンに対して高い被覆性で被膜を形成し、かつ、基板外周部においても基板の中央部と同レベルの被覆性を確保できる成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様の成膜装置は、成膜面を有する被処理体とスパッタ面を有するターゲット（被膜の母材）とが対向するように前記被処理体及び前記ターゲットの両方が配置（収納）される内部空間を有するチャンバと、前記チャンバ内を減圧する排気部と、前記スパッタ面が露出される前記内部空間（スパッタ面の前方）に磁場を発生させる第１磁場発生部と、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入部と、前記スパッタ面の全面と前記被処理体の前記成膜面の全面との間に垂直な磁力線が通るように垂直磁場を発生させる第２磁場発生部と、前記第２磁場発生部から見て前記ターゲットよりも上流側に配置された第３磁場発生部とを含む。

本発明の第１態様の成膜装置においては、前記第２磁場発生部は、Ｉ（２ｕ）で定義された電流値が印加されて前記ターゲットに近い位置（ターゲット近傍）に配置された第１発生部と、Ｉ（２ｄ）で定義された電流値が印加されて前記被処理体に近い位置（被処理体近傍）に配置された第２発生部とを有し、前記第３磁場発生部には、Ｉ（３）で定義された電流が印加され、
関係式Ｉ（２ｕ）＝Ｉ（２ｄ）・・・（Ａ１）が満たされ、
関係式Ｉ（２ｕ）＜Ｉ（３）又は関係式Ｉ（２ｄ）＜Ｉ（３）・・・（Ａ２）
が満たされることが好ましい。

本発明の第１態様の成膜装置においては、前記第２磁場発生部は、Ｉ（２ｕ）で定義された電流値が印加されて前記ターゲットに近い位置（ターゲット近傍）に配置された第１発生部と、Ｉ（２ｄ）で定義された電流値が印加されて前記被処理体に近い位置（被処理体近傍）に配置された第２発生部とを有し、前記第３磁場発生部には、Ｉ（３）で定義された電流が印加され、
関係式Ｉ（２ｄ）＝Ｉ（３）・・・（Ｂ１）が満たされ、
関係式Ｉ（２ｕ）＝０・・・（Ｂ２）
が満たされることが好ましい。

本発明の第２態様の成膜装置は、成膜面を有する被処理体とスパッタ面を有するターゲット（被膜の母材）とが対向するように前記被処理体及び前記ターゲットの両方が配置（収納）される内部空間を有するチャンバと、前記チャンバ内を減圧する排気部と、前記スパッタ面が露出される前記内部空間（スパッタ面の前方）に磁場を発生させる第１磁場発生部と、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入部と、前記スパッタ面の全面と前記被処理体の前記成膜面の全面との間に垂直な磁力線が通るように垂直磁場を発生させる第２磁場発生部と、前記第２磁場発生部から見て前記被処理体よりも下流側に配置された第４磁場発生部とを含む。

本発明の成膜装置は、ターゲットのスパッタ面が露出される前記内部空間に磁場を発生させる第１磁場発生部と、ターゲットのスパッタ面の全面及び前記被処理体の被成膜面の全面との間に所定の間隔で垂直な磁力線が通るように垂直磁場を発生させる第２磁場発生部とを備え、更に、第２磁場発生部から見てターゲットより上流側に設けられた第３磁場発生部を有する。これによって、垂直な磁力線がターゲットを通過し、ターゲットに近い位置を飛散している（ターゲット近傍）のスパッタ粒子は被処理体に向けて効果的に誘導される。
これによって、被処理体上に形成されている高アスペクト比のホール，トレンチ，又は微細パターンに対して高い被覆性で被膜を形成することができる。更に、被処理体の中央部における被覆性と同じレベルの被覆性で被処理体の外周部に被膜を形成することができる。また、処理体の外周部において非対称なカバレッジが形成されるという問題が解消される。即ち、基板の外周部に形成された微細ホールの断面において、微細ホールの底部と一方の側壁との間に形成された被膜の形状と、その底部と他方の側壁との間に形成された被膜の形状とが異なってしまうという問題が解消される。

本発明に係る成膜装置の構造を模式的に示す断面図である。 本発明に係る成膜装置において垂直磁場を発生させた状態を示す模式図である。 本発明に係る成膜装置において垂直磁場を発生させた状態を示す模式図である。 基板上に成膜された高アスペクト比の微細ホール及びトレンチの構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明に係る成膜装置の実施形態について、図面に基づき説明する。
また、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。

図１に示すように、成膜装置１は、ＤＣマグネトロンスパッタリング方式の成膜装置であり、真空雰囲気の生成が可能な真空チャンバ２（チャンバ）を備える。
真空チャンバ２の天井部には、カソードユニットＣが取り付けられている。
なお、以下の説明においては、真空チャンバ２の天井部に近い位置を「上」と称し、真空チャンバ２の底部に近い位置を「下」と称する。

カソードユニットＣは、ターゲット３を備え、ターゲット３はホルダ５に取り付けられている。
更に、カソードユニットＣは、ターゲット３のスパッタ面（下面）３ａが露出される空間（スパッタ面３ａの前方）にトンネル状の磁場を発生する第１磁場発生部４を備える。
ターゲット３は、処理すべき基板Ｗ（被処理体）に形成される薄膜の組成に応じて適宜選択された材料、例えば、Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｌ，又はＴａで構成されている。
ターゲット３の形状は、処理すべき基板Ｗの形状に対応させて、スパッタ面３ａの面積が基板Ｗの表面積より大きくなるように、公知の方法で所定形状（例えば、平面図において円形）に作製されている。
また、ターゲット３は、公知の構造を有するＤＣ電源９（スパッタ電源、直流電源）に電気的に接続され、所定の負の電位が印加される。

第１磁場発生部４は、ホルダ５においてターゲット３（スパッタ面３ａ）が配置される位置とは反対の位置（上側、ターゲット３又はホルダ５の背面側）に配置されている。
第１磁場発生部４は、ターゲット３に平行に配置されたヨーク４ａと、ヨーク４ａの下面に設けられた磁石４ｂ，４ｃとから構成されている。
ターゲット３に近い位置に配置された磁石４ｂ，４ｃの先端の極性が交互に異なるように、磁石４ｂ，４ｃは配置されている。
磁石４ｂ，４ｃの形状又は個数は、放電の安定性又はターゲットの使用効率の向上等の観点から、スパッタ面３ａが露出される空間（ターゲット３の前方）に形成される磁場（磁場の形状又は分布）に応じて適宜選択される。
磁石４ｂ，４ｃの形状としては、例えば、薄片形状，棒形状，又はこれら形状が適宜組み合わされた形状が採用されてもよい。
また、第１磁場発生部４に移動機構が設けられてもよく、移動機構によって第１磁場発生部４がターゲット３の背面側において往復運動又は回転運動してもよい。

真空チャンバ２の底部には、ターゲット３に対向するようにステージ１０が配置されている。
ステージ１０上には基板Ｗが搭載され、ステージ１０によって基板Ｗの位置が決定され、基板Ｗが保持される。
また、真空チャンバ２の側壁には、アルゴンガス等のスパッタガスを導入するガス管１１（ガス導入部）の一端が接続されており、ガス管１１の他端はマスフローコントローラ（不図示）を介してガス源に連通している。
更に、真空チャンバ２には、ターボ分子ポンプ又はロータリポンプ等からなる真空排気部１２（排気部）に通じる排気管１２ａが接続されている。

図３は、成膜装置１を用いて被膜が形成される基板の一部を示しており、基板上に成膜された高アスペクト比の微細ホール及びトレンチの構造を模式的に示す断面図である。図３において、符号Ｈは高アスペクト比の微細ホールであり、符号Ｌは基板上に成膜された薄膜である。成膜処理すべき基板Ｗにおいては、Ｓｉウエハ表面にシリコン酸化物膜（絶縁膜）Ｉが形成された後、このシリコン酸化物膜中に高アスペクト比の微細ホールＨがパターニングによって形成されている。

ところで、従来の成膜方法においては、ターゲット３をスパッタリングすると、ターゲット３のうち第１磁場発生部４により発生する磁場の影響を受ける領域が優先的にスパッタリングされ、このスパッタリングによってターゲット材粒子であるスパッタ粒子が飛散する。この場合、ターゲットにおいては、上記のように磁場の影響を受ける領域にエロージョンが生じる。また、ターゲットから飛散したスパッタ粒子は、基板Ｗの鉛直方向に対して傾斜した角度で基板Ｗの外周部に入射し、基板Ｗに付着する。

このような従来の成膜方法によってターゲット３をスパッタリングすることにより基板ＷにＡｌ又はＣｕからなるシード層、又はＴｉまたはＴａからなるバリアメタル層等の薄膜Ｌを成膜すると、基板Ｗの外周部に位置する微細ホールにおいて非対称なカバレッジが形成されるという問題が生じる。即ち、基板Ｗの鉛直方向に対して傾斜した角度でスパッタ粒子が基板Ｗの外周部に入射して付着することにより、基板の外周部に形成された微細ホールの断面において、微細ホールの底部と一方の側壁との間に形成された被膜の形状と、その底部と他方の側壁との間に形成された被膜の形状とが異なってしまう。

これに対し、本実施形態の成膜装置１においては、図２Ａに示すように、ターゲット３のスパッタ面３ａの全面及び基板Ｗの全面の間に垂直な磁力線Ｍを発生させる第２磁場発生部１３及びカソードコイル１８（第３磁場発生部）が設けられている。第２磁場発生部１３は、ターゲット３に近い位置に配置された上コイル１３ｕ（第１発生部）と、基板Ｗに近い位置に配置された下コイル１３ｄ（第２発生部）とを含む。上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄは、ターゲット３及び基板Ｗの中心間を結ぶ基準軸ＣＬの周りに真空チャンバ２の外側壁に設けられている。上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄは、真空チャンバ２の上下方向において、所定の間隔で隔てられている。
上コイル１３ｕは、真空チャンバ２の外側壁に設けられたリング状のコイル支持体１４を有し、コイル支持体１４に導線１５を巻回することによって構成されている。また、上コイル１３ｕに電力を供給（通電）する電源装置１６が上コイル１３ｕに接続されている。下コイル１３ｄは、真空チャンバ２の外側壁に設けられたリング状のコイル支持体１４を有し、コイル支持体１４に導線１５，２０を巻回することによって構成されている。また、下コイル１３ｄに電力を供給（通電）する電源装置１６が下コイル１３ｄに接続されている。
第３磁場発生部は、ターゲット３及び基板Ｗの中心間を結ぶ基準軸ＣＬの周りに配置され、２個のコイル支持体１４の上方に所定の設置方法によって設置されている。つまり、第３磁場発生部は、第２磁場発生部１３から見て、ターゲット３よりも垂直磁場における上流側に設置されている。また、第３磁場発生部は、コイル支持体１９に導線２０を巻回することによって構成されたカソードコイル１８と、カソードコイル１８に電力を供給（通電）する電源装置２１とを備える（図１，２Ａ，２Ｂ参照）。
また、図１に示すように、第３磁場発生部は、第１磁場発生部４を囲むように、ターゲットの上方に配置されている。

コイルの個数、導線１５，２０の径，又は導線１５，２０の巻数は、例えば、ターゲット３の寸法、ターゲット３と基板Ｗとの間の距離、電源装置１６，２１の定格電流値又は発生させる磁場の強度（ガウス）に応じて適宜設定される。

電源装置１６，２１は、上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８の各々に供給される電流値及び電流の向きを任意に変更できる制御回路（図示せず）を備えた公知の構造を有する。本実施形態においては、通電によって上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８の各々に垂直磁場を発生させ、その磁場が合成された合成磁場が真空チャンバ２の内部空間内で垂直な磁場を形成するように、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄの各々に供給される電流値及び電流の向きが選択される（例えば、コイル電流が１５Ａで、内部空間における垂直磁場が１００ガウス）。
なお、本実施形態においては、上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８の各々に供給される電流値及び電流の向きを任意に変更するため、上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８の各々に別個の電源装置１６，２１が設けられた構造について説明した。本発明は、この構成を限定していない。同じ電流値及び同じ電流の向きで各コイル１３ｕ，１３ｄ，１８に電力を供給する場合には、１個の電源装置によって各コイル１３ｕ，１３ｄ，１８に電力を供給する構成が採用されてもよい。

また、本実施形態の成膜装置１は、上コイル１３ｕに印加される電流値，下コイル１３ｄに印加される電流値，及びカソードコイル１８に印加される電流値が異なるように、コイル１３ｕ，１３ｄ，１８に印加される電流を制御することができる。また、成膜装置１は、コイル１３ｕ，１３ｄ，１８のうち一つに電流を供給しないこともできる。
図２Ａ及び図２Ｂは、ターゲット３の全面及び基板Ｗの全面の間に通る垂直な磁力線Ｍ（Ｍ１，Ｍ２）を示す図である。
図２Ａ及び図２Ｂにおいては、磁力線Ｍ，Ｍ２は矢印を用いて図示されているが、この矢印は説明のために便宜的に示されており、磁場の方向を限定していない。即ち、磁力線Ｍ，Ｍ２は、磁石のＮ極からＳ極に向う方向及び磁石のＳ極からＮ極に向う方向の両方を含んでいる。
図２Ａは、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄのみに電流を印加した場合の磁力線Ｍを示している。上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄのみに電流値を印加することによって、磁力線Ｍは、ターゲット３と基板Ｗとの間に通るように発生する。
一方、図２Ｂは、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄに加えて、カソードコイル１８に電流を印加した場合の磁力線Ｍを示している。
カソードコイル１８に対して電流を印加することによって、磁力線Ｍは、ターゲット３内を通過する。

また、このような磁力線Ｍを発生させるために、本実施形態においては、次のように上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８に供給される電流値が決定されている。
即ち、上コイル１３ｕに供給される電流値をＩ（２ｕ）で定義し、下コイル１３ｄに供給される電流値をＩ（２ｄ）で定義し、カソードコイル１８に供給される電流値をＩ（３）で定義した場合、関係式Ｉ（２ｕ）＝Ｉ（２ｄ）が満たされている。また、関係式Ｉ（２ｕ）＜Ｉ（３）又は関係式Ｉ（２ｄ）＜Ｉ（３）が満たされる。

また、次の条件を満たすように、上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８に供給される電流値が決定されてもよい。
即ち、関係式Ｉ（２ｄ）＝Ｉ（３）が満たされ、関係式Ｉ（２ｕ）＝０が満たされる。

上記のように構成された成膜装置１においては、ターゲット３をスパッタリングした時にターゲット３から飛散したスパッタ粒子が正電荷を有している場合、ターゲット３から基板Ｗに向う垂直磁場によって、スパッタ粒子が飛散する方向が変化する。これによって、基板Ｗの全面において、スパッタ粒子が基板Ｗに対して略垂直に入射して付着する。
その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程において、本実施形態の成膜装置１を用いれば、基板Ｗの全面において、高アスペクト比の微細ホール及びトレンチＨに所定の薄膜Ｌを良好な被覆性で成膜することができる。また、基板Ｗの外周部において非対称なカバレッジが形成されるという問題が解消される。即ち、基板Ｗの外周部に形成された微細ホールの断面において、微細ホールの底部と一方の側壁との間に形成された被膜の形状と、その底部と他方の側壁との間に形成された被膜の形状とが異なってしまうという問題が解消される。これによって、微細ホール内の表面（露出面）に形成される被膜の厚さの均一性（面内均一性）が向上する。

このような本実施形態の成膜装置１においては、優先的にスパッタリングされるターゲット３の領域を決める第１磁場発生部４はそのままであり、第２磁場発生部１３の各コイル１３ｕ，１３ｄ及びおよび第３磁場発生部のカソードコイル１８によって生成される磁場が、スパッタ粒子が飛散する向きを変えている。これによって、ターゲット３の利用効率を低下させずに、しかも、上記従来技術のような複数のカソードユニットを用いる構造を用いずに、成膜装置の製作コスト又は成膜装置のランニングコストを低くすることができる。
また、成膜装置１においては、上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８を真空チャンバ２の外側に設けただけであるため、複数のカソードユニットを用いるために装置構成を変更するような場合と比べて、本実施形態の装置構成は極めて簡単であり、既存の装置を改造することによって本実施形態の装置を実現することができる。

次に、上記成膜装置１を用いた成膜方法と、この方法によって形成された被膜とについて説明する。
まず、被膜が形成される基板Ｗとして、Ｓｉウエハを準備する。このＳｉウエハの表面にはシリコン酸化物膜Ｉが形成されており、このシリコン酸化物膜Ｉには公知の方法を用いて配線用の微細ホール及びトレンチＨが予めパターニングによって形成されている。
次に、成膜装置１を用いたスパッタリングにより、シード層であるＣｕ膜ＬをＳｉウエハ上に成膜する場合について説明する。

まず、真空排気部１２を作動させて、真空チャンバ２内の圧力が所定の真空度（例えば、１０^−５Ｐａ台）となるように減圧する。
次に、ステージ１０に基板Ｗ（Ｓｉウエハ）を搭載し、それと同時に、電源装置１６，２１を作動させて上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８に通電し、ターゲット３の全面及び基板Ｗの全面の間に垂直な磁力線Ｍを発生させる。
そして、真空チャンバ２内の圧力が所定値に達した後に、真空チャンバ２内にアルゴンガス等（スパッタガス）を所定の流量で導入しつつ、ＤＣ電源９よりターゲット３に所定の負の電位を印加（電力投入）する。
これによって、真空チャンバ２内にプラズマ雰囲気を生成する。
この場合、第１磁場発生部４によって発生した磁場によって、スパッタ面３ａが露出される空間（前方空間）において電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子が捕捉され、スパッタ面３ａが露出される空間においてプラズマが発生する。

プラズマ中のアルゴンイオン等の希ガスイオンがスパッタ面３ａに衝突し、これによってスパッタ面３ａがスパッタリングされ、スパッタ面３ａから基板Ｗに向かってＣｕ原子又はＣｕイオンが飛散する。
このとき、特に、正電荷を有するＣｕが飛散する方向が、垂直磁場によって基板Ｗの鉛直方向に変更され、基板Ｗの全面においてスパッタ粒子が基板Ｗに対して略垂直に入射して付着する。これによって、基板Ｗの全面において微細ホール及びトレンチＨに良好な被覆性で被膜が成膜される。

なお、本実施形態においては、上コイル１３ｕ，下コイル１３ｄ，及びカソードコイル１８に通電して垂直磁場を発生させる装置を説明したが、ターゲット３の全面及び基板Ｗの全面の間に垂直な磁力線Ｍを発生させることができる装置であれば、本発明は、装置構造を限定しない。例えば、公知の焼結磁石を真空チャンバの内側又は外側に適宜配置することによって真空チャンバ内に垂直磁場を形成してもよい。

また、本実施形態においては、ターゲット３よりも垂直磁場における上流側に設置されている第３磁場発生部を備えた成膜装置１を説明したが、本発明においては、第２磁場発生部１３から見て基板Ｗよりも下流側に第４磁場発生部が設けられていてもよい。

次に、本発明の成膜装置の実施例を説明する。
本実施例では、図１に示す成膜装置１を用いて、基板Ｗ上にＣｕ膜を成膜した。
具体的に、φ３００ｍｍのＳｉウエハ表面全体にシリコン酸化物膜が形成され、このシリコン酸化物膜に公知の方法で微細トレンチ（幅４０ｎｍ、深さ１４０ｎｍ）がパターニングによって形成された基板Ｗを準備した。また、ターゲットとしては、Ｃｕの組成比が９９％で、スパッタ面の径がφ４００ｍｍに作製されたターゲットを用いた。ターゲットと基板との間の距離を４００ｍｍに設定すると共に、上コイル１３ｕの下端とターゲット３との間の距離及び下コイル１３ｄの上端と基板Ｗとの間の距離をそれぞれ５０ｍｍに設定した。また、上コイル１３ｕの上端とカソードコイル１８の下端との間の距離を２００ｍｍに設定した。

更に、成膜条件として、スパッタガスとしてＡｒを用い、このガスを１５ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ内に導入した。また、ターゲットに供給される投入電力を１８ｋＷ（電流３０Ａ）に設定した。各コイル１３ｕ，１３ｄ，１８に供給される電流値として、下向きの垂直磁場が真空チャンバ内に発生するようにマイナス極性の電流値を印加した。また、コイル１３ｕ，１３ｄ，１８に供給される電流値の各々は、電流値を変化させることによる被覆性の変化を確認するために、表１に示すような３つの条件の電流値を印加した。
次に、３つの条件の各々を具体的に説明する。
条件１は、カソードコイル１８に電流を印加せずに、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄにそれぞれ−１５Ａを印加する条件である。
条件２は、上コイルに１３ｕに電流を印加せずに、カソードコイル１８と下コイル１３ｄにそれぞれ−１５Ａを印加する条件である。
条件３は、カソードコイル１８に−２５Ａを印加し、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄにそれぞれ−１５Ａを印加する条件である。
即ち、条件２は、上コイル１３ｕに供給される電流値をＩ（２ｕ）で定義し、下コイル１３ｄに供給される電流値をＩ（２ｄ）で定義し、カソードコイル１８に供給される電流値をＩ（３）で定義した場合、関係式Ｉ（２ｄ）＝Ｉ（３）を満たすと共に、関係式Ｉ（２ｕ）＝０を満たす条件である。
また、条件３は、関係式Ｉ（２ｕ）＝Ｉ（２ｄ）を満たすと共に、関係式Ｉ（２ｕ）＜Ｉ（３）又は関係式Ｉ（２ｄ）＜Ｉ（３）を満たす条件である。
そして、条件１〜条件３の各々においては、スパッタ時間を１０秒に設定し、Ｃｕ膜の成膜を行った。

上述したように、各コイル１３ｕ，１３ｄ，１８に供給される電流値を変化させて基板Ｗ上にＣｕ膜を形成し、形成されたＣｕ膜を評価した。
評価基準（評価項目）は、微細トレンチの側壁及び底面に成膜されたＣｕ膜の形状、即ち、ボトムカバレッジ及びサイドカバレッジである。図３は、Ｃｕ膜が成膜された高アスペクト比の微細トレンチを模式的に示す断面図である。

まず、上述した各条件によって形成されたＣｕ膜の膜厚、即ち、微細トレンチの底部に成膜されたＣｕ膜の膜厚と微細ホールの周囲の面に成膜されたＣｕ膜の膜厚に基づいてボトムカバレッジを算出し、各条件におけるボトムカバレッジを比較し、評価した。
図３に示した微細ホールＨの周囲の面に形成される膜の厚さＴａと、微細ホールの底面に形成される膜の厚さＴｂとをそれぞれ測定し、厚さＴｂを厚さＴａで割った値、即ち、ボトムカバレッジ（Ｔｂ／Ｔａ）を算出した。

表１にボトムカバレッジを算出した結果を示す。
表１は、基板Ｗの中央部（基板中心部から半径２０ｍｍ以内の領域）及び外周部（基板中心から距離１３０ｍｍだけ離れた基板の外側領域（外周部））におけるボトムカバレッジが算出された結果を示す。基板Ｗの中央部においては、微細ホールの底部中央部のボトムカバレッジ（Ｔｂ１／Ｔａ）を測定した。
一方、基板Ｗの外周部においては、スパッタ粒子が傾斜した角度で入射、付着することが考えられ、微細ホールの底部の両端部のおけるボトムカバレッジ（Ｔｂ２／Ｔａ，Ｔｂ３／Ｔａ）を測定した。
条件１と条件２とを比較すると、カソードコイル１８を用いてＣｕ膜を形成する条件２によって得られたＴｂ１／Ｔａ，Ｔｂ２／Ｔａ，Ｔｂ３／Ｔａの値（パーセンテージ）が、条件１のそれよりも高いという結果が得られた。これは、図２Ｂに示すように、垂直な磁力線Ｍがターゲットを通過することが、ボトムカバレッジに良い影響を及ぼしていることを示している。
また、条件２と条件３とを比較すると、条件３によって得られたＴｂ１／Ｔａ，Ｔｂ２／Ｔａ，Ｔｂ３／Ｔａの値（パーセンテージ）が、条件２によって得られたＴｂ１／Ｔａ，Ｔｂ２／Ｔａ，Ｔｂ３／Ｔａよりも高いという結果が得られた。ここで、条件３は、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄに印加される電流値が同じであり、上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄに印加される電流値よりも大きい電流値をカソードコイル１８に印加することによってＣｕ膜を形成する条件である。
これは、ターゲット３の上流側に位置するカソードコイル１８に印加する電流値を上コイル１３ｕ及び下コイル１３ｄに印加される電流値よりも大きくすることによってボトムカバレッジによい影響を及ぼしていることを示している。具体的に、ターゲット３の前位置及び後位置の間の磁場勾配、即ち、スパッタ面３ａに露出するターゲット３に近い位置と第１磁場発生部４に面しているターゲット３に近い位置との間の磁場勾配を大きくすることが、ボトムカバレッジによい影響を及ぼしている。

次に、上述した各条件によって形成されたＣｕ膜に基づいてサイドカバレッジを算出し、各条件におけるサイドカバレッジを比較し、評価した。
図３に示した微細ホールＨの側面における上部の面に形成されたＣｕ膜の膜厚として２箇所（Ｔｃ１、Ｔｄ１）における膜厚と、微細ホールＨの側面における下部の面に形成されたＣｕ膜の膜厚として２箇所（Ｔｃ２、Ｔｄ２）における膜厚とを測定し、サイドカバレッジ（Ｔｄ／Ｔｃ）を算出した。
表１にサイドカバレッジを算出した結果を示す。
条件１と条件２とを比較すると、カソードコイル１８を用いてＣｕ膜を形成する条件２によって得られたＴｄ２／Ｔｃ２の値（パーセンテージ）が、条件１のそれよりも高いという結果が得られた。即ち、条件２によって微細ホールＨの側面に形成されたＣｕ膜においては、側面下部におけるサイドカバレッジが向上していることが分かった。
条件３によって微細ホールＨの側面に形成されたＣｕ膜の膜厚においては、側面下部における膜厚は、側面上部における膜厚に比べてほとんど変わらず、基板外周部においても基板中央部の被覆性と同様の被覆性を実現できていることが分かった。

以上の結果より、カソードコイルに電流値を印加することによって、カバレッジが改善されることが分かった。特に、カソードコイル，上コイル，及び下コイルの電流値が各々、２５Ａ，１５Ａ，１５Ａである条件によって形成された膜において、ボトムカバレッジ及びサイドカバレッジの評価結果がいずれも良好であった。このため、基板の外周部に形成された微細ホールの断面において、微細ホールの底部と一方の側壁との間に形成された被膜の形状と、その底部と他方の側壁との間に形成された被膜の形状とが異なってしまうというカバレッジの非対称性の問題点が解消された。

本発明は、被処理体の表面に被膜を形成するために用いられる成膜装置に広く適用可能であり、特に、薄膜形成方法の一種であるスパッタリング法を用いたＤＣマグネトロン方式の成膜装置に適用可能である。

Ｃ…カソードユニット、Ｗ…基板（被処理体）、１…成膜装置、２…真空チャンバ、３…ターゲット、３ａ…スパッタ面、４…第１磁場発生部、４ａ…ヨーク、４ｂ，４ｃ…磁石、９…ＤＣ電源（スパッタ電源）、１０…ステージ、１１…ガス管、１２…真空排気手段、１２ａ…排気管、１３…第２磁場発生部、１３ｕ…上コイル（第１発生部）、１３ｄ…下コイル（第２発生部）、１４，１９…コイル支持体、１５，２０…導線、１６，２１…電源装置、１８…第３磁場発生部（カソードコイル）。

Claims (2)

1. 成膜装置であって、
   成膜面を有する被処理体とスパッタ面を有するターゲットとが対向するように前記被処理体及び前記ターゲットの両方が配置される内部空間を有するチャンバと、
   前記チャンバ内を減圧する排気部と、
   前記スパッタ面が露出される前記内部空間に磁場を発生させる第１磁場発生部と、
   前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
   前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入部と、
   前記スパッタ面の全面と前記被処理体の前記成膜面の全面との間に垂直な磁力線が通るように垂直磁場を発生させる第２磁場発生部と、
   前記第２磁場発生部から見て前記ターゲットよりも上流側に配置され、前記ターゲットの前記スパッタ面に垂直な磁力線を発生させる第３磁場発生部と、
   を含み、
   前記第２磁場発生部は、Ｉ（２ｕ）で定義された電流値が印加されて前記ターゲットに近い位置に配置された第１発生部と、Ｉ（２ｄ）で定義された電流値が印加されて前記被処理体に近い位置に配置された第２発生部とを有し、
   前記第３磁場発生部には、Ｉ（３）で定義された電流が印加され、
   関係式Ｉ（２ｕ）＝Ｉ（２ｄ）が満たされ、
   関係式Ｉ（２ｕ）＜Ｉ（３）又は関係式Ｉ（２ｄ）＜Ｉ（３）が満たされること
   を特徴とする成膜装置。
2. 成膜装置であって、
   成膜面を有する被処理体とスパッタ面を有するターゲットとが対向するように前記被処理体及び前記ターゲットの両方が配置される内部空間を有するチャンバと、
   前記チャンバ内を減圧する排気部と、
   前記スパッタ面が露出される前記内部空間に磁場を発生させる第１磁場発生部と、
   前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と、
   前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入部と、
   前記スパッタ面の全面と前記被処理体の前記成膜面の全面との間に垂直な磁力線が通るように垂直磁場を発生させる第２磁場発生部と、
   前記第２磁場発生部から見て前記ターゲットよりも上流側に配置され、前記ターゲットの前記スパッタ面に垂直な磁力線を発生させる第３磁場発生部と、
   を含み、
   前記第２磁場発生部は、Ｉ（２ｕ）で定義された電流値が印加されて前記ターゲットに近い位置に配置された第１発生部と、Ｉ（２ｄ）で定義された電流値が印加されて前記被処理体に近い位置に配置された第２発生部とを有し、
   前記第３磁場発生部には、Ｉ（３）で定義された電流が印加され、
   関係式Ｉ（２ｄ）＝Ｉ（３）が満たされ、
   関係式Ｉ（２ｕ）＝０が満たされること
   を特徴とする成膜装置。

Images