JP5427889B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents
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Description
本願は、2009年7月17日に、日本に出願された特願2009−169335号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
配線パターンが微細化する以前は、成膜する膜厚が比較的厚かったため、イグニッション時に成膜される成膜量は相対的に小さく、問題とはならなかった。しかし、近年、配線パターンが微細化したことによって、要求される膜厚に対して、着火時(イグニッション時)に形成される膜厚が無視できなくなってきた。
あるいは、前記手段αが、前記被処理体を前記ターゲット下方において水平方向に移動させる輸送装置であってもよい。
また、前記手段αが、前記被処理体と前記ターゲットとの間に電場を形成することが可能な格子状の電極であってもよい。
また、前記手段αが、前記被処理体と前記ターゲットとの間に前記スパッタ粒子の軌道を前記被処理体から逸らせるような磁場を形成する、磁場発生手段であってもよい。
本発明の成膜方法は、上記のいずれか記載の成膜装置によって成膜する方法であって、
前記ターゲットと前記被処理体との間に前記スパッタガスを導入してプラズマを発生させた後、前記スパッタガスを停止してプラズマが安定状態となるまで、前記被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐとともに、プラズマが安定した段階で、前記被処理体に成膜を開始することができる。
上記手段に被処理体とターゲットとの間に配置されたシャッタを採用した場合には、シャッタがスパッタ粒子を遮断するため、イグニッション時のスパッタ粒子の影響を受けずに成膜することができる。
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態に係る成膜装置について説明する。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ものであり、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ2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、以下においては、真空チャンバ2の天井部側を「上」とし、その底部側を「下」として説明する。
シャッタ21は、基板Wとシールド22との間に配置されている。回転軸20を回転させることにより、ターゲット3側から見て、基板Wをシャッタ21により完全に覆うことができ、ターゲット3側から見て、基板Wを完全に露出させることもできる。
まず、真空排気手段12を作動させて真空チャンバ2内を所定の真空度(例えば、10−5Pa台の圧力)まで真空引きする。そして、真空チャンバ2内の圧力が所定値に達した後、ステージ10に基板Wをセットし、シャッタ21を基板Wの上方に配置する。真空チャンバ2内にアルゴンガスなど(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)して真空チャンバ2内にプラズマ雰囲気を形成する。この場合、磁場発生手段4からの磁場で、スパッタ面3a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が捕捉され、スパッタ面3a前方におけるプラズマが高密度となる。
スパッタリング初期段階が終了しプラズマが安定した段階で、回転軸20を回転させることによって、シャッタ21が基板Wの直上から移動し、基板Wがターゲット3に対して露出される。これにより、スパッタ粒子は基板Wまで到達し、成膜が開始される。
特に、Cuターゲットの場合には、自己保持放電が可能である。このためスパッタガス導入による着火後、スパッタガス導入をやめて、プラズマが安定に維持されるまで待ち、その後シャッタ21を開放し、基板Wに成膜を開始することも可能である。
図8Aは、イグニッション時の成膜を遮断しなかった場合の微細ホールHの模式断面図であり、図8Bは、イグニッション時の成膜を遮断した場合の微細ホールHの模式断面図である。
図8Aでは、微細ホールHの上部の膜厚t1aと下部の膜厚t2aとが不均一であることがわかる。一方、図8Bでは、イグニッション時の成膜を遮断したことによって、微細ホールHの上部の膜厚t1bと下部の膜厚t2bとが略均一であることがわかる。
また、図8Aの開口部径daと図8Bの開口部径dbとを比較すると、図8Bにおいてより大きな径dbが確保されることがわかる。さらに、図8Aの微細ホールH底部の膜厚t3aと、図8Bの膜厚t3bとを比較すると、図8Bにおいて十分な膜厚t3bが確保されており、ボトムカバレッジが改善されていることがわかる。
さらに、側壁に付着した膜の凹凸(モホロジー)が、図8Aに比べて図8Bでは改善されることがわかる。
分割シャッタを使用する、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様にイグニッション時のスパッタ粒子を遮断するためのシャッタが用いられている。本実施形態は、シャッタ機構に関し第1の実施形態のシャッタ21の代わりに分割シャッタ(手段α)23が用いられていることを除き、第1の実施形態と同様の構成を有している。図2A及び図2Bは、分割シャッタ23を備えた、成膜装置1aの概略図である。
成膜装置1aはターゲット3と基板Wとの間に、中央部において2つに分割可能な平面視円形の分割シャッタ23を備えている。分割シャッタ23は、分割前においては、図2Aに示すように、基板Wに対して、ターゲット3から飛び出してくるスパッタ粒子を遮断するのに十分な大きさを有している。
分割シャッタ23は、分割後は弧を描くように揺動可能に構成されており、図2Bに示すように、イグニッション後に、ターゲット3に対して基板Wを露出するように、開閉が可能である。
このような構成によって、本実施形態の成膜装置1aは、イグニッション時に成膜されるスパッタ粒子の影響を受けずに、基板Wに形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことが可能である。
可動シャッタを使用する、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様にイグニッション時のスパッタ粒子を遮断するためのシャッタが用いられている。本実施形態は、シャッタ機構に関し第1の実施形態のシャッタ21の代わりに可動シャッタ(手段α)24が用いられていることを除き、第1の実施形態と同様の構成を有している。図3A及び図3Bは、可動シャッタ24を備えた成膜装置1bの概略図である。
この成膜装置1bは、ターゲット3と基板Wとの間に、可動シャッタ24を移動可能に設置することを特徴としたものである。
図3Aは、可動軸25が最下部に位置した場合の図であり、可動シャッタ24は図示しないガイドによって、基板Wの直上に導かれ、基板Wをターゲットに対して露出しない状態にする。図3Bは、可動軸25が最上部に位置した場合の図であり、可動シャッタ24は、チャンバ2aの側壁に沿うようにヒンジ部26を中心に回動する。これにより、基板Wはターゲット3に対して露出され、スパッタ粒子が基板Wに到達するようになる。
可動ステージ10a(輸送装置)を使用する、本発明の第4の実施形態について説明する。図4A及び図4Bは可動ステージ(手段α)10aを備えた成膜装置1cの概略図である。
可動ステージ10aは、真空チャンバ2bの底部に配置されており、第1の実施形態と同様に、基板Wを位置決め保持できる。可動ステージ10aは、図示しない動力手段によって水平方向に移動自在である。また、図4Aに示すように、基板Wがターゲット3に対して露出しないような位置、および図4Bに示すように、基板Wがターゲット3に対して露出するような位置に、可動ステージ10aを移動させることができる。
まず、可動ステージ10aに基板Wをセットする。この際、基板Wは、ターゲット3に対して露出しないような位置に置かれている。そして、DC電源よりターゲット3に所定の負の電位を印加(電力投入)して真空チャンバ2内にプラズマ雰囲気を形成する。
スパッタリング初期段階が終了しプラズマが安定した段階で、可動ステージ10aを移動させる。可動ステージ10a上に保持された基板Wが真空チャンバ2bの平面視中心部まで移動すると、基板Wがターゲット3に対して露出される。これにより、スパッタ粒子は基板Wまで到達し、成膜が開始される。
連続ステージ10b(輸送装置)を使用する、本発明の第5の実施形態について説明する。本実施形態においても、第4の実施形態と同様にイグニッション時(スパッタリング初期段階)において、基板Wをターゲット3に対して露出されないような位置に配置する。本実施形態は、輸送装置に関し第4の実施形態の可動ステージ10aの代わりに連続ステージ(手段α)10bを用いることを除いて、第1の実施形態と同様の構成を有している。図5は連続ステージ10bを備えた成膜装置1dの概略図である。
連続ステージ10bは、複数のステージを連結した構成となっており、真空チャンバ2cの底部に配置されている。連続ステージ10bは、ベルトコンベアのように真空チャンバ2c内を巡回移動自在である。連続ステージ10bを構成する個々のステージには、それぞれ基板Wが載置されている。ただし、先頭のステージには、ダミー基板Wdが載置されている。
まず、連続ステージ10bの各ステージに基板Wをセットする。先頭のステージにはダミー基板Wdを載置する。DC電源よりターゲット3に所定の負の電位を印加(電力投入)して真空チャンバ2内にプラズマ雰囲気を形成する。
スパッタリング初期段階が終了しプラズマが安定した段階で、連続ステージ10bを移動させることによって、基板Wに対して安定状態のプラズマよりスパッタ粒子が堆積されて成膜される。基板Wに対して成膜が完了すると、連続ステージ10bが移動する。スパッタリングは継続しているため、次の基板Wに対しては、最初から安定状態のプラズマによってスパッタリングされたスパッタ面3aから飛散したスパッタ粒子が入射する。
この成膜装置1dを用いて成膜を行うことによって、複数枚の基板Wに連続して成膜することが可能となる。
メッシュ電極(格子状の電極)を使用する、本発明の第6の実施形態について説明する。本実施形態では、イグニッション時のスパッタ粒子を遮断するにあたって、電磁場を形成することが可能な電極が用いられる。本実施形態は、第2の実施形態の分割シャッタ23の代わりにメッシュ電極(手段α)30を用いることを除いて、第2の実施形態と同様の構成を有している。図6A及び図6Bはメッシュ電極30を備えた成膜装置1eの概略図である。
成膜装置1eはターゲット3と基板Wとの間に、メッシュ電極30を備えており、メッシュ電極30は、適切な方法で真空チャンバ2a内に固定されている。図6Bにメッシュ電極30の平面図を示す。メッシュ電極30は平面視円形の枠体31と導線32とから構成されており、枠体31内に格子状に導線32が固定されている。使用される導線32は、スパッタ粒子の通過を阻害しないように、細ければ細いほど好ましい。また、メッシュ電極30は図示しない電源と接続されており、この電源より電圧を印加することによって、電磁場を形成することが可能である。
また、形態の成膜装置1eに使用されているメッシュ電極30は、特別な形状の真空チャンバを使用する必要がないため、既存の成膜装置への導入も容易である。
コイル(磁場発生手段(手段α))を使用する、本発明の第7の実施形態について説明する。図7は、第1コイル40および第2コイル45を備えた成膜装置1fの概略図である。ここで磁力線Mは、説明の便宜上、図7において矢印を用いて示されているが、磁場の方向を限定するものではない。N→Sの方向でもよく、S→Nの方向でもよい。
成膜装置1fには、真空チャンバ2aを取り囲むようにして周囲に第1コイル40および第2コイル45が設置されている。
第1コイル40および第2コイル45は、それぞれ上下方向に所定の間隔を存して真空チャンバ2の外側壁に設けたリング状のコイル支持体41、46を有し、このコイル支持体41、46には、ターゲット3及び基板Wの中心間を結ぶ垂直軸の周りで、それぞれ導線42、47が巻回されている。また、各コイル40、45は、各コイル40、45への通電を可能とする図示しない電源装置を備えている。
また、本実施形態の成膜装置1fに使用されているコイル40、45は、特別な形状の真空チャンバを必要としないため、既存の成膜装置への導入も容易である。
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 磁場発生手段
4a ヨーク
4b,4c 磁石
9 DC電源(スパッタ電源)
10 ステージ
10a 可動ステージ
10b 連続ステージ
11 ガス管
12 真空排気手段
12a 排気管
20 回転軸
21 シャッタ
22 シールド
23 分割シャッタ
24 可動シャッタ
25 可動軸
26 ヒンジ部
30 メッシュ電極
40 第1コイル
45 第2コイル
Claims (2)
- 被処理体の表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する成膜装置であって、
互いに対向するように配置された前記被処理体と前記被膜の母材であるターゲットとを収納するチャンバと;
前記チャンバ内を減圧する排気手段と;
前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる磁場発生手段と;
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手段と;
前記ターゲットと前記被処理体との間に前記スパッタガスを導入してプラズマを発生させた後、プラズマが安定状態となるまで、前記被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐ手段αと;
を備え、
前記手段αは、前記被処理体と前記ターゲットとの間に前記スパッタ粒子の軌道を前記被処理体から逸らせるような磁場を形成する、磁場発生手段であることを特徴とする成膜装置。 - 請求項1記載の成膜装置によって被処理体の表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する方法であって、
前記ターゲットと前記被処理体との間に前記スパッタガスを導入してプラズマを発生させた後、プラズマが安定状態となるまで、前記被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐとともに、プラズマが安定した段階で、前記被処理体に成膜を開始することを特徴とする成膜方法。
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