TWI393798B - 成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

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Tomoyuki Yoshihama
Koukichi Kamada
Kazumasa Horita
Junichi Hamaguchi
Shigeo Nakanishi
Satoru Toyoda
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Ulvac Inc
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Description

成膜裝置及成膜方法
本發明係關於一種用以於被處理體之表面形成被覆膜之成膜裝置及成膜方法，尤其是關於一種採用作為薄膜形成方法之一種之濺鍍法之DC(Direct Current，直流電)磁控方式之成膜裝置及成膜方法。
先前，例如於製作半導體元件之成膜步驟中，使用採用濺鍍法之成膜裝置(以下，稱為「濺鍍裝置」)。
此種用途之濺鍍裝置中，伴隨著近年來之配線圖案之微細化，強烈要求可於應處理之基板之整個表面，對如深度與寬度之比超過3之高縱橫比之微細孔上以良好之被覆性成膜被覆膜，即提高覆蓋率。
通常，上述濺鍍裝置中，例如於靶材之後方(靶材中濺鍍面之相反側)配置有包含使極性交替不同之複數個磁鐵之磁鐵組裝體。利用該磁鐵組裝體而於靶材之前方(露出濺鍍面之空間)產生通道狀之磁場，於靶材之前方捕捉電離之電子及藉由濺鍍而產生之二次電子，藉此提高於靶材之前方之電子密度，從而提高電漿密度。
此種濺鍍裝置中，優先對靶材中受到上述磁場之影響之區域進行濺鍍。因此，就放電之穩定性或靶材之使用效率之提高等觀點而言，若上述區域存在於例如靶材中央附近，則濺鍍時之靶材之沖蝕量於該中央附近變多。
此時，自靶材濺鍍之靶材粒子(例如金屬粒子，以下稱為「濺鍍粒子」)係以相對於基板之鉛垂方向傾斜之角度入射而附著於基板之外周部。
其結果，於將濺鍍裝置用於上述用途之成膜步驟之情形時，先前已知有尤其於基板之外周部形成有非對稱之覆蓋之問題。即，存在於如下問題：在形成於基板之外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜之形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜之形狀相異。
為解決此種問題，例如日本專利特開2008-47661號公報中已知一種於真空腔室內之載置基板之平台之上方，與平台之表面大致平行地配置有第1濺鍍靶材，進而於平台之斜上方配置有朝向相對於平台表面傾斜之方向之第2濺鍍靶材的濺鍍裝置，即包含複數個陰極單元之裝置。
然而，若如日本專利特開2008-47661號公報中所記載般將複數個陰極單元配置於真空腔室內，則存在如下不良情形：裝置構成變得複雜，又需要與靶材之數量對應之濺鍍電源或磁鐵組裝體等，零件數增加、成本增加。進而，靶材之使用效率亦變差，亦存在製造成本增加之不良情形。
本發明係為解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種對形成於基板上之高縱橫比之孔、溝槽或微細圖案以較高被覆性形成被覆膜，且於基板外周部亦可確保與基板之中央部相同水準之被覆性之成膜裝置及成膜方法。
本發明之第1態樣之成膜裝置包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材(被覆膜之母材)對向之方式配置(收納)上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間(濺鍍面之前方)產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其向上述腔室內導入濺鍍氣體；及第2磁場產生部，其包含施加以Iu所定義之電流值且配置於接近上述靶材之位置(靶材附近)之第1產生部、與施加以Id所定義之電流值且配置於接近上述被處理體之位置(被處理體附近)之第2產生部，且以滿足關係式Id<Iu之方式對上述第1產生部及上述第2產生部施加電流，以垂直之磁力線按特定間隔通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場。
本發明之第1態樣之成膜裝置中，較佳為上述Iu及上述Id滿足關係式1<Iu/Id≦3。
本發明之第2態樣之成膜方法係準備如下成膜裝置，該成膜裝置包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材對向之方式配置上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其向上述腔室內導入濺鍍氣體；及第2磁場產生部，其包含配置於接近上述靶材之位置之第1產生部與配置於接近上述被處理體之位置之第2產生部，以垂直之磁力線按特定間隔通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；對上述第1產生部施加以Iu所定義之電流值，對上述第2產生部施加以Id所定義之電流值，以滿足關係式Id<Iu之方式控制對上述第1產生部及上述第2產生部所施加之上述電流值。
本發明之第2態樣之成膜方法中，較佳為以上述Iu與上述Id滿足關係式1<Iu/Id≦3之方式控制對上述第1產生部及上述第2產生部所供給之電流值。
根據本發明，以垂直之磁力線通過靶材之整個表面與被處理體之整個表面之間的方式產生垂直磁場，因此利用濺鍍而自靶材之濺鍍面飛散之帶有正電荷之濺鍍粒子的方向係藉由上述垂直磁場而變化。藉此，濺鍍粒子係相對於被處理體大致垂直地入射並附著。
其結果，藉由在製作半導體元件中之成膜步驟中使用本發明之成膜裝置，可對高縱橫比之孔、溝槽或微細圖案以較高被覆性形成被覆膜。進而，能夠以與被處理體之中央部之被覆性相同水準之被覆性，於被處理體之外周部形成被覆膜。又，解除於處理體之外周部形成非對稱之覆蓋之問題。即，解除於形成在基板之外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜的形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜的形狀不同之問題。
本發明中，關於第2磁場產生部，於將對配置於接近靶材之位置之第1產生部所施加之電流值(第1電流)定義為Iu，將對配置於接近被處理體之位置之第2產生部所施加之電流值(第2電流)定義為Id之情形時，以滿足關係式Id<Iu之方式對第2磁場產生部施加電流。藉此，接近靶材之位置之磁通密度大於接近被處理體之位置之磁通密度，將於接近靶材之位置飛散之濺鍍粒子向被處理體有效地誘導。因此，可對形成於基板上之高縱橫比之孔、溝槽或微細圖案以較高被覆性形成被覆膜。
以下，根據圖式對本發明之成膜裝置及成膜方法之實施形態加以說明。
又，於以下說明中所使用之各圖中，將各構成要素於圖式上設為可識別之程度之大小，因此使各構成要素之尺寸及比率與實際情況適當不同。
如圖1所示，成膜裝置1係DC磁控濺鍍方式之成膜裝置，且包含可生成真空環境之真空腔室2(腔室)。
於真空腔室2之頂部安裝有陰極單元C。
再者，以下說明中，將接近真空腔室2之頂部之位置稱為「上」，將接近真空腔室2之底部之位置稱為「下」。
陰極單元C包含靶材3，靶材3安裝於固持器5上。
進而，陰極單元C包含於露出有靶材3之濺鍍面(下表面)3a之空間(濺鍍面3a之前方)產生通道狀之磁場之第1磁場產生部4。
靶材3係包含根據形成於應處理之基板W(被處理體)上之薄膜之組成而適當選擇之材料例如Cu、Ti、Al或Ta。
靶材3之形狀係對應於應處理之基板W之形狀，以濺鍍面3a之面積大於基板W之表面積之方式利用周知之方法而製作成特定形狀(例如於平面圖中為圓形)。
又，靶材3係電性連接於具有周知之構造之DC電源9(濺鍍電源、直流電源)，且施加特定之負電位。
第1磁場產生部4配置於固持器5上與配置靶材3(濺鍍面3a)之位置相反之位置(上側、靶材3或固持器5之背面側)。
第1磁場產生部4係包含與靶材3平行地配置之磁軛4a、與設置於磁軛4a之下表面之磁鐵4b、4c。
以配置於接近靶材3之位置之磁鐵4b、4c之前端之極性交替不同的方式配置磁鐵4b、4c。
關於磁鐵4b、4c之形狀或個數，就放電之穩定性或靶材之使用效率之提高等觀點而言，根據形成於露出濺鍍面3a之空間(靶材3之前方)之磁場(磁場之形狀或分佈)而適當選擇。
作為磁鐵4b、4c之形狀，例如可採用薄片形狀、棒形狀或適當組合該等形狀之形狀。
又，可於第1磁場產生部4設置移動機構，第1磁場產生部4可藉由移動機構而於靶材3之背面側進行往復運動或旋轉運動。
於真空腔室2之底部，以與靶材3對向之方式配置有平台10。
於平台10上搭載基板W，藉由平台10而決定基板W之位置，且保持基板W。
又，於真空腔室2之側壁，連接有導入氬氣等濺鍍氣體之氣體管11(氣體導入部)之一端，氣體管11之另一端經由質量流量控制器(未圖示)而連通於氣體源。
進而，於真空腔室2，連接有通往包含渦輪分子泵或旋轉泵等之真空排氣部12(排氣部)之排氣管12a。
圖3表示使用成膜裝置1形成被覆膜之基板之一部分，且模式性地表示成膜於基板上之高縱橫比之微細孔及溝槽之構造的剖面圖。圖3中，符號H為高縱橫比之微細孔，符號L為成膜於基板上之薄膜。關於應進行成膜處理之基板W，於Si晶圓表面形成氧化矽膜(絕緣膜)I後，藉由圖案化而於該氧化矽膜中形成高縱橫比之微細孔H。
然而，於先前之成膜方法中，若對靶材3進行濺鍍，則靶材3中受到由第1磁場產生部4所產生之磁場之影響的區域會優先受到濺鍍，在該濺鍍下使得作為靶材粒子之濺鍍粒子飛散。此情形時，在靶材中，如上所述受到磁場之影響之區域會發生沖蝕。又，自靶材飛散出之濺鍍粒子會以相對於基板W之鉛垂方向傾斜之角度入射至基板W之外周部，而附著於基板W上。
若藉由利用此種先前之成膜方法對靶材3進行濺鍍，而於基板W上成膜包含Al或Cu之籽晶層、或包含Ti或Ta之阻隔金屬層等薄膜L，會產生於位於基板W之外周部之微細孔中形成非對稱之覆蓋之問題。即，由於濺鍍粒子以相對於基板W之鉛垂方向傾斜之角度入射並附著於基板W之外周部，而於形成在基板之外周部之微細孔的剖面中，於微細孔之底部與一側壁之間所形成之被覆膜的形狀、與於該底部與另一側壁之間所形成之被覆膜的形狀不同。
與此相對，在本實施形態之成膜裝置1中，如圖2A所示，設置有於靶材3之濺鍍面3a之整個表面及基板W之整個表面之間產生垂直之磁力線M的第2磁場產生部13。第2磁場產生部13包含配置於接近靶材3之位置之上線圈13u(第1產生部)、與配置於接近基板W之位置之下線圈13d(第2產生部)。上線圈13u及下線圈13d係圍繞連結靶材3及基板W之中心之間之基準軸CL之周圍而設置於真空腔室2之外側壁。上線圈13u及下線圈13d係於真空腔室2之上下方向隔開特定間隔。
上線圈13u包含設置於真空腔室2之外側壁之環狀的線圈支持體14，且係藉由在線圈支持體14上捲繞導線15而構成。又，對上線圈13u供給電力(通電)之電源裝置16連接於上線圈13u。下線圈13d包含設置於真空腔室2之外側壁之環狀之線圈支持體14，且係藉由在線圈支持體14上捲繞導線15而構成。又，對下線圈13d供給電力(通電)之電源裝置16連接於下線圈13d(參照圖1、2A、2B)。
線圈之個數、導線15之直徑、或導線15之卷數例如根據靶材3之尺寸、靶材3與基板W之間之距離、電源裝置16之額定電流值或產生之磁場之強度(高斯)而適當設定。
電源裝置16具有包含可任意變更供給至上線圈13u及下線圈13d之各個之電流值及電流之方向的控制電路(未圖示)之周知之構造。本實施形態中，藉由通電而於上線圈13u及下線圈13d之各個中產生磁場，以合成該等磁場之合成磁場於真空腔室2之內部空間內形成垂直之磁場的方式選擇供給至上線圈13u及下線圈13d各自之電流值及電流之方向(例如，線圈電流為15 A，內部空間中之垂直磁場為100高斯)。
再者，本實施形態中，對為任意變更供給至上線圈13u及下線圈13d之各個之電流值及電流之方向，而於上線圈13u及下線圈13d之各個中設置有各電源裝置16之構造進行了說明。本發明並不限定該構成。於以相同電流值及相同電流方向對各線圈13u、13d供給電力之情形時，亦可採用藉由1個電源裝置而對各線圈13u、13d供給電力之構成。
又，本實施形態之成膜裝置1能夠以對上線圈13u所施加之電流值與對下線圈13d所施加之電流值不同之方式控制對線圈13u、13d所施加之電流。
圖2A及圖2B係表示通過靶材3之整個表面及基板W之整個表面之間的垂直之磁力線M(M1、M2)之圖。
圖2A及圖2B中，磁力線M1、M2係使用箭頭來進行圖示，但該箭頭係為便於說明而表示者，並不限定磁場之方向。即，磁力線M1、M2包含自磁鐵之N極朝向S極之方向及自磁鐵之S極朝向N極之方向之雙方。
圖2A表示對上線圈13u所施加之電流值與對下線圈13d所施加之電流值相同之情形時的磁力線M1。
藉由對各線圈施加相同電流值，而以於接近靶材3之位置產生之磁通密度(靶材3附近之磁通密度)、與於接近基板W之位置產生之磁通密度(基板W附近之磁通密度)變得均一的方式控制電流值。另一方面，圖2B表示對上線圈13u所施加之電流值與對下線圈13d所施加之電流值不同之情形時的磁力線M2。
即，圖2B中，對配置於接近靶材3之位置之上線圈13u施加較對配置於接近基板W之位置之下線圈13d所施加之電流(Id)更大的電流(Iu)。藉此，以靶材3附近之磁通密度大於基板W附近之磁通密度之方式控制真空腔室2內之磁場。
又，於電流(Id)及電流(Iu)之關係中，以滿足關係式1<Iu/Id≦3之方式控制真空腔室2內之磁場。即，Iu之大小為Id之大小之3倍以上。
以上述方式構成之成膜裝置1中，於對靶材3進行濺鍍時自靶材3飛散之濺鍍粒子帶有正電荷之情形時，藉由自靶材3朝向基板W之垂直磁場，而濺鍍粒子飛散之方向變化。藉此，濺鍍粒子係相對於基板W大致垂直地入射並附著於基板W之整個表面。
特別是如圖2B所示，藉由對上線圈13u施加較供給至下線圈13d之電流更大之電流，而可於基板W之整個表面，以良好之被覆性在高縱橫比之微細孔及溝槽H上成膜特定之薄膜L。又，解除於基板W之外周部形成非對稱之覆蓋之問題。即，解除於形成在基板W之外周部之微細孔之剖面中，形成於微細孔之底部與一側壁之間之被覆膜之形狀、與形成於該底部與另一側壁之間之被覆膜之形狀不同的問題。藉此，形成於微細孔內之表面(露出面)之被覆膜之厚度之均一性(面內均一性)提高。
此種本實施形態之成膜裝置1中，決定優先濺鍍之靶材3之區域之第1磁場產生部4保持原樣，藉由第2磁場產生部13之各線圈13u、13d所生成之磁場改變濺鍍粒子飛散之方向。藉此，不會使靶材3之利用效率下降，且不使用如上述先前技術之使用複數個陰極單元之構造，而可降低成膜裝置之製作成本或成膜裝置之運轉成本。
又，成膜裝置1中，僅將上線圈13u及下線圈13d設置於真空腔室2之外側，因此與為使用複數個陰極單元而變更裝置構成之情形相比，本實施形態之裝置構成極其簡單，可藉由改造現存之裝置而實現本實施形態之裝置。
其次，對使用上述成膜裝置1之成膜方法與利用該方法所形成之被覆膜加以說明。
首先，作為形成被覆膜之基板W，準備Si晶圓。於該Si晶圓之表面形成有氧化矽膜I，該氧化矽膜I係採用周知之方法，預先藉由圖案化而形成有配線用之微細孔及溝槽H。
繼而，對藉由使用成膜裝置1之濺鍍，而將作為籽晶層之Cu膜L成膜於Si晶圓之情形加以說明。
首先，使真空排氣部12作動，減壓為真空腔室2內之壓力成為特定之真空度(例如，10-5 Pa左右)。
其次，將基板W搭載於平台10上(Si晶圓)，與此同時，使電源裝置16作動，對上線圈13u及下線圈13d通電，而於靶材3之整個表面及基板W之整個表面之間產生垂直之磁力線M。
繼而，於真空腔室2內之壓力達到特定值後，以特定流量向真空腔室2內導入氬氣等(濺鍍氣體)，並自DC電源9對靶材3施加特定之負電位(輸入電力)。
藉此，於真空腔室2內生成電漿環境。
此時，藉由利用第1磁場產生部4所產生之磁場，而於露出濺鍍面3a之空間(前方空間)中捕捉電離之電子及利用濺鍍而產生之二次電子，於露出有濺鍍面3a之空間產生電漿。
電漿中之氬離子等稀有氣體離子碰撞濺鍍面3a，藉此對濺鍍面3a進行濺鍍，Cu原子或Cu離子自濺鍍面3a朝向基板W飛散。
此時，特別是帶有正電荷之Cu飛散之方向藉由垂直磁場而變更為基板W之鉛垂方向，濺鍍粒子相對於基板W大致垂直地入射並附著於基板W之整個表面。藉此，於基板W之整個表面在微細孔及溝槽H上以良好之被覆性成膜被覆膜。
再者，本實施形態中，已說明對上線圈13u及下線圈13d通電而產生垂直磁場之裝置，但只要為可於靶材3之整個表面及基板W之整個表面之間產生垂直之磁力線M的裝置，則本發明並不限定裝置構造。例如，亦可藉由將周知之燒結磁鐵適當配置於真空腔室之內側或外側而於真空腔室內形成垂直磁場。
(實施例)
其次，對本發明之成膜裝置及成膜方法之實施例進行說明。
本實施例中，使用圖1所示之成膜裝置1，於基板W上成膜Cu膜。
具體而言，準備於Φ 300 mm之Si晶圓表面整體形成有氧化矽膜，且於該氧化矽膜中以周知之方法藉由圖案化而形成有微細溝槽(寬度為40 nm，深度為140 nm)之基板W。又，作為靶材，使用製作成Cu之組成比為99%、濺鍍面之直徑為Φ 400 mm之靶材。將靶材與基板之間之距離設定為400 mm，並且將上線圈13u之下端與靶材3之間之距離及下線圈13d之上端與基板W之間之距離分別設定為50 mm。
再者，作為成膜條件，使用Ar作為濺鍍氣體，將該氣體以15 sccm之流量導入至真空腔室內。又，將供給至靶材之輸入電力設定為18 kW(電流為30 A)。作為供給至各線圈13u、13d之電流值，以於真空腔室內產生朝下之垂直磁場之方式施加負極性之電流值。又，為確認藉由改變電流值所引起之被覆性之變化，使供給至線圈13u、13d之各電流值於-5 A~-40 A之間變化。繼而，將濺鍍時間設定為10秒，於形成有微細溝槽之基板W上成膜Cu膜。再者，以下之說明及圖4、5所示之電流值係使用絕對值來表示。
如上所述，使供給至各線圈13u、13d之電流值變化，於基板W上形成Cu膜後，評估所形成之Cu膜。
評估基準(評估項目)係成膜於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆性、Cu膜成膜後之微細溝槽之最小開口、及底部覆蓋率(成膜於微細溝槽之底部之Cu膜之膜厚與成膜於微細孔之周圍之面的Cu膜之膜厚之比)。圖3係模式性地表示Cu膜成膜之高縱橫比之微細溝槽之剖面圖。
首先，於基板W之外周部，進行形成於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆性評估。
圖4表示於使對各線圈13u、13d施加之電流值變化之情形時，觀察形成於微細溝槽之側壁之Cu膜並評估被覆性之結果。
圖4中，橫軸表示供給至下線圈之電流值，縱軸表示供給至上線圈之電流值。
圖4中，「◎」表示形成於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆率為60%以上，且獲得充分之膜厚，即表示獲得良好之評估結果。又，「○」表示形成於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆率為40%~60%。又，「Δ」表示形成於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆率為20%~40%。又，「×」表示形成於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆率為20%以下。
根據該結果可知，於供給至線圈13u、13d之任一者之電流值為25 A以上，或供給至線圈13u、13d之雙方之電流值為15 A以上之情形時，可於微細溝槽之側壁形成具有充分之膜厚之Cu膜。
又，於供給至兩線圈之電流值為15 A以上之情形時，特別是於供給至兩線圈之電流值為25 A之情形時，成膜Cu膜之狀態良好，關於形成於微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆性，可知電流值越高，越可獲得較高被覆性。
其次，進行成膜Cu膜後之微細溝槽之最小開口之評估。
所謂最小開口，係指成膜Cu膜後之微細孔H之開口部之直徑D(參照圖3)。
圖5表示於使對各線圈13u、13d所施加之電流值變化之情形時，評估成膜Cu膜後之最小開口D之結果。
圖5中，橫軸表示供給至下線圈之電流值，縱軸表示供給至上線圈之電流值。
圖5中，「◎」表示獲得直徑為30 nm以上之充分之最小開口，即表示獲得良好之評估結果。又，「○」表示獲得直徑為20 nm以上之最小開口。「Δ」表示最小開口之直徑為10 nm以下。「×」表示未形成開口。
根據該結果可知，若供給至下線圈13d之電流值為15 A以下，則形成滿足基準之最小開口、即直徑為30 nm以上之充分之最小開口D。特別是於供給至下線圈13d之電流值為5 A之情形時，獲得良好之結果。
又，如圖5所示，可知於供給至下線圈13d之電流(Id)及供給至上線圈13u之電流(Iu)之關係中，以滿足關係式1<Iu/Id≦3之方式控制電流之情形時，獲得良好之評估結果。
其次，根據成膜於微細溝槽之底部之Cu膜之膜厚、與成膜於微細孔之周圍之面之Cu膜的膜厚，計算並評估底部覆蓋率。
該評估中，於Cu凝聚之評估及微細溝槽之最小開口之評估均滿足基準，特別是Cu凝聚之評估中獲得良好之結果之條件下算出底部覆蓋率。
於供給至上線圈及下線圈各自之電流值為15 A及15 A之條件與為25 A及15 A之條件下，Cu凝聚及最小開口之結果均為良好。因此，關於在該等條件下成膜之微細溝槽之底部之Cu膜的膜厚與微細孔之周圍之面之Cu膜，算出底部覆蓋率。
分別測定形成於圖3所示之微細孔之周圍之面的膜之厚度Ta、與形成於微細孔之底面之膜之厚度Tb，算出厚度Tb除以厚度Ta所得之值即底部覆蓋率(Tb/Ta)。
表1中表示算出底部覆蓋率之結果。
表1表示算出基板W之中央部(基板中心部至半徑20 mm以內之區域)及外周部(距離基板中心僅距離130 mm之基板之外側區域(外周部))之底部覆蓋率之結果。於基板W之中央部，測定微細孔之底部中央部之底部覆蓋率(Tb(1)/Ta)。
另一方面，考慮濺鍍粒子以傾斜之角度入射並附著於基板W之外周部之情形，測定微細孔底部之兩端部之底部覆蓋率(Tb(2)/Ta、Tb(3)/Ta)。
根據表1，供給至上線圈及下線圈各自之電流值為25 A及15 A(條件1)之情形時之底部覆蓋率之百分比係較於供給至上線圈及下線圈之各個之電流值為15 A及15 A(條件2)之情形時之底部覆蓋率之百分比更高。
根據該結果可知，藉由使供給至上線圈之電流值大於供給至下線圈之電流值，而如圖2B所示，靶材附近之磁通密度大於被處理體附近之磁通密度，將於靶材附近飛散之濺鍍粒子向被處理體(基板W)有效地誘導，因此底部覆蓋率得以改善。
根據以上結果可知，於供給至上線圈及下線圈各自之電流值為25 A及15 A之條件下成膜於基板W上之Cu膜係於形成在微細溝槽之側壁之Cu膜之被覆性、成膜Cu膜後之微細溝槽之最小開口、及底部覆蓋率之評估中為良好之膜。
本發明可廣泛適用於用以於被處理體之表面形成被覆膜之成膜裝置及成膜方法，特別是可適用於採用作為薄膜形成方法之一種之濺鍍法的DC磁控方式之成膜裝置及成膜方法。
1．．．成膜裝置
2．．．真空腔室
3．．．靶材
3a．．．濺鍍面
4．．．第1磁場產生部
4a．．．磁軛
4b、4c．．．磁鐵
5．．．固持器
9．．．DC電源(濺鍍電源)
10．．．平台
11．．．氣體管
12．．．真空排氣部
12a．．．排氣管
13．．．第2磁場產生部
13d．．．下線圈(第2產生部)
13u．．．上線圈(第1產生部)
14．．．線圈支持體
15．．．導線
16．．．電源裝置
C．．．陰極單元
CL．．．基準軸
D．．．直徑
H．．．微細孔
I．．．氧化矽膜
L．．．薄膜
M、M1、M2．．．磁力線
Ta、Tb(1)、Tb(2)、Tb(3)．．．厚度
W．．．基板(被處理體)
圖1係模式性地表示本發明之成膜裝置之構造之剖面圖。
圖2A係表示本發明之成膜裝置中產生垂直磁場之狀態之模式圖。
圖2B係表示本發明之成膜裝置中產生垂直磁場之狀態之模式圖。
圖3係模式性地表示成膜於基板上之高縱橫比之微細孔及溝槽之構造的剖面圖。
圖4係表示供給至上線圈及下線圈各自之電流值、與評估形成於側壁之被覆膜之被覆性之結果的關係之圖。
圖5係表示供給至上線圈及下線圈各自之電流值、與評估微細孔之最小開口之結果的關係之圖。
1．．．成膜裝置
2．．．真空腔室
3．．．靶材
3a．．．濺鍍面
4．．．第1磁場產生部
4a．．．磁軛
4b、4c．．．磁鐵
5．．．固持器
9．．．DC電源(濺鍍電源)
10．．．平台
11．．．氣體管
12．．．真空排氣部
12a．．．排氣管
13．．．第2磁場產生部
13d．．．下線圈(第2產生部)
13u．．．上線圈(第1產生部)
14．．．線圈支持體
15．．．導線
16．．．電源裝置
C．．．陰極單元
CL．．．基準軸
M．．．磁力線
W．．．基板(被處理體)

Claims (4)

  1. 一種成膜裝置，其特徵在於包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材為對向之方式配置上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其向上述腔室內導入濺鍍氣體；及第2磁場產生部，其包含被施加以Iu定義之電流值且配置於接近上述靶材之位置之第1產生部、與被施加以Id定義之電流值且配置於接近上述被處理體之位置之第2產生部，且以滿足關係式Id<Iu之方式對上述第1產生部及上述第2產生部施加電流，而以使垂直之磁力線按特定間隔通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場。
  2. 如請求項1之成膜裝置，其中上述Iu及上述Id滿足關係式1<Iu/Id≦3。
  3. 一種成膜方法，其特徵在於：準備如下之成膜裝置，該成膜裝置包含：腔室，其包含以具有成膜面之被處理體與具有濺鍍面之靶材為對向之方式配置上述被處理體及上述靶材之雙方之內部空間；排氣部，其對上述腔室內進行減壓；第1磁場產生部，其於露出有上述濺鍍面之上述內部空間產生磁場；直流電源，其對上述靶材施加負直流電壓；氣體導入部，其向上述腔室內導入濺鍍氣體；及第2磁場產生部，其包含配置於接近上述靶材之位置之第1產生部與配置於接近上述被處理體之位置之第2產生部，且以使垂直之磁力線按特定間隔通過上述濺鍍面之整個表面與上述被處理體之上述成膜面之整個表面之間的方式產生垂直磁場；對上述第1產生部施加以Iu定義之電流值，對上述第2產生部施加以Id定義之電流值，及以滿足關係式Id<Iu之方式控制對上述第1產生部及上述第2產生部施加之上述電流值。
  4. 如請求項3之成膜方法，其中以上述Iu與上述Id滿足關係式1<Iu/Id≦3之方式，控制對上述第1產生部及上述第2產生部供給之電流值。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX345403B (es) 2009-05-13 2017-01-30 Sio2 Medical Products Inc Revestimiento por pecvd utilizando un precursor organosilícico.
US9458536B2 (en) 2009-07-02 2016-10-04 Sio2 Medical Products, Inc. PECVD coating methods for capped syringes, cartridges and other articles
US11624115B2 (en) 2010-05-12 2023-04-11 Sio2 Medical Products, Inc. Syringe with PECVD lubrication
US9878101B2 (en) 2010-11-12 2018-01-30 Sio2 Medical Products, Inc. Cyclic olefin polymer vessels and vessel coating methods
US9272095B2 (en) 2011-04-01 2016-03-01 Sio2 Medical Products, Inc. Vessels, contact surfaces, and coating and inspection apparatus and methods
US10060021B2 (en) 2011-09-22 2018-08-28 Shibaura Institute Of Technology Thin-film formation method, thin-film formation device, object to be processed having coating film formed thereof, die and tool
EP2776603B1 (en) 2011-11-11 2019-03-06 SiO2 Medical Products, Inc. PASSIVATION, pH PROTECTIVE OR LUBRICITY COATING FOR PHARMACEUTICAL PACKAGE, COATING PROCESS AND APPARATUS
US11116695B2 (en) 2011-11-11 2021-09-14 Sio2 Medical Products, Inc. Blood sample collection tube
CA2887352A1 (en) 2012-05-09 2013-11-14 Sio2 Medical Products, Inc. Saccharide protective coating for pharmaceutical package
EP2914762B1 (en) 2012-11-01 2020-05-13 SiO2 Medical Products, Inc. Coating inspection method
US9903782B2 (en) 2012-11-16 2018-02-27 Sio2 Medical Products, Inc. Method and apparatus for detecting rapid barrier coating integrity characteristics
US9764093B2 (en) 2012-11-30 2017-09-19 Sio2 Medical Products, Inc. Controlling the uniformity of PECVD deposition
WO2014085348A2 (en) 2012-11-30 2014-06-05 Sio2 Medical Products, Inc. Controlling the uniformity of pecvd deposition on medical syringes, cartridges, and the like
US9662450B2 (en) 2013-03-01 2017-05-30 Sio2 Medical Products, Inc. Plasma or CVD pre-treatment for lubricated pharmaceutical package, coating process and apparatus
US9937099B2 (en) 2013-03-11 2018-04-10 Sio2 Medical Products, Inc. Trilayer coated pharmaceutical packaging with low oxygen transmission rate
KR102472240B1 (ko) 2013-03-11 2022-11-30 에스아이오2 메디컬 프로덕츠, 인크. 코팅된 패키징
WO2014144926A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Sio2 Medical Products, Inc. Coating method
JP6202098B2 (ja) * 2013-09-10 2017-09-27 株式会社島津製作所 成膜装置および成膜方法
US11066745B2 (en) 2014-03-28 2021-07-20 Sio2 Medical Products, Inc. Antistatic coatings for plastic vessels
US11077233B2 (en) 2015-08-18 2021-08-03 Sio2 Medical Products, Inc. Pharmaceutical and other packaging with low oxygen transmission rate
US11345991B2 (en) * 2018-09-27 2022-05-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device, method and machine of manufacture

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63223173A (ja) * 1987-03-11 1988-09-16 Hitachi Ltd 基板処理方法およびその装置
TW200926906A (en) * 2007-09-26 2009-06-16 Shinmaywa Ind Ltd Sheet plasma film forming apparatus

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60136230A (ja) * 1983-12-24 1985-07-19 Ulvac Corp 基板表面の整形装置
JPH01132765A (ja) * 1987-11-19 1989-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd マグネトロンスパッタ装置
US4911814A (en) * 1988-02-08 1990-03-27 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Thin film forming apparatus and ion source utilizing sputtering with microwave plasma
JPH02156536A (ja) * 1988-12-08 1990-06-15 Hitachi Ltd 膜形成方法およびそれに用いるスパッタ装置ならびにこれを用いた高集積型半導体装置の製造方法
JPH03111563A (ja) * 1989-09-26 1991-05-13 Ube Ind Ltd イオンアシストスパッタリング方法および装置
US6264812B1 (en) * 1995-11-15 2001-07-24 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for generating a plasma
US6514390B1 (en) * 1996-10-17 2003-02-04 Applied Materials, Inc. Method to eliminate coil sputtering in an ICP source
US6730196B2 (en) * 2002-08-01 2004-05-04 Applied Materials, Inc. Auxiliary electromagnets in a magnetron sputter reactor
US7504006B2 (en) * 2002-08-01 2009-03-17 Applied Materials, Inc. Self-ionized and capacitively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US7686926B2 (en) * 2004-05-26 2010-03-30 Applied Materials, Inc. Multi-step process for forming a metal barrier in a sputter reactor
US7527713B2 (en) * 2004-05-26 2009-05-05 Applied Materials, Inc. Variable quadruple electromagnet array in plasma processing
US7618521B2 (en) * 2005-03-18 2009-11-17 Applied Materials, Inc. Split magnet ring on a magnetron sputter chamber
US7846310B2 (en) * 2006-12-13 2010-12-07 Applied Materials, Inc. Encapsulated and water cooled electromagnet array

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63223173A (ja) * 1987-03-11 1988-09-16 Hitachi Ltd 基板処理方法およびその装置
TW200926906A (en) * 2007-09-26 2009-06-16 Shinmaywa Ind Ltd Sheet plasma film forming apparatus

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