JPH10219442A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパッタリング粒子の入射エネルギーと指向
性を独立して制御することが可能なスパッタ装置を提供
する。 【解決手段】 本発明によれば，処理室１０４を第１コ
リメータ１１２及び第２コリメータ１１４により，生成
室１１６，中間室１１８及び成膜室１２０とに区画す
る。また，中間室１１８内の圧力雰囲気は，生成室１１
６及び成膜室１２０内の圧力雰囲気よりも高く設定され
ている。従って，生成室１１６から中間室１１８内に入
射したスパッタリング粒子を，処理ガスの分子に所定の
回数衝突させて減衰させることにより，入射エネルギー
を制御することができる。さらに，スパッタリング粒子
の指向性は，中間室１１８から第２コリメータ１１４を
介して成膜室１２０内に導入される処理ガスのガス流に
より制御することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，被処理体にスパッ
タリング粒子を被着させるスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より，半導体製造工程においては，
被処理体である例えばシリコンウェハ（半導体ウェハ）
に対して電極を形成したり配線を行うために，所定の減
圧雰囲気に置かれた処理室内に被処理体と所望の成膜材
料から成るターゲットとを対向配置し，イオンによって
ターゲットからたたき出されたスパッタリング粒子を被
処理体に被着させるスパッタ装置が使用されている。と
ころで，半導体デバイスの高集積化に伴い，半導体製造
工程においても，より微細な加工を正確に行う技術の確
立が求められている。例えば，スパッタ装置を用いた内
部配線形成プロセスにおいても，径が小さくかつ深さの
深い，すなわちアスペクト比の大きなコンタクトホール
をスパッタリング粒子により埋め込む必要が生じてい
る。しかしながら，スパッタリング・プロセスは，一般
に段差被覆性，すなわちステップカバレージ特性が低い
ため，開口部のアスペクト比が大きくなるに従い，開口
部の底部における断線不良が発生しやすく，問題となる
ことがある。

【０００３】そこで，最近では，スチールなどの金属板
あるいは，セラミックスなどの絶縁板に対して複数の円
形またはハニカム状の貫通孔を穿設して成るコリメータ
を，ターゲットと被処理体との間に設置するスパッタ装
置が提案されている。このスパッタ装置においては，タ
ーゲットより法線方向に対する余弦分布，または略心臓
状の形状の分布に従って放射されるスパッタリング粒子
の放射方向をコリメータにより規制し，被処理体の処理
面に対して略垂直に入射する成分のみを選択することに
より，ステップカバレージを改善させることができる。
従って，例えば６４ＭＤＲＡＭ製造時に必要とされるア
スペクト比≦３．０以上のコンタクトホールでは，コリ
メータを使用することにより，ステップカバレージを通
常のスパッタリングの約３倍程度にまで向上させること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで，従来のスパ
ッタ装置においては，例えば処理室内にコリメータを備
えて，被処理体に対するスパッタリング粒子の入射方向
を制御することにより，ステップカバレージの向上を図
っていたが，スパッタリング粒子の入射エネルギー自体
を制御することは困難であった。さらに，発明者の知見
によれば，スパッタリング粒子の入射エネルギーは，例
えば数ｅＶ程度の大きさであり，スパッタリング粒子が
入射した被処理体の被処理面は，瞬間的に例えば数万℃
という高温状態となるものと予想される。その結果，例
えば半導体デバイスの高集積化がさらに進み，内部構造
が複雑化および微細化するほど，スパッタリング粒子の
入射エネルギーによってはその内部構造に損傷を与える
ことが予想される。

【０００５】また，スパッタリング粒子の入射エネルギ
ーは，上記の如く数ｅＶという高エネルギーであるた
め，スパッタリング粒子の入射エネルギーと指向性と
を，独立して制御することは困難である。また，コリメ
ータによってスパッタリング粒子の指向性を被処理体に
対して略垂直に制御したとしても，被処理体の被処理面
の全面に渡って均一に成膜させることは困難である。

【０００６】本発明は，従来のスパッタ装置が有する，
上記のような問題点に鑑みてなされたものであり，被処
理体に対するスパッタリング粒子の入射エネルギーを低
下させて，スパッタリング粒子の入射エネルギーと指向
性を独立して制御することにより，ステップカバレージ
を向上させて，被処理体の被処理面の全面に渡って均一
な成膜処理が可能な，新規かつ改良されたスパッタ装置
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は，処理室内に被
処理体とターゲットを配置し，ターゲットをイオンによ
ってスパッタすることにより発生するスパッタリング粒
子の飛翔方向をコリメータにより規制して，被処理体に
被着させるスパッタ装置に適用されるものである。そし
て，本発明にかかるスパッタ装置の処理室は，第１コリ
メータ手段により隔てられ，ターゲットが配置されるプ
ラズマ生成室と，第１および第２コリメータ手段の間に
形成される中間室と，第２コリメータ手段により隔てら
れ，被処理体の配置される成膜室とに区画される構成と
なっている。そして，中間室には，処理ガスを導入する
ガス供給手段が接続されるとともに，プラズマ生成室お
よび成膜室には，それぞれ生成物を含む使用済みのガス
を排気する第１および第２排気手段が接続されている。
また，中間室に導入された処理ガスは，プラズマ生成室
および成膜室内に，それぞれ第１および第２コリメータ
手段を介して導かれるとともに，処理時に，中間室の圧
力雰囲気は，プラズマ生成室および成膜室の圧力雰囲気
よりも実質的に大きくなるように調整される構成となっ
ている。

【０００８】かかる構成によれば，中間室内に導入され
た処理ガスが，第１および第２コリメータ手段を通過し
た後，プラズマ生成室および成膜室内に導入されるた
め，処理ガスをプラズマ生成室および成膜室内に均一に
導入することができる。また，処理時には，プラズマ生
成室内のターゲットよりスパッタされたスパッタリング
粒子を，第１コリメータ手段を介して中間室内に入射さ
せるとともに，中間室内の処理ガスの分子と衝突させ，
さらに中間室の圧力を制御することにより，スパッタリ
ング粒子の入射エネルギーを所望の状態までに減衰させ
ることが可能である。さらに，このスパッタリング粒子
は，第２コリメータ手段を通過して，中間室より低圧の
成膜室内に入射するため，スパッタリング粒子の指向性
を所望の状態に制御し，高めることができる。従って，
所望の入射エネルギーおよび指向性を有するスパッタリ
ング粒子を，被処理体の被処理面に入射させることが可
能となるために，ステップカバレージが向上して，均一
な成膜処理を施すことができる。

【０００９】また，かかるスパッタ装置の中間室の容積
は，プラズマ生成室の容積の２倍以上の大きさに設定さ
れる構成となっている。従って，中間室の容積がプラズ
マ生成室の容積よりも大きいため，中間室内の処理ガス
の排気が不均一となって中間室内の圧力雰囲気が局所的
に下がった場合でも，中間室内全体としての圧力雰囲気
の低下を効果的に抑制することができる。

【００１０】また，かかる中間室の容積は，成膜室の容
積の２倍以上の大きさに設定される構成となっている。
従って，かかる構成によっても，上述の如く中間室の容
積をプラズマ生成室の容積の２倍以上の大きさに設定し
た場合と同様に，中間室内の圧力雰囲気を所望の状態に
維持することができる。さらに，かかる構成により，電
子を充分に磁力線に巻き付けて運動させることができ
る。

【００１１】さらに，プラズマ生成室の容積と成膜室の
容積とは，略同一の大きさに設定される構成となってい
る。従って，中間室の容積を，プラズマ生成室の容積及
び成膜室の容積の２倍以上に設定することができるた
め，中間室内の圧力雰囲気をさらに均一に維持すること
ができる。

【００１２】また，かかる中間室の内径は，第１コリメ
ータ手段の直径及び第２コリメータ手段の直径よりも大
きく設定される構成となっている。従って，第１コリメ
ータ手段と，第２コリメータ手段とから成る中間室の排
気経路を，その中間室の容積に対して相対的に小さくす
ることができる。その結果，中間室内の圧力雰囲気が局
所的に下がった場合でも，中間室内全体としての圧力雰
囲気の変化を最小限に抑えることができる。

【００１３】また，中間室内には，ガス供給手段とは別
に，中間室内の中心方向に所定の処理ガスを供給可能な
第２ガス供給手段が配置される構成となっている。従っ
て，中間室内の中心部分を局所的に高い圧力雰囲気にす
ることができるため，その中心部分のガス密度が高くな
り，中間室内でのスパッタリング粒子の衝突回数を大幅
に増加させることができる。

【００１４】また，本発明は，処理時の中間室の圧力雰
囲気は数十ｍＴｏｒｒに設定され，その際のプラズマ生
成室と成膜室の圧力雰囲気は数ｍＴｏｒｒに設定される
構成となっている。従って，処理時において，処理ガス
のイオンを所望の状態でターゲットに入射させて，スパ
ッタリング粒子を飛翔させるとともに，中間室にスパッ
タリング粒子が入射した際には，処理ガスの分子に所定
の回数衝突させて，所望の入射エネルギーに減衰させる
ことができる。さらに，成膜室よりも中間室の圧力雰囲
気の方が高く設定されていることから，スパッタリング
粒子が第２コリメータ手段を通過して放出される際に，
スパッタリング粒子の指向性を制御することができる。

【００１５】さらに，かかる第１コリメータ手段は，導
電性素材から構成されているとともに，略環状の絶縁部
材により内側部材と外側部材とに区画され，そのうち内
側部材は，電気的に接地される構成されている。このた
め，同電圧を印加しても，被処理体に印加する方法と比
較して高電界が得られ，電力利用効率が向上する。

【００１６】さらにまた，かかるプラズマ生成室には，
直流電力を印加可能な第１補助ターゲットが配置されて
いる。従って，第１補助ターゲットの近くでもマグネト
ロン放電が生じることから，スパッタリング粒子の生成
領域が拡大し，被処理体の被処理面の全面に渡って，均
一な成膜処理を施すことができる。さらに，プラズマ生
成室には，第２補助ターゲットが電気的フローティング
状態に配置されている。従って，ターゲットまたは第１
補助ターゲットをスパッタしなかった処理ガスのイオン
を，第２補助ターゲットに衝突させることが可能とな
り，スパッタ効率が向上するとともに，ターゲットのバ
イアス方法のどのような組合わせに対しても，処理容器
の内壁部のスパッタエッチングを大きく減少させること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明にかかるスパッタ装置の実施の形態について詳細
に説明する。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，同一符号を付す
ることにより，重複説明を省略することにする。

【００１８】（第１の実施の形態）第１の実施の形態に
係るスパッタ装置１００は，図１に示したように，導電
性素材，例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム
から成る略円筒形状の処理容器１０２を備えており，そ
の内部には処理室１０４が形成されている。また，処理
室１０４の下方には，被処理体，例えばシリコンから成
る半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗを載
置する略円筒形状の載置台１０６が設けられている。な
お，被処理体は，例えばＬＣＤ用ガラス基板であっても
良いことは言うまでもない。

【００１９】この載置台１０６は，導電性素材，例えば
ステンレスなどの金属から成る基体１０６ａを，絶縁性
素材，例えばセラミックから成る絶縁部材１０８によっ
て覆うことにより構成され，処理容器１０２との間で電
気的に絶縁される構成となっている。そして，載置台１
０６の基体１０６ａのみが，第１接地線１１０を介して
処理容器１０２の外部に接地される構成となっている。

【００２０】また，載置台１０６の載置面には，不図示
の機械的クランプが設けられており，この機械的クラン
プにより，ウェハＷの周縁部を載置台１０６の載置面に
押圧して，ウェハＷを保持する構成となっている。な
お，ウェハＷの保持は，機械的クランプのみに限定され
るものではなく，例えば載置台１０６の載置面に給気孔
を設けて，この給気孔からウェハＷの裏面を真空引きす
ることにより，ウェハＷを保持する構成としても良いこ
とは言うまでもない。さらに，載置台１０６の内部に
は，不図示の加熱機構，例えばヒータが内装されてお
り，ウェハＷを所望の温度，例えば２００゜Ｃにまで上
昇させることが可能なように構成されている。

【００２１】そして，載置台１０６と後述の処理室１０
４上部に設けられる主ターゲット１２４との間には，導
電性素材，例えばアルミニウムから成り，本実施の形態
にかかる，略円盤状の第１コリメータ１１２と第２コリ
メータ１１４とが，後述するような所定の間隔をおいて
処理室１０４内を隔てるように設けられている。なお，
第１コリメータ１１２と第２コリメータ１１４は，後述
の主ターゲット１２４および載置台１０６に対して略平
行となるように配置されている。

【００２２】このように，処理室１０４内には，上方か
ら下方にかけて順次，第１コリメータ１１２によって隔
てられるマグネトロンプラズマ生成室（以下，「生成
室」と称する。）１１６と，第１コリメータ１１２と第
２コリメータ１１４との間に形成される中間室１１８
と，第２コリメータ１１４によって隔てられる成膜室１
２０とが形成される構成となっている。そして，生成室
１１６には，後述の主ターゲット１２４と，第１補助タ
ーゲット１３０と，第２補助ターゲット１３６とが，ま
た成膜室１２０には，載置台１０６が配置されている。

【００２３】また，第１コリメータ１１２と第２コリメ
ータ１１４には，それぞれ複数のハニカム状の第１貫通
孔１１２ａおよび第２貫通孔１１４ａが穿設されてい
る。さらに，後述する主ターゲット１２４と対向する第
１コリメータ１１２には，絶縁性素材，例えばセラミッ
クスや酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から成る，略環状の絶縁
リング１１２ｂが，内側部材となり，本実施の形態にか
かる補助電極１１２ｃと，外側部材１１２ｄとを区画す
るように設けられている。この絶縁リング１１２ｄは，
この内側に形成される補助電極１２２ｃが，外側部材１
１２ｄを介して処理容器１０２との間で電気的に導通す
ることを防止するものである。そして，補助電極１１２
ｃのみが，第２接地線１２２を介して処理容器１０２の
外部に接地される構成となっている。

【００２４】次に，本実施の形態にかかる生成室１１６
内，中間室１１８内および成膜室１２０内の構成につい
て順次説明する。

【００２５】まず，生成室１１６について説明すると，
生成室１１６の上部の載置台１０６と対向する位置に
は，所定の成膜材料，例えばアルミニウムから成り，陰
極となる，略円盤状の主ターゲット１２４が設けられて
いる。また，この主ターゲット１２４は，絶縁性素材，
例えばセラミックスや酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から成
る，主ターゲット１２４と略同径の第１支持部材１２６
によって，生成室１１６の天井部１１６ａに取り付けら
れている。さらに，主ターゲット１２４には，第１可変
直流電源１２８が接続されており，処理時にはこの第１
可変直流電源１２８より所定の高圧直流電力，例えば３
００〜７００Ｖの直流電圧が，主ターゲット１２４に印
加されるように構成されている。

【００２６】また，主ターゲット１２４と第１コリメー
タ１１２との間で，かつ生成室１１６の側壁１１６ｂに
沿う位置には，所定の成膜材料，例えばアルミニウムか
ら成り，陰極となる，略環状の第１補助ターゲット１３
０が，絶縁性素材，例えばセラミックスや酸化ケイ素
（ＳｉＯ₂）から成る略環状の第２支持部材１３２によ
って取り付けられている。そして，この第１補助ターゲ
ット１３０には，第２可変直流電源１３４が接続されて
おり，処理時にはこの第２可変直流電源１３４より所定
の高圧直流電力，例えば２００〜６００Ｖの直流または
交流電圧が，第１補助ターゲット１３０に印加されるよ
うに構成されている。

【００２７】さらに，主ターゲット１２４よりも外周
で，かつ第１補助ターゲット１３０よりも上方の位置に
は，所定の成膜材料，例えばアルミニウムから成り，本
実施の形態にかかる，略環状の第２補助ターゲット１３
６が設けられている。この第２補助ターゲット１３６
は，絶縁性素材，例えばセラミックスや酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ₂）から成る，第２補助ターゲット１３６と略同径
の第３支持部材１３７によって，生成室１１６の天井部
１１６ａに取り付けられている。また，第２補助ターゲ
ット１３６は，主ターゲット１２４と接しないように配
置されている。従って，第２補助ターゲット１３６に
は，直流または交流電源の接続や接地はされておらず，
第２補助ターゲット１３６の周囲に設けられている所定
の空間により，電気的に中性となっている。このため，
主ターゲット１２４および第１補助ターゲット１３０に
対するバイアス方法が，どのような組み合わせであって
も，第１排気管１４２の接続部周辺の生成室１１６の側
壁１１６ｂが，スパッタエッチングされ難くなる。

【００２８】ところで，主ターゲット１２４の上方の処
理容器１０２の上部外壁には，略環状の第１磁気コイル
１３８が設けられており，この第１磁気コイル１３８に
より，主ターゲット１２４の近傍に直交電磁界を形成
し，処理時に発生する二次電子をトラップして，イオン
化を促進することが可能である

【００２９】また，第１補助ターゲット１３０の外周方
向の処理容器１０２の側部外壁には，略環状の第２磁気
コイル１４０が設けられており，この第２磁気コイル１
４０により，第１補助ターゲット１３０の近傍に磁界を
形成させる構成となっている。そして，第２磁気コイル
１４０により形成される磁界によって，イオン粒子が第
１補助ターゲット１３０に衝突し，弾き出されたスパッ
タリング粒子が，第１補助ターゲット１３０の下方に位
置する成膜室１２０内のウェハＷの被処理面，特にその
被処理面の周縁部に被着するように構成されている。さ
らに，第２磁気コイル１４０を，例えば１ＭＨｚ程度の
高周波電力で制御すると，プラズマ生成領域の位置を制
御でき，さらにこの制御により，第１補助ターゲット１
３０へのイオンの入射方向をも制御できるため，第１補
助ターゲット１３０を効率的に利用できる。また，第１
補助ターゲット１３０へのイオンの斜め方向の入射に
は，スパッタ効率が向上し，ウェハＷ方向により多くの
スパッタリング粒子を放出することができるという利点
がある。

【００３０】ところで，主ターゲット１２４および第２
補助ターゲット１３６よりも下方で，かつ第１補助ター
ゲット１３０よりも上方の生成室１１６の側壁１１６ｂ
の所定の４方向の位置には，本実施の形態にかかる，第
１排気管１４２が接続されている。この第１排気管１４
２には，不図示の真空引き手段，例えばクライオポンプ
が接続されており，この真空引き手段の作動により，処
理時には生成室１１６内を所定の減圧雰囲気，例えば数
ｍＴｏｒｒ，好ましくは１ｍＴｏｒｒ程度にまで減圧す
ることが可能なように構成されている。なお，ウェハＷ
のステップカバレジは，成膜室１２０側の圧力雰囲気に
よって大きく左右されるため，生成室１１６側の圧力雰
囲気の方は，例えば１ｍＴｏｒｒ以下のような低圧力に
する必要はない。ただし，生成室１１６の圧力雰囲気
は，２次電子が第１磁気コイル１３８および第２磁気コ
イル１４０によって形成される磁場に沿ってドリフト運
動する程度に低く，かつマグネトロン放電が維持しやす
い程度に高い圧力には保持する必要がある。

【００３１】次に，第１コリメータ１１２と第２コリメ
ータ１１４との間に形成される中間室１１８について説
明すると，中間室１１８の側壁１１８ａの所定の４方向
の位置には，本実施の形態にかかる，ガス導入管１４４
が接続されている。このガス導入管１４４には，不図示
のガス流量調節器を介して不図示のガス供給源が接続さ
れており，処理時にはこのガス供給源から，所定の処理
ガス，例えばＡｒガスが，中間室１１８内に導入される
構成となっている。

【００３２】また，処理時の中間室１１８内の圧力は，
第１コリメータ１１２および第２コリメータ１１４にそ
れぞれ穿設されている，第１貫通孔１１２ａおよび第２
貫通孔１１４ａの大きさ，アスペクト比（孔の長さに対
する孔の直径の比）および個数と，中間室１１８内に導
入される処理ガスの供給量と，生成室１１６および成膜
室１２０から排気される排気量とにより設定および調整
される構成となっている。そして，本実施の形態におい
ては，中間室１１８内の圧力は，数十ｍＴｏｒｒである
ことが好ましい。また，中間室１１８内の圧力は，中間
室１１８内でのスパッタ粒子の平均自由行程の３〜５倍
が，中間室１１８の縦方向の距離，すなわち第１コリメ
ータ１１２と第２コリメータ１１４との距離となるよう
に，ガス供給量と排気能力とを制御し，または第１コリ
メータ１１２と第２コリメータ１１４とを配置すること
によっても，これを調整することとする。なお，中間室
１１８の圧力の調整は，第１貫通孔１１２ａおよび第２
貫通孔１１４ａの形状の変更によっても，行うことがで
きることは言うまでもない。

【００３３】また，ガス導入管１４４よりも下方で，か
つ第２コリメータ１１４よりも上方の中間室１１８の側
壁１１８ａには，例えば表面が陽極酸化処理されたアル
ミニウムから成る，略環状の堆積防止板１４６が配置さ
れている。この堆積防止板１４６は，第２コリメータ１
１４上に堆積する堆積物，例えばアルミニウム粒子が，
中間室１１８の側壁と電気的に導通して，電位分布が破
壊されることを防止するために設けられている。

【００３４】次に，第２コリメータ１１４の下方に形成
される成膜室１２０について説明すると，載置台１０６
の載置面上に載置されるウェハＷよりも上方で，かつ第
２コリメータ１１４よりも下方である，成膜室１２０の
側壁１２０ａの所定の４方向の位置には，第２排気管１
４８が接続されている。この第２排気管１４８には，不
図示の真空引き手段，例えばクライオポンプが接続され
ており，この真空引き手段の作動により，成膜室１２０
内は所定の減圧雰囲気にまで真空引きされる構成となっ
ている。そして，本実施の形態においては，成膜室内１
２０内の圧力は，例えば１ｍＴｏｒｒであることが好ま
しい。また，成膜室１２０内の圧力は，成膜室１２０内
でのスパッタ粒子の平均自由行程が，第２コリメータ１
１４とウェハＷとの距離の３〜５倍または５倍以上とな
るように，ガス供給量と排気能力とを制御し，または第
２コリメータ１１４を配置することによっても，これを
調整することとする。なお，成膜室１２０内と生成室１
１６内の圧力は，実質的に同じ圧力値または異なる圧力
値であっても，本発明は実施可能であることは言うまで
もない。

【００３５】次に，本実施の形態にかかる，スパッタリ
ング粒子の入射エネルギーの減衰の構成について説明す
る。スパッタリング粒子は，中間室１１８内に導入され
ている処理ガスの分子に衝突すると，ウェハＷ基板への
入射エネルギーが衰退する。すなわち，スパッタリング
粒子が，処理ガスの分子に，例えば３回程度衝突した場
合には，概算するとスパッタリング粒子の入射エネルギ
ーは，中間室１１８内への入射時に，例えば６．４ｅＶ
であれば０．８ｅＶ程度までに減衰される。また，スパ
ッタリング粒子が，処理ガスの分子に，例えば６回程度
衝突した場合には，概算するとスパッタリング粒子の入
射エネルギーは，中間室１１８内への入射時に，例えば
６．４ｅＶであれば０．１ｅＶ程度までに減衰される。
このように，ウェハＷに入射するスパッタリング粒子の
入射エネルギーを減衰させることにより，ウェハＷの被
処理面における付着係数を制御することが可能となる。

【００３６】そして，このスパッタリング粒子の入射エ
ネルギーの減衰構成と，ウェハＷの温度の適切な制御に
よって，スパッタリング粒子の付着係数が減少し，ステ
ップカバレジを向上させることができる。なお，この付
着係数の制御を行う場合には，ステップカバレジの良さ
を保つために，ウェハＷに対するスパッタリング粒子の
入射方向性を大きいまま保持することが好ましい。従っ
て，本実施の形態においては，中間室１１８よりも成膜
室１２０の圧力雰囲気を低くすることによって，中間室
１１８において入射方向性が減少したスパッタリング粒
子の入射方向性を回復，かつ向上させる構成となってい
る。

【００３７】そこで，本実施の形態においては，スパッ
タリング粒子の入射エネルギーや，第１コリメータ１１
２および第２コリメータ１１４のアスペクト比，すなわ
ち第１貫通孔１１２ａおよび第２貫通孔１１４ａに形成
されている孔の長さに対する孔の径の比などの種々の条
件を鑑み，第１コリメータ１１２と第２コリメータ１１
４との距離を，中間室１１８の平均自由行程で割った値
であるＬｃｏｌ／ｌｃを，例えば３〜６の範囲内で設定
することとする。従って，第１コリメータ１１２および
第２コリメータ１１４は，

【００３８】

【数１】

【００３９】の式が成立するように，処理室１０４内に
設けられることが好ましい。なお，ｌは孔の長さであ
り，ａは孔の半径であり，Ｑは実際の流量であり，Ｑ０
は代表的な流量であり，Ｌｄｉｓはマグネトロン放電空
間におけるターゲット・コリメータ間の距離であり，Ｌ
ｃｏｌは中間室１１８におけるコリメータ間の距離であ
る。また，本実施の形態においては，Ｌｃｏｌは，生成
室１１６および成膜室１２０の排気効率とは，無関係な
量であるものとみなせることは言うまでもない。すなわ
ち，スパッタリング粒子の入射エネルギーは，中間室１
１８の圧力を固定したまま，第１コリメータ１１２と第
２コリメータ１１４との距離を変更することによっても
制御することができる。

【００４０】以上説明したように，本実施の形態におい
ては，処理室１０４内に第１コリメータ１１２および第
２コリメータ１１４を設けて，これら第１コリメータ１
１２と第２コリメータ１１４との間に中間室１１８を形
成する。そして，この中間室１１８の圧力雰囲気を，中
間室１１８の上方および下方に形成されるプラズマ生成
室１１６および成膜室１２０の圧力雰囲気よりも大きく
する。その結果，スパッタリング粒子がウェハＷ方向に
飛翔する際に，比較的高密度の処理ガスが満たされてい
る中間室１１８を通過するため，スパッタリング粒子が
処理ガスの分子に衝突して入射エネルギーが減衰し，ス
パッタリング粒子の付着係数が減少して，ステップカバ
レジを向上させることが可能となる。

【００４１】また，スパッタリング粒子の入射エネルギ
ーが減衰することによって，スパッタリング粒子がウェ
ハＷの被処理面に被着した際の瞬間的な温度上昇が軽減
されるため，被処理面の配線膜の粒界が小さく緻密とな
ってバンブー構造になり難くなり，エレクトロマイグレ
ーションによる断線が生じ難くなる。従って，均一な処
理を施すこともできる。さらに，スパッタリング粒子
が，第２コリメータ１１４を通過することにより飛翔方
向が規制され，所望の入射角度分布でスパッタリング粒
子をウェハＷに被着させることができる。

【００４２】本実施の形態にかかるスパッタ装置１００
は，以上のように構成されており，例えばこのスパッタ
装置１００を用いて，ウェハＷの被処理面に成膜処理を
施す場合について説明する。

【００４３】まず，成膜室１２０内の載置台１０６の載
置面に載置されたウェハＷは，不図示の機械的クランプ
により所定の位置に保持されるとともに，載置台１０６
内に内装されている不図示のヒータにより，ウェハＷを
例えば２００゜Ｃにまで加熱する。次いで，中間室１１
８内には，不図示のガス供給源から，例えばＡｒガスが
ガス導入管１４４を介して導入されるとともに，生成室
１１６および成膜室１２０に接続されている真空引き手
段の作動により，生成室１１６内および成膜室１２０内
は真空引きされる。すると，中間室１１８内に導入され
たＡｒガスは，第１コリメータ１１２および第２コリメ
ータ１１４にそれぞれ穿設されている，第１貫通孔１１
２ａおよび第２貫通孔１１４ａを介して，真空引きされ
ている生成室１１６内および成膜室１２０内に導入され
る。

【００４４】その結果，中間室１１８と生成室１１６と
の間に設けられている第１コリメータ１１２と，中間室
１１８と成膜室１２０との間に設けられている第２コリ
メータ１１４とにより，中間室１１８と生成室１１６お
よび中間室１１８と成膜室１２０との間に圧力差が生じ
る。そして，本実施の形態においては，中間室１１８内
の圧力雰囲気は，例えば数十ｍＴｏｒｒに設定され，生
成室１１６内および成膜室１２０内の圧力雰囲気は，例
えば数ｍＴｏｒｒに設定される。また，処理時の中間室
１１８内，生成室１１６内および成膜室１２０内の圧力
調整は，中間室１１８内に導入されるＡｒガスの供給量
や，生成室１１６内および成膜室１２０内の排気量を適
宜調整することで行われ，常時所望の圧力雰囲気に維持
される構成となっている。

【００４５】さらに，第１磁気コイル１３８および第２
磁気コイル１４０に対して，所定の電力を印加すること
により，生成室１１６内に配置されている主ターゲット
１２４，および第１補助ターゲット１３０の近傍に所望
の磁界を形成させる。そして，種々の処理条件が整った
後，主ターゲット１２４に対して第１可変直流電源１２
８から，例えば３００〜７００Ｖの高圧直流電圧を印加
するとともに，第１補助ターゲット１３０に対して第２
可変直流電源から例えば２００〜６００Ｖの高圧直流電
圧を印加する。

【００４６】すると，陰極となる主ターゲット１２４お
よび第１補助ターゲット１３０と，接地され陽極となる
成膜室１２０内の載置台１０６の載置面に保持されてい
るウェハＷまたは第１コリメータ１１２との間に電位差
が生じる。また，本実施の形態においては，生成室１１
６の底面に配置される第１コリメータ１１２には，接地
されている補助電極１１２ｃが形成され，これにより同
電位差で比較すると高電界が得られるために，生成室１
１６内のマグネトロン放電はさらに促進される。そし
て，このマグネトロン放電により，例えばアルミニウム
から成る主ターゲット１２４および第１補助ターゲット
１３０に，Ａｒイオン粒子が衝突し，弾き出されたスパ
ッタリング粒子，すなわちアルミニウム粒子がウェハＷ
の被処理面に被着する。なお，本実施の形態のおいて
は，主ターゲット１２４の他に，第１補助ターゲット１
３０および第２補助ターゲット１３６が設けられている
ため，アルミニウム粒子の生成領域が拡大し，ウェハＷ
の被処理面の全面に渡って均一な成膜処理を行うことが
可能である。

【００４７】また，第１磁気コイル１３８により，主タ
ーゲット１２４の近傍には直交電磁界が形成されてお
り，二次電子がトラップされるとともに，イオン化が促
進され，プラズマの生成効率が向上する。そして，処理
時には，主ターゲット１２４の近傍に第１磁気コイルと
略同径のプラズマのリングが形成される。さらに，第２
磁気コイル１４０によって，第１補助ターゲット１３０
の近傍にも磁界が形成されており，この磁界により第１
補助ターゲット１３０から弾かれたアルミニウム粒子
が，従来成膜し難かったウェハＷの周縁部に被着し，さ
らに均一な成膜処理を施すことができる。

【００４８】ところで，アルミニウム粒子がウェハＷ方
向に飛翔する際には，第１コリメータ１１２，中間室１
１８および第２コリメータ１１４を通過する。まず，ア
ルミニウム粒子が，第１コリメータ１１２を通過する際
に，第１回目のアルミニウム粒子の飛翔方向の規制が行
われる。すなわち，ウェハＷの被処理面に対して略垂直
方向に飛翔するアルミニウム粒子のみが第１コリメータ
の第１貫通孔１１２ａを通過し，中間室１１８内に入射
する。なお，処理ガスは，中間室１１８内から第１貫通
孔１１２ａを介して，プラズマ生成室１１６内に導入さ
れているが，スパッタリング粒子であるアルミニウム粒
子の入射エネルギーが大きいため，処理ガスの流れ方向
に逆らって，中間室１１８内に入射する構成となってい
る。

【００４９】そして，中間室１１８内に入射したアルミ
ニウム粒子は，処理ガスであるＡｒガスの分子に衝突す
る。なお，本実施の形態においては，アルミニウム粒子
の入射エネルギーや，第１コリメータ１１２および第２
コリメータ１１４のアスペクト比などの種々の条件を鑑
み，アルミニウム粒子を，中間室１１８内のＡｒガスの
分子に，数回衝突させて，アルミニウム粒子の数ｅＶの
入射エネルギーを，１桁から２桁程度小さい値に減衰さ
せる構成となっている。具体的には，前述した第１コリ
メータ１１２と第２コリメータ１１４との距離を，中間
室１１８の平均自由行程で割った値であるＬｃｏｌ／ｌ
ｃを，例えば３〜６の範囲内で設定し，式（１）が成立
するように，第１コリメータ１１２および第２コリメー
タ１１４が，処理室１０４内に配置されている。

【００５０】そして，中間室１１８内で入射エネルギー
が減衰されたアルミニウム粒子は，第２コリメータ１１
４を通過する際に，第２回目の飛翔方向の規制が行われ
る。すなわち，ウェハＷの被処理面に対して略垂直方向
に飛翔するアルミニウム粒子が，主に第２コリメータの
第２貫通孔１１４ａを通過し，成膜室１２０内に入射す
る。また，第２コリメータ１１４は，アルミニウム粒子
の飛翔方向の規制だけでなく，中間室１１８内で入射エ
ネルギーの大部分を失い，運動の指向性が低下している
アルミニウム粒子の運動の指向性を回復させることがで
きる。すなわち，中間室１１８内よりも成膜室１２０内
の圧力雰囲気の方が低いため，処理ガスとアルミニウム
粒子の流れは，第２コリメータ１１４の第２貫通孔１１
４ａから，成膜室１２０内のウェハＷの被処理面に向か
って，一種の噴流となるため，アルミニウム粒子の運動
の指向性が回復する。さらに，成膜室１２０を低圧力に
保持したまま，第２コリメータ１１４とウェハＷとの距
離を長くすることによっても，アルミニウム粒子の指向
性を向上させることができる。なお，第２コリメータ１
１４とウェハＷとの距離を長くした場合には，処理室１
０４の縦方向の中心軸から処理室１０４の側壁を離した
方が，よりアルミニウム粒子の指向性を向上させること
ができる。

【００５１】そして，本実施の形態に係る種々の構成に
より最適化された，すなわち略水平面での分布が均一化
されたアルミニウム粒子が，ウェハＷの被処理面上の，
例えば溝内に所望の指向性および所望の入射方向性を持
って，入射および堆積して，所望の電極や配線が形成さ
れる。

【００５２】次に，本実施の形態に係るスパッタ装置１
００における，スパッタリング粒子の入射方向性および
付着係数の制御と，ウェハＷにおける成膜形成との関係
について図２〜９を参照しながら説明する。

【００５３】まず，図２〜５に示した図は，スパッタリ
ング粒子，例えばアルミニウム粒子のウェハＷの被処理
面に対する付着係数が所定の大きい値で固定され，具体
的には，付着係数（Ｓ）が１．０の全付着の場合のウェ
ハＷの被処理面に形成された溝の内部の成膜状態の入射
方向性のみによる変化を概略的に表したものである。

【００５４】そしてまず，図２は，入射方向性λ’を
１．０に制御した場合の成膜状態を示したもので，入射
方向性が低いため，ウェハＷ上の微細な溝の開放端を覆
うように膜が形成されてしまい，溝内にスパッタリング
粒子が入射し難くなって，溝内の側面や底面における成
膜性が低下してしまう。また，図３は入射方向性λ’を
２．０，図４は入射方向性λ’を４．０，図５は入射方
向性λ’を８．０にそれぞれ制御した場合の成膜状態を
示したものである。これら図３〜５からもわかるよう
に，入射方向性の上昇に伴って，溝の開放端の上方には
膜が形成され難くなり，溝内の底面における成膜性が向
上するが，付着係数が比較的高いため，溝内の側面が成
膜され難い。

【００５５】次に，図６〜９に示した図は，スパッタリ
ング粒子，例えばアルミニウム粒子のウェハＷの被処理
面に対する付着係数が所定の小さい値で固定され，具体
的には，付着係数（Ｓ）が０．０１の場合のウェハＷの
被処理面に形成された溝の内部の成膜状態の入射方向性
のみによる変化を概略的に表したものである。

【００５６】まず，図６は，入射方向性λ’を１．０に
制御した場合の成膜状態を示したものである。ここで
は，付着係数が図２〜５のものよりも小さく設定されて
いるために，溝内の側面における成膜性が向上するが，
入射方向性が低いため，溝内の成膜よりも先に，溝の開
放端が膜で覆われてしまい，溝内に空間，いわゆるボイ
ドが形成されてしまうことがわかる。また，図７は入射
方向性λ’を２．０，図８は入射方向性λ’を３．０，
図９は入射方向性をλ’を４．０にそれぞれ制御した場
合の成膜状態を示したものである。これら図７〜９に示
したように，入射方向性の向上に伴って，溝の開放端の
上方での成膜が抑制され，かつ付着係数が小さく設定さ
れている。従って，溝内の底面から上部方向，および側
面から対向する側面方向に向かって均一な成膜がなさ
れ，溝内に空間が生じることなく，パターンの初期形状
に略平行，かつパターン上の各点で略同厚な成膜処理が
ウェハＷに施されていることがわかる。

【００５７】従って，本実施の形態にかかるスパッタ装
置１００においては，ウェハＷに入射するスパッタリン
グ粒子を，中間室１１８内の処理ガスの分子に衝突させ
ることにより，スパッタリング粒子の入射エネルギーを
減衰させて，付着係数が減少するように制御を行う。そ
して，中間室１１８と成膜室１２０との間のコンダクタ
ンスは小さめに設定されており，スパッタリング粒子が
第２コリメータ１１４を通過する際に，入射方向性が向
上するように構成されているため，ステップカバレジか
向上し，ウェハＷに対して所望の均一な成膜処理を施す
ことができる。

【００５８】（第２の実施の形態）次に，本発明にかか
るプラズマ装置の第２の実施の形態について図１０を参
照しながら説明すると，かかるスパッタ装置２００は，
上述したスパッタ装置１００と同様に，導電性素材から
成る略円筒形状の処理容器２０２を備えており，その内
部に処理室２０４が形成される構成となっている。ま
た，処理室２０４の下方には，ウェハＷを載置可能な載
置台１０６が設けられている。

【００５９】また，載置台１０６と処理室１０４内の天
井部に取り付けられたターゲット１２４との間には，導
電性素材から成り略円盤状の本実施の形態に係る第１コ
リメータ２０６と第２コリメータ２０８とが，上述した
第１コリメータ１１２と第２コリメータ１１４と同様に
して処理室１０４内に配置される構成となっている。従
って，処理室１０４内には，上述したスパッタ装置１０
０と同様に，生成室２１０と，中間室２１２と，成膜室
２１４とが形成される構成となっている。

【００６０】また，第１コリメータ２０６と第２コリメ
ータ２０８には，それぞれ，複数の第１貫通孔２０６ａ
と第２貫通孔２０８ａとが穿設される構成となってい
る。これら第１貫通孔２０６ａと第２貫通孔２０８ａと
は，例えば３〜５個のハニカム形状の孔構造をしてい
る。さらに，各第１貫通孔２０６ａと第２貫通孔２０８
ａとのアスペクト比は，例えば１：１に設定される構成
となっている。従って，中間室２１２内に満たされた処
理ガスを，所望の状態で生成室２１０と成膜室２１４と
に供給することができると共に，中間室２１２内の処理
ガスと，生成室２１２内から飛翔したスパッタリング粒
子との衝突回数をさらに増加させることができる。さら
に，スパッタリング粒子を，中間室２１２内から成膜室
２１４内に所望の方向性をもって飛翔させることができ
る。また，第１コリメータ２０６には，接地線１２２が
接続されている。なお，上述した接地線１１０による接
地と，接地線１２２による接地とは，必ずしも両方同時
に行う必要はなく，少なくとも接地線１１０による接地
又は接地線１２２による接地のいずれか一方を行う構成
とすればよいことは言うまでもない。

【００６１】次に，本実施の形態にかかる生成室２１０
と，中間室２１２と，成膜室２１４との構成について順
次説明する。まず，生成室２１０について説明すると，
生成室２１０内の天井部で，載置台１０６と対向する位
置には，上述したスパッタ装置１００と同様に，第１支
持部材１２６を介して所定の成膜材料から成るターゲッ
ト１２４が取り付けられている。また，このターゲット
１２４には，可変直流電源１２８から所定の高圧直流電
力が印加される構成となっている。さらに，ターゲット
１２４の上方の処理用器１０２外壁部には，ターゲット
１２４の近傍に所定の磁界を形成可能な磁気コイル１３
８が設けられる構成となっている。

【００６２】また，生成室２１０の内部側壁には，図１
１に示したように，所定の４方向から第１排気管１４２
が接続されると共に，生成室２１０と第１排気管１４２
との間には，第１排気経路２１６が形成される構成とな
っている。そして，この第１排気経路２１６の内径は，
生成室２１０内から第１排気管１４２方向に向かうにつ
れて，小さくなるように構成されている。従って，かか
る第１排気経路２１６により，処理ガスの気体分子が第
１排気管１４２の開口部付近に集中し易くなり，排気効
率を向上させることができる。

【００６３】次に，本実施の形態に係る中間室２１２に
ついて，再び図１０を参照しながら説明する。中間室２
１２は，上述の如く第１コリメータ２０６と第２コリメ
ータ２０８との間に形成されると共に，中間室２０６の
内部側壁には，所定の４方向からガス導入管１４４が接
続される構成となっている。また，中間室２１２の容積
は，生成室２１０及び成膜室２１４の容積の２倍以上の
大きさに設定されていると共に，中間室２１２の内径
は，第１コリメータ２０６及び第２コリメータ２０８の
直径よりも大きく設定される構成となっている。従っ
て，中間室２１２の容積が生成室２１０及び成膜室２１
４の容積よりも相対的に大きく設定されているため，中
間室２１２内の処理ガスの排気が不均一となって局所的
に圧力雰囲気が低下した場合でも，中間室２１２内全体
としての圧力雰囲気を所望の状態に保つことができる。

【００６４】また，中間室２１２内には，上述したガス
導入管１４４とは別に，本実施の形態に係る略環状のガ
ス供給部材２１８が配置されている。このガス供給部材
２１８は，図１２に示したように，中間室２１２の内部
側壁から張り出した，例えば２本のガス供給管２２０に
よって支持されると共に，ガス導入管１４４の開口部と
対向する位置に配置される構成となっている。従って，
処理時には，ガス供給部材２１８にガス導入管１４４か
ら供給される処理ガスが吹き付けられるため，ガス供給
部材２１８の表面にスパッタリング粒子が付着し難くな
るように構成されている。

【００６５】また，ガス供給部材２１８には，中間室２
１２内の中心方向に処理ガスを吐出可能な複数のガス吐
出孔２１８ａが形成される構成となっている。従って，
スパッタリング粒子が最も多く通過する中間室２１２の
中心部分を，局所的に高い圧力雰囲気にしてガス密度を
高めることができるため，スパッタリング粒子の衝突回
数を大幅に増加させることができる。その結果，スパッ
タリング粒子の制御がさらに容易となり，ウェハＷに対
してさらに均一な成膜処理を施すことができる。

【００６６】また，ガス供給部材２１８は，上述した構
成に限られず，例えば図１３に示したガス供給部材３０
０を中間室２１２内に配置した構成としても良い。この
ガス供給部材３００は，中間室２１２の内部側壁から張
り出し，支持部材を兼ねるガス供給管３０２に接続され
る略管状のバッファ部材３００ａと，このバッファ部材
３００ａの大きさよりも相対的に小さい略管状の第１ガ
ス吐出部材３００ｂと，それらバッファ部材３００ａと
第１ガス吐出部材３００ｂとを接続する略管状の第２ガ
ス吐出部材３００ｃとから構成されている。また，ガス
供給部材３００は，例えば中間室２１２の横方向の断面
上の回転方向に９０゜おきに，合計４個配置される構成
となっている。

【００６７】そして，バッファ部材３００ａ内には，ガ
ス供給管３０２から供給される処理ガスを一旦蓄えるた
めのバッファ部となる不図示の空間部が形成される構成
となっている。また，バッファ部材３００ａと第１ガス
吐出部材３００ｂとは，複数本，例えば８本の第２ガス
吐出部材３００ｃによって接続される構成となってい
る。

【００６８】また，第１ガス吐出部材３００ｂの管内形
状と第２ガス吐出部材３００ｃの管内形状とは，それぞ
れ略同一に構成されている。すなわち，図１４及び図１
５を参照しながら第２ガス吐出部材３００ｃを例に挙げ
て説明すると，第２ガス吐出部材３００ｃの管内には，
バッファ部材３００ａ内の空間部に接続された内管３０
４が配置されている。この内管３０４は，複数の支持部
材３０６を介して第２ガス吐出部材３００ｃの内壁面に
取り付けられる構成となっている。

【００６９】また，第２ガス吐出部材３００ｃには，中
間室２１２と第２ガス吐出部材３００ｃ内とを連通する
スリット部３００ｃ’が形成されていると共に，内管３
０４には上記スリット部３００ｃ’の対極方向に向かっ
て開口する貫通孔３０４ａが複数形成されている。従っ
て，処理ガスは，内管３０４から貫通孔３０４ａを介し
て，第２ガス吐出部材３００ｃの内壁面と内管３０４の
外壁面との間の空間部に一旦蓄えられた後，スリット部
３００ｃ’から吐出されるため，処理ガスを均一に吐出
させることができる。なお，貫通孔３０４ａは，スリッ
ト部３００ｃ’と同方向に開口していなければ，いかな
る方向に開口していても良いことは言うまでもない。ま
た，上記例では，内管３０４に複数の貫通孔３０４ａを
設けた構成としたが，貫通孔３０４ａに代えてスリット
を設けても良い。

【００７０】ここで，ガス供給部材３００からの処理ガ
スの吐出構成について説明する。まず，ガス供給管３０
２からガス供給部材３００に供給された処理ガスは，バ
ッファ部材３００ａに形成された空間部内に一旦蓄えら
れる。次いで，その処理ガスは，第２ガス吐出部材３０
０ｃに内装された内管３０４内を通過し，その一部が貫
通孔３０４ａを介して，上述の如く第２ガス吐出部材３
００ｃの内壁面と，内管３０４の外壁面との間の空間部
に再び蓄えられる。次いで，その処理ガスは，第２ガス
供給部材３００ｃの上部に形成されたスリット部３００
ｃ’を介して，中間室２１２内の中心方向に吐出される
構成となっている。

【００７１】また，貫通孔３０４ａへ流出しなかった処
理ガスは，そのまま内管３０４内を通過し，第１ガス吐
出部材３００ｂ内の不図示の内管内に供給される。次い
で，処理ガスは，上述した第２ガス吐出部材３００ｃと
同様に，内管に配置された不図示の貫通孔，および第１
ガス吐出部材３００ｂの内壁面と内管の外壁面との間の
不図示の空間部を介して，第１ガス吐出部材３００ｂの
上部に形成されたスリット部３００ｂ’から中間室２１
２内の中心方向に吐出される構成となっている。

【００７２】なお，上述したスリット部３００ｂ’及び
スリット部３００ｃ’を備えたガス供給部材３００に変
えて，図１６に示したガス供給部材５００を配置した構
成としても良い。このガス供給部材５００は，第１ガス
吐出部材部材３００ｂ及び第２ガス吐出部材３００ｃの
スリット部３００ｂ’及びスリット部３００ｃ’が形成
されていた位置に，複数のガス吐出孔５０２を配置した
構成となっている。そして，処理時には，そのガス吐出
孔５０２から中間室２１２内の中心方向に処理ガスを吐
出させる構成となっている。

【００７３】さらに，図１７に示したガス供給部材６０
０を，中間室２１２内に配置した構成としても良い。こ
のガス供給部材６００は，略環状のバッファ部材６０２
と，バッファ部材６０２よりも径が小さく，そのバッフ
ァ部材６０２の内側に配置される略環状の第１ガス吐出
部材６０４と，バッファ部材６０２と第１ガス吐出部材
６０４とを接続する略管状の第２ガス吐出部材６０６と
から構成されている。また，バッファ部材６０２は，そ
の内部に処理ガスを蓄えるバッファ部となる不図示の空
間部が形成されていると共に，この空間部と，中間室２
１２の内部側壁から張り出し，支持部材を兼ねるガス供
給管６０８とが連通するように接続される構成となって
いる。さらに，第２ガス吐出部材６０６は，ガス供給部
材６００に複数本，例えば８本設けられる構成となって
いる。また，第１ガス吐出部材６０４内には，不図示の
空間部が形成されていると共に，第１ガス吐出部材６０
４と第２ガス吐出部材６０６とには，それぞれに対応す
るスリット部６０４ａと６０６ａとが形成される構成と
なっている。

【００７４】そして，処理時には，ガス供給管６０２か
ら供給された処理ガスが，バッファ部材６０２内の空間
部内に一旦蓄えられた後，第２ガス吐出部材６０６内に
供給される。次いで，その処理ガスの一部は，第２ガス
吐出部材６０６の上部に配置されたスリット部６０６ａ
から，中間室２１２内の中心方向に吐出される。さら
に，そのスリット部６０６ａから吐出されなかった処理
ガスは，第１ガス吐出部材６０４内に供給された後，第
１ガス吐出部材６０４の上部に配置されたスリット部６
０４ａから，中間室２１２内の中心方向に吐出される構
成となっている。なお，図１８に示したガス供給部材７
００のように，ガス供給部材６００のスリット部６０４
ａ及びスリット部６０６ａが形成されていた位置に，貫
通孔７０２を配置した構成としても良いことは，言うま
でもない。

【００７５】以上のように，中間室２１２内にガス供給
部材３００，５００，６００，７００を配置した構成と
しても，上述したガス供給部材２１８と同様に，中間室
２１２内の中心部を局所的に高い圧力雰囲気にすること
ができる。

【００７６】次に，第２コリメータ２０８の下方に形成
される成膜室２１４について，再び図１０を参照しなが
ら説明する。成膜室２１４内の下方には，上述の如くウ
ェハＷを載置する載置台１０６が配置される。また，成
膜室２１４の内部側壁には，所定の４方向から第２排気
管１４８が接続されると共に，成膜室２１４と第２排気
管１４８との間には，上述した第１排気経路２１６と略
同形の第２排気経路２２２が形成される構成となってい
る。従って，上述した第１排気経路２１６と同様に，第
２排気経路２２２によって，処理ガスの気体分子が第２
排気管１４８の開口部付近に集中し易くなり，排気効率
を向上させることができる。

【００７７】第２の実施の形態に係るスパッタ装置２０
０は，以上のように構成されている。次に，このスパッ
タ装置２００を用いて，ウェハＷの被処理面に成膜処理
を施す場合について，図１０を参照しながら説明する。

【００７８】まず，上述したスパッタ装置１００と同様
に，成膜室２１４内の載置台１０６の載置面に載置され
たウェハＷは，不図示の機械的クランプにより所定の位
置に保持されるとともに，載置台１０６内に内装されて
いる不図示のヒータにより，ウェハＷを例えば２００゜
Ｃにまで加熱する。次いで，中間室２１２内に，不図示
のガス供給源からガス導入管１４４を介して処理ガス，
例えばＡｒガスを導入すると共に，さらに，中間室２１
２内に配置されたガス供給部材２１８のガス吐出孔２１
８ａからも，例えばＡｒガスを供給する。同時に，真空
引き手段の作動により，排気管１４２と排気管１４８と
を介して，それぞれに対応する生成室２１０内と成膜室
２１４内を，例えば数ｍＴｏｒｒにまで真空引きする。
これにより，中間室２１２内に導入されたＡｒガスは，
第１コリメータ２０６に穿設された第１貫通孔２０６ａ
と，第２コリメータ２０８に穿設された第２貫通孔２０
８ａとを介して，真空引きされている生成室２１０内と
成膜室２１４内とに導かれる。

【００７９】その結果，第１コリメータ２０６と，第２
コリメータ２０８とを隔てて，中間室２１２と生成室２
１０，および中間室２１２と成膜室２１４との間で圧力
差が生じる。そして，本実施の形態においても，上述し
たスパッタ装置１００と同様に，中間室２１２内の圧力
雰囲気は，例えば数十ｍＴｏｒｒに設定され，生成室２
１０内及び成膜室２１４内の圧力雰囲気は，例えば数ｍ
Ｔｏｒｒに設定される構成となっている。また，処理時
における中間室２１２内と，生成室２１０内と，成膜室
２１４内との圧力雰囲気の調整は，ガス導入管１４４と
ガス供給部材２１８とから中間室２１２内に導入される
処理ガスの供給量や，生成室２１０内と成膜室２１４内
との排気量を適宜調整することにより行われ，常時所望
の圧力雰囲気に維持される構成となっている。

【００８０】また，同時に，磁気コイル１３８に対し
て，所定の電力を印加することにより，生成室２１０内
に配置されているターゲット１２４の近傍に所望の磁界
を形成させる。そして，種々の処理条件が整った後，タ
ーゲット１２４に対して可変直流電源１２８から，例え
ば３００〜７００Ｖの高圧直流電圧を印加する。この電
力の印加により，陰極となるターゲット１２４と，陽極
となる載置台１０６上のウェハＷとの間に電位差が生じ
る。なお，陽極を第１コリメータ２０６としても良いこ
とは，言うまでもない。

【００８１】次いで，その電位差によって生じたマグネ
トロン放電により，例えばアルミニウムから成る主ター
ゲット１２４にＡｒイオン粒子が衝突し，弾き出された
スパッタリング粒子，すなわちアルミニウム粒子がウェ
ハＷ方向に飛翔する。また，磁気コイル１３８により，
ターゲット１２４の近傍には直交電磁界が形成されてい
るため，二次電子がトラップされると共に，イオン化が
促進され，プラズマの生成効率が向上する。

【００８２】ところで，アルミニウム粒子がウェハＷ方
向に飛翔する際には，第１コリメータ２０６と，中間室
２１２と，第２コリメータ２１４とを通過するため，上
述したスパッタ装置１００と同様に，それら第１コリメ
ータ２０６と，中間室２１２と，第２コリメータ２１４
とでアルミニウム粒子の方向性の制御等が行われる。す
なわち，まず第１回目のアルミニウム粒子の飛翔方向の
規制は，アルミニウム粒子が第１コリメータ２０６を通
過する際に行われる。この際，ウェハＷの被処理面に対
して略垂直方向に飛翔するアルミニウム粒子のみが，第
１貫通孔２０６ａ内を通過し，中間室２１２内に入射す
る構成となっている。なお，処理ガスは，中間室２１２
内から第１貫通孔２０６ａを介して，プラズマ生成室２
１０内に導入されているが，スパッタリング粒子である
アルミニウム粒子の入射エネルギーが大きいため，処理
ガスのガス流に逆らって，中間室２１２内に入射する構
成となっている。

【００８３】次いで，中間室２１２内に入射したアルミ
ニウム粒子は，処理ガスであるＡｒガスの分子に衝突す
る。また，本実施の形態においても，上述したスパッタ
装置１００と同様に，アルミニウム粒子の入射エネルギ
ーや，第１コリメータ２０６及び第２コリメータ２０８
のアスペクト比などの種々の条件を鑑み，アルミニウム
粒子を中間室２１２内のＡｒガスの分子に数回衝突させ
て，アルミニウム粒子の数ｅＶの入射エネルギーを，１
桁から２桁程度小さい値に減衰させる構成となってい
る。なお，その構成については，上述したスパッタ装置
１００と同様であるため，その詳細な説明は省略する。

【００８４】また，本実施の形態に係るスパッタ装置２
００は，上述の如く中間室２１２の容積が生成室２１０
及び成膜室２１４の容積よりも２倍以上に設定され，か
つ中間室２１２の内径が第１コリメータ２０６及び第２
コリメータ２０８の直径よりも大きく設定されている。
従って，仮に，中間室２１２内の圧力雰囲気が，局所的
に下がった場合にも，中間室２１２内全体としての圧力
雰囲気を常時所望の状態に維持することができるため
に，アルミニウム粒子を所望の状態でＡｒガスの分子に
衝突させることができる。さらに，中間室２１２内に配
置されたガス供給部材２１８により，中間室２１２内の
中心部の圧力雰囲気を局所的に高めることもできるため
に，アルミニウム粒子の衝突回数を大幅に増やし，入射
エネルギーをさらに減衰させることもできる。

【００８５】次いで，中間室２１２内で所望の状態に入
射エネルギーが減衰されたアルミニウム粒子は，第２コ
リメータ２０８を通過する際に，第２回目の飛翔方向の
規制が行われる。すなわち，この第２回目の飛翔方向の
規制は，上述した第１回目の飛翔方向の規制と同様に，
第２貫通孔２０８ａ内にウェハＷの被処理面に対して略
垂直方向に飛翔するアルミニウム粒子を主に通過させ，
成膜室２１４内に入射させる構成となっている。また，
第２コリメータ２１４は，上述したスパッタ装置１００
を同様に，アルミニウム粒子の飛翔方向の規制だけでな
く，中間室２１２内で入射エネルギーの大部分を失い，
運動の指向性が低下しているアルミニウム粒子の運動の
指向性を回復させる役割も果たしている。なお，その構
成については，上述したスパッタ装置１００と同様であ
るため，その詳細な説明は省略する。

【００８６】そして，上述した種々の構成により最適化
され，すなわち略水平面での分布が均一化されたアルミ
ニウム粒子のみが，ウェハＷの被処理面上の例えば溝内
（コンタクトホール内）に所望の付着係数及び所望の入
射方向性をもって入射，堆積するため，所望の電極が形
成される構成となっている。

【００８７】第２の実施の形態に係るスパッタ装置２０
０は，以上のように構成されており，中間室２１２の容
積が生成室２１０及び成膜室２１４の容積よりも２倍以
上に設定され，かつ中間室２１２の内径が第１コリメー
タ２０６及び第２コリメータ２０８の直径よりも大きく
設定されているため，中間室２１２内の圧力雰囲気を常
時所望の状態に維持することができる。また，中間室２
１２内には，ガス供給部材２１８が配置されているた
め，中間室２１２内の中心部の圧力雰囲気を局所的に高
めて，スパッタリング粒子の衝突回数を大幅に増やすこ
とができ，スパッタリング粒子をさらに容易に制御する
ことができる。

【００８８】（第３の実施の形態）次に，第３の実施の
形態に係るスパッタ装置４００について，図１９を参照
しながら説明する。なお，かかるスパッタ装置４００
は，中間室２１２の構成以外は上述したスパッタ装置１
００と同様に構成されているため，その特徴的な部分に
ついてのみ詳細に説明する。スパッタ装置４００の中間
室２１２は，上述したスパッタ装置２００の中間室２１
２と同様に，生成室１１６及び成膜室１２０の容積より
も２倍以上に設定されていると共に，中間室２１２の内
径は，後述する第１コリメータ４０２及び第２コリメー
タ４０４の直径よりも大きく設定される構成となってい
る。従って，上述したように中間室２１２内の処理ガス
の排気が不均一となり，局所的に圧力雰囲気が低下した
場合でも，中間室２１２内全体としての圧力雰囲気を所
望の状態に保つことができる。

【００８９】また，中間室２１２と生成室１１６とを隔
てる第１コリメータ４０２と，中間室２１２と成膜室１
２０とを隔てる第２コリメータ４０４とは，上述した第
１コリメータ２０６と第２コリメータ２０８と同様に，
半径上に複数個，例えば３〜５個の第１貫通孔４０２ａ
と第２貫通孔４０４ａとがそれぞれに対応して配置され
る構成となっている。さらに，第１貫通孔４０２ａ及び
第２貫通孔４０４ａのアスペクト比は，それぞれ例えば
１：１に設定される構成となっている。従って，中間室
２１２内の圧力雰囲気を所望の状態に維持することがで
きると共に，生成室１１６と成膜室１２０とに処理ガス
を所望の状態で供給することができる。

【００９０】また，第１コリメータ４０２には，絶縁性
素材から成る，略環状の絶縁リング４０２ｂが介装され
ており，この絶縁リング４０２ｂにより，絶縁リング４
０２ｂの内側に配置され，内側部材となる補助電極４０
２ｃと，絶縁リング４０２ｂの外側に配置される外側部
材４０２ｄとが区画される構成となっている。さらに，
補助電極４０２ｃは，第２接地線１２２により接地され
るため，生成室１１６内のスパッタリング粒子を所望の
状態で，中間室２１２内に飛翔させることができる。

【００９１】第３の実施の形態に係るスパッタ装置４０
０は，以上のように構成されているため，中間室２１２
内の圧力雰囲気を常時所望の状態に維持することができ
ると共に，スパッタリング粒子の衝突回数が大幅に増加
し，スパッタリング粒子をさらに容易に制御することが
できる。なお，かかるスパッタ装置４００を用いて，ウ
ェハに対し成膜処理を施す動作は，上述したスパッタ装
置１００又はスパッタ装置４００と実質的に同一である
ため，その詳細については省略する。また，上述した第
２の実施の形態と同様に，陽極を第１コリメータ４０２
としても良い。

【００９２】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００９３】例えば，上記実施の形態において，第１コ
リメータ１１２および第２コリメータ１１４に穿設され
ている，第１貫通孔１１２ａおよび第２貫通孔１１４ａ
の形状を略ハニカム状とした構成を例に挙げて説明した
が，本発明はかかる構成に限定されず，例えば略円形状
や略楕円形状としてもよい。

【００９４】また，上記実施の形態において，第１コリ
メータ１１２，４０２に補助電極１１２ｃ，４０２ｃを
形成した例を挙げて説明したが，本発明はかかる構成に
限定されず，特に補助電極を設けなくとも本発明は実施
可能である。

【００９５】さらに，上記実施の形態において，生成室
１１６内に主ターゲット１２４，第１補助ターゲット１
３０および第２補助ターゲット１３６を設けた構成を例
に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定され
ず，生成室内にさらに複数の主ターゲットを設けた構成
としてもよく，または主ターゲットのみを設けた構成と
しても，本発明は適用が可能である。

【００９６】さらにまた，上記実施の形態において，処
理ガスを中間室１１８の側面の４方向から供給し，排気
を生成室１１６，２１０および成膜室１２０，２１４の
側面の４方向からそれぞれ行う構成を例に挙げて説明し
たが，本発明はかかる構成に限定されず，要求される成
膜処理に応じて，または本発明を適用する装置に応じ
て，適宜変更しても本発明は実施可能である。

【００９７】そしてまた，上記実施の形態において，主
ターゲット（ターゲット）１２４の上部および第１補助
ターゲット１３０側部に，それぞれ略環状の第１磁気コ
イル（磁気コイル）１３８および第２磁気コイル１４０
を設けた構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる
構成に限定されず，第１磁気コイルおよび第２磁気コイ
ルに変えて，例えば永久磁石から成る第１磁界発生手段
および第２磁界発生手段を設けた構成としてもよい。

【００９８】また，第１磁気コイル（磁気コイル）１３
８および第２磁気コイル１４０の取り付け位置は，処理
状態および本発明が適用される装置構成などにより，適
宜変更できるとともに，さらに複数の磁気コイルを設け
た構成としてもよく，または全く設けない構成としても
本発明は実施可能である。

【００９９】また，上記実施の形態において，中間室２
１２内にガス供給部材２１８又はガス供給部材３００を
配置した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる
構成に限定されず，中間室内の中心方向にガスを供給可
能な部材であれば，いかなる部材を中間室内に配置した
構成としても本発明は実施可能である。従って，ガス供
給部材を，スパッタ粒子の流れに曝さないように構成す
ることも可能である。

【０１００】さらに，上記実施の形態において，生成室
１１６と成膜室１２０との容積，または生成室２１０と
成膜室２１４との容積を略同一の容積に設定した例を挙
げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，中
間室の容積が生成室の容積及び成膜室の容積の２倍以上
の大きさであれば，生成室の容積と成膜室の容積とが異
なる大きさであっても本発明は実施可能である。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
スパッタリング粒子が，第１コリメータおよび第２コリ
メータとの間に形成される中間室内で，処理ガスの分子
に衝突することにより，その入射エネルギーが減衰さ
れ，付着係数が減少する。さらに，このスパッタリング
粒子は，第２コリメータ通過時に指向性を高められた
後，被処理体に入射するため，ステップカバレージが向
上し，被処理体に対して所望の均一な成膜処理が施すこ
とができる。また，スパッタリング粒子の入射エネルギ
ーが減衰することにより，被処理体の被処理面に入射す
る際の温度が低下し，その結果，被処理面をより細かな
構造とすることができる。

【０１０２】また，中間室の容積を，生成室の容積より
も２倍以上の大きさに設定し，かつ成膜室の容積よりも
２倍以上の大きさに設定すると共に，中間室の内径を第
１コリメータ及び第２コリメータの直径よりも大きく設
定したため，中間室内の圧力雰囲気を常時所望の状態に
維持することができる。さらに，中間室内に第２ガス供
給手段を配置したため，中間室内中心部の圧力雰囲気を
局所的に高めて，スパッタリング粒子の処理ガスへの衝
突回数をさらに増加させることができ，スパッタリング
粒子の制御をより容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なスパッタ装置の実施の一形
態を示す概略的な断面図である。

【図２】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図３】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図４】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図５】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図６】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図７】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図８】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図９】図１に示したスパッタ装置によって被処理面上
の溝に所定の条件で成膜処理を施した際の半導体ウェハ
の概略的な断面図である。

【図１０】第２の実施の形態に係るスパッタ装置を示し
た概略的な断面図である。

【図１１】図１０に示したスパッタ装置を同図中のＡ−
Ａ線に沿う平面において切断した概略的な断面図であ
る。

【図１２】図１０に示したスパッタ装置を同図中のＢ−
Ｂ線に沿う平面において切断した概略的な断面図である

【図１３】図１０に示したスパッタ装置に適用可能な他
の実施の形態に係るガス供給部材を説明するための概略
的な説明図である。

【図１４】図１３に示したガス供給部材を説明するため
の概略的な説明図である。

【図１５】図１３に示したガス供給部材を説明するため
の概略的な説明図である。

【図１６】図１０に示したスパッタ装置に適用可能な他
の実施の形態に係るガス供給部材を説明するための概略
的な説明図である。

【図１７】図１０に示したスパッタ装置に適用可能な他
の実施の形態に係るガス供給部材を説明するための概略
的な説明図である。

【図１８】図１０に示したスパッタ装置に適用可能な他
の実施の形態に係るガス供給部材を説明するための概略
的な説明図である。

【図１９】第３の実施の形態に係るスパッタ装置を示し
た概略的な断面図である。

【符号の説明】

１０２ 処理容器 １０４ 処理室 １０６ 載置台 １１２ 第１コリメータ １１２ａ 第１貫通孔 １１２ｃ 補助電極 １１４ 第２コリメータ １１４ａ 第２貫通孔 １１６，２１０ 生成室 １１８，２１２ 中間室 １２０，２１４ 成膜室 １２４ 主ターゲット １３０ 第１補助ターゲット １３６ 第２補助ターゲット ２１８ ガス供給部材 Ｗ ウェハ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に被処理体とターゲットを配置
   し，前記ターゲットによりスパッタされたスパッタリン
   グ粒子の飛翔方向をコリメータにより規制して，前記被
   処理体に被着させるスパッタ装置において：前記処理室
   は，第１コリメータ手段により隔てられ，前記ターゲッ
   トが配置されるプラズマ生成室と，第１および第２コリ
   メータ手段の間に形成される中間室と，前記第２コリメ
   ータ手段により隔てられ，前記被処理体の配置される成
   膜室とに区画され；前記中間室には，所定の処理ガスを
   導入する第１ガス供給手段が接続されるとともに，前記
   プラズマ生成室および前記成膜室には，それぞれ排ガス
   を排気する第１および第２排気手段が接続され；前記中
   間室に導入された処理ガスは，前記プラズマ生成室およ
   び前記成膜室内に，それぞれ前記第１および第２コリメ
   ータ手段を介して導かれるとともに，処理時に，前記中
   間室の圧力雰囲気は，前記プラズマ生成室および前記成
   膜室の圧力雰囲気よりも実質的に大きくなるように調整
   されること；を特徴とする，スパッタ装置。
2. 【請求項２】 前記中間室の容積は，前記プラズマ生成
   室の容積の２倍以上の大きさに設定されることを特徴と
   する，請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 【請求項３】 前記中間室の容積は，前記成膜室の容積
   の２倍以上の大きさに設定されることを特徴とする，請
   求項１に記載のスパッタ装置。
4. 【請求項４】 前記プラズマ生成室の容積と前記成膜室
   の容積とは，略同一の大きさであることを特徴とする，
   請求項２又は３に記載のスパッタ装置。
5. 【請求項５】 前記中間室の内径は，前記第１コリメー
   タ手段の直径及び前記第２コリメータ手段の直径よりも
   大きく設定されることを特徴とする，請求項１に記載の
   スパッタ装置。
6. 【請求項６】 前記中間室内には，前記ガス供給手段と
   は別に，前記中間室内の中心方向に所定の処理ガスを供
   給可能な第２ガス供給手段が配置されていることを特徴
   とする，請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載
   のスパッタ装置。
7. 【請求項７】 処理時の前記中間室の圧力雰囲気は数十
   ｍＴｏｒｒであり，その際の前記プラズマ生成室と前記
   成膜室の圧力雰囲気は数ｍＴｏｒｒであることを特徴と
   する，請求項１，２，３，４，５又は６のいずれかに記
   載のスパッタ装置。
8. 【請求項８】 前記第１コリメータ手段は，導電性素材
   から構成されているとともに，略環状の絶縁部材により
   内側部材と外側部材とに区画され；前記内側部材は，電
   気的に接地されること；を特徴とする，請求項１，２，
   ３，４，５，６又は７のいずれかに記載のスパッタ装
   置。
9. 【請求項９】 前記プラズマ生成室には，直流電力を印
   加可能な第１補助ターゲットが配置されることを特徴と
   する，請求項１，２，３，４，５，６，７又は８のいず
   れかに記載のスパッタ装置。
10. 【請求項１０】 前記プラズマ生成室には，第２補助タ
    ーゲットが電気的フローティング状態に配置されること
    を特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６，７，８
    又は９のいずれかに記載のスパッタ装置。