WO2007066548A1 - シートプラズマ成膜装置 - Google Patents

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Masao Marunaka
Takayuki Tsuchiya
Atsuhiro Terakura
Kiyoshi Takeuchi
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Shinmaywa Industries, Ltd.
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    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material

Definitions

  • the 002 2 column-shaped plasm is embedded with a pair of stones that face the same (for example) man and generate a strong repulsive field, and a high-density topaz can be formed in it ().
  • this topaz is guided to the interval between and, and the target (stutter) is attached to the stutter using the charged particles (ions) in the topaz.
  • a stuttering technique has been developed in which the stutterer is passed through a topraz and scattered and deposited on the ionized surface (2).
  • the sopras gun capable of discharging the sopras toward the aforesaid Topraz, which has transportation spaces, is arranged so as to face each other with the space between them, and has a space that is continuous with the space between them, and is arranged so that they face each other and sandwich the space between them.
  • the two stages of the sospraz are spread by a magnetic field of a pair of the stages of the two so as to spread along the main part including the core while moving between the two.
  • Plas is a device that deflects from the surface by the pair of magnetic fields of the second stage while moving between the above.
  • the topraz is biased in a plane based on its surface, and thus the device can be made to have good properties.
  • the orientation of the stutter is improved, and the wiring by the positive groove stucco of the slot groove is improved.
  • the fruits are demonstrated.
  • the pair of the two steps is a pair of a, and the normal to the a-face of the a may be configured to be inclined with respect to the above.
  • the topraz can be appropriately biased from the plane based on the electromagnetic field.
  • the target and a target holder for mounting the target and a holder for mounting the material of the target knocked out by the charged particles in the topraz are provided.
  • the plaques are spaced apart from each other with the tongue-shaped plaques sandwiched in between, and the tongue-shaped plaques are arranged to face each other in the space. It may have a protrusion only in the shape of a plasm.
  • Topraz is based on a magnetic field, it is expected that the grooves in the above-mentioned sta- tus will be inserted correctly.
  • the above-mentioned plaster may be fixed. Then, in this case, the normal line of the a-plane of the a may be inclined to the target side so as to form a predetermined angle.
  • the corner limit may be set.
  • 015 indicates the topaz device of the light state It is a figure.
  • 3 3 is a diagram that carefully depicts the situation of the charges for the standing target due to the electric particles of Topraz, with and without Topraz.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the topaz device according to the light state.
  • the topaz device of this embodiment will be described below with reference to the drawing. [0119] For convenience sake, the direction of the plasmo transfer is shown in the figure and the direction of 24 24 (rear) is shown in this direction. Now, let us describe the composition of this topaz device by taking the direction that is corrected to these Z and direction as the X direction.
  • the topaz of the 002 embodiment has a z-shape on the Z surface shown in, and, as seen from () of the plasm, the plasm gun 4 that generates the plasm with a high density and the directional axis are centered. Centered on a cylindrical (for example, glass made of stainless steel) Topraz 2 and the direction axis It is composed of a non-shaped (for example, stainless steel) 3 and the like. These 423s are kept airtight through the passages that transport the plasm.
  • Plas gun 4 has a discharge () capable of decompressing, and a lunge (sound) is arranged across this gap in the direction of this plasm gun 4.
  • This lung dish is equipped with a sod that emits plasmic electrons, and is provided with a gas introducing means () between them as discharge gas separated by the discharge.
  • a pair of good g , G () are arranged.
  • the above-mentioned socket is connected to the pole terminal of the power supply via a resistor, and the below-mentioned node is connected to the power pole terminal.
  • Good G is connected to the pole terminal of the power source via a resistor, and Good G is connected to the pole terminal of the power source via a resistor 2.
  • a plasm which is a combination of charged particles and electrons, is formed between the plasmons 4.
  • a plasmon gun 4 is used, which enables high-density plasmon to and from the sononode (rear) by supplying a large current to the power supply.
  • a circle-shaped ai (ii) is placed around the plasmon 4 so as to surround the plasman 4, and a current is applied to the line 2 of the plasma 4 so that the plasma 4 is surrounded. Is based on the world
  • a Z-direction pattern is formed. Due to such a Z-direction arrangement, the electric particles that make up the plasm move in the Z direction (direction toward the anode) while moving around the magnetic field lines in the Z direction, and these electric particles move.
  • the plasm as a coalescence of particles is a cylindrical Sos-plasm (below, plasm 22) that is distributed around the transmission center P (2 in the Z direction. Topraz 2 is pulled out through the passage () that exists between the other Topraz 2 and the other.
  • Topraz 2 has a columnar shape centered on the Z axis.
  • a pump 25 for example, Tabopon
  • a pump 25 for example, Tabopon
  • the topras 2 is surrounded by the toppings 2).
  • the wire in the line 2-23 is energized with a flow with the S side on the sod side and the side on the anod side.
  • Topaz 2 (2) is sandwiched in the Z direction (closer to the anod) of the 2 23, and the 2) is oriented in the X direction so that (2) is opposite to each other.
  • a pair of 24 24 (of which is a step) extending in the direction of is separated by a predetermined distance.
  • 2 is an abbreviation of Topraz's method
  • 2 (a) is a plane parallel to the X plane near the Z center of the stone
  • 2 b is a plane parallel to the Z plane near the center of the stone. Of the surface.
  • the field of A23 of 2 forms the initial degree component z acting in the Z direction of the circular plasm 22 before reaching 2424.
  • the position of 2 a 23 and the line of 2 a 23 are set. It is necessary to set the flow rate. If a positive relationship between the two is not maintained, the state of the plasm when the cylindrical plasm 22 is transformed into the topraz 27 (for example, the occurrence of a loose angle), and the cylindrical plasm 22 is unified. It is considered to expand.
  • a pair of 24 24 planes are formed close to the transport center P and a pair of magnetic fluxes is formed.
  • a pair of magnetic fluences X is formed parallel to the transport center P.
  • the charged particles in the cylindrical plasm 22 move in the direction of compressing the cylindrical plasm 22 toward the transport center P, as indicated by the mark 2 (a). Go around Transport Center P while turning around.
  • This X moves the charged particles in the cylindrical plasm 22 by moving the charged particles in the direction of the cylindrical plasm 22 along S (xZ), which is indicated by the mark 2 (a). While going around the magnetic field lines, it goes away from the transport center P. Then, the cylindrical plasm 22 is transformed into the topraz 27 along the S while the topraz 2 is moved in the Z direction, due to the fact that the 2's a and 24 24 are used. In addition, it can be adjusted by changing the thickness and distribution of the electric particle size of Topraz 27 and these z zO.
  • Vacuum 3 is pulled out via the stud-like bottom neck 28 of Topraz 27, which is located between the wall of vacuum 3 in the direction of 2.
  • the bottlenecks 28 are designed for proper passage through the Topraz 27.
  • a stapling device that takes out the target in the Topraz 27 and the C material of 35 as a stutter is adopted.
  • 3 is further divided in the up-down direction () by the part that accommodates the plate-shaped target 35 with the center between the bottlenecks 28 and the corresponding horizontal plane (Z) as a boundary. It can be understood as being divided into two parts, that is, the target parts and the part divided by the plate-shaped 34 storage part.
  • the target 35 while the target 35 is attached to the target hodder 35, the target 35 is stored in the target space located in the center of the target, and the actuator () connects the target 35 to the target space. It is configured to be mobile.
  • the base 34 when mounted on the hod 34, is housed in the space located in the middle of the center, and is configured so that it can be moved to () by the actuator ().
  • 002 is a space for transporting the components of Topraz 27 in the vacuum 3 described above. However, in the present embodiment, as will be described later, it is possible to enter the part of the Topraz 27 between the targets by touching the Topraz 27 with the field.
  • the targets 35 and 34 are arranged in opposition to each other in the topaz 27 (, with a certain suitable distance in the direction () of the topaz 27 from each other. It is.
  • the target 35 is the noise generated by the DC power supply 3 during the scanning process.
  • 34 is the noise caused by the DC power supply 2 during the standing process.
  • An anod is placed on the three walls of the table, and a Plas 29 is provided between this wall and the anod.
  • the anod is positively charged (for example) with the sod and thereby plays a role in collecting the charged particles (particularly the electrons) in the Topraz 27 due to the direct ac eclectic between the sod and the anod.
  • Topraz 27 is converged toward Anod to suppress the dispersion of (of Topraz 27, and the particles of Topraz 27 are anodized. Can be properly recovered.
  • Steps) are paired with each other, and the vacuum 3 sandwiches 3 so that the side walls face each other.
  • the 3's a 32 and the 4's a) face each other.
  • 32 3 is arranged so that it is tilted in the Z plane with respect to S of Topraz 27.
  • the 3's 32 are the lines of the 3's 32.
  • Topraz 27 is While moving in the Z direction of 3, the shape is shaped so as to properly suppress the dispersion as a field.
  • the curve 27 has an upper part 27 that is maximally deviated from S of the topraz 27, and the face of the target 35 is located in the upper part 27.
  • the bevel angle is set to prevent charged particles in 27.
  • the top wiring 27 is based on the
  • Figure 3 is a diagram that conceptually depicts the situation of topaz charges by the topaz's electric particles with and without topaz, and 3 (a) is a topaz.
  • Fig. 3 (b) is a diagram corresponding to the case without Topraz.
  • the positive ion in Topraz 27 is set to (3) for the surface area of target 35, which is 3 b.
  • the degree distribution of C) in the case of the stabbing out by means of the same direction in the region of the target 35.
  • the random components for example, in the direction enlarged to the plane of the target 35
  • it will not be able to enter the section and will be piled up near this mouth, which will cause a blockage of this portion, which will lead to a good condition.
  • Topraz 27 even when Topraz 27 is used, the ions emitted from Topraz 27, shown in 3 (a), collide directly with the surface area of the target 35, and this ion The stutter that is knocked out by a collision, like 3b, is discharged toward the Topraz 27 with a certain degree of distribution. On the other hand, the stapler ejected from the part of the target 35 and entered the topraz 27. , 3 (a), the inclined portion of Topraz 27 is ionized at an angle, and as a result, it is considered that Topraz 27 has a slightly different directivity from the use of the blade.
  • the target, 35 parts are released toward the topraz 27, and because they traverse the other parts of the target, the topraz 27, they do not affect the use of the topaz 27, and
  • the main component is the direction perpendicular to the surface, and the distribution is centered around this direction.
  • the stutter emitted from the part of the target 35 toward the topraz 27 and the slanted part of the topraz 27 cross the slope of the topraz 27, and by using the topaz 27, the main component is a predetermined direction, and this direction is the main component.
  • the stuttering with the target 35 and the topraz 27 is as follows: the stutter emitted from the target 35 and the target 35 is directly directed to the base 34. This is because it is suitable for stacking on the surface of wiring and on the wall of wiring because it is directed toward the substrate 34 and its components emitted from the vicinity of the target 35. Inventions are predicted. In addition, this contributes to the direction of the wiring wall stutters and the covering when the wiring stuctures are stacked.
  • the topraz of the present embodiment improves the orientation of the stutter when the stutter is formed by the stuttering of the wiring groove because the topraz 27 is based on the magnetic field.
  • the wiring effect is achieved by the positive grooved slitters of the 34-grooves. (Slot of groove)
  • Figure 4 (a) is a figure corresponding to the case of topaz
  • 4 () is a case of the case where topaz is omitted. It is a corresponding figure.
  • the lamellas outside the Topraz 27 song (for example, the sky, the target, and the electric current) were the same between them.
  • the direction of movement of the topraz can be adjusted appropriately, and it is useful, for example, in a stapling device that stutters the target with the electric particles of the topraz.

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Abstract

　本発明のシートプラズマ成膜装置（１００）は、ソースプラズマ（２２）を輸送方向に向けて放出可能なプラズマガン（４０）と、輸送方向に延びた輸送空間（２１）を有するシートプラズマ変形室（２０）と、互いに同極同士を向き合わせ、輸送空間（２１）を挟むように配置される第１の磁界発生手段の対（２４Ａ、２４Ｂ）と、輸送空間（２１）に連通した成膜空間（３１）を有する成膜室（３０）と、互いに異極同士を向き合わせ、成膜空間を挟むように配置される第２の磁界発生手段の対（３２、３３）と、を備え、ソースプラズマ（２２）は輸送空間（２１）を移動する間に第１の磁界発生手段の対（２４Ａ、２４Ｂ）の磁界により中心を含む主面Ｓに沿ってシート状に拡げ、シート状のプラズマ２７が成膜空間（３１）を移動する間に第２の磁界発生手段の対（３２、３３）の磁界により主面Ｓから凸状に偏倚する装置である。

Description

明 細 書
シートプラズマ成膜装置
技術分野
[0001] 本発明は、シートプラズマ成膜装置に係り、更に詳しくは、シート状プラズマ中の荷 電粒子のターゲット衝突による真空スパッタリング技術の改良に関する。
背景技術
[0002] 円柱状のプラズマを、同じ磁極 (例えば N極）同士を互いに対向させて強力な反発 磁界を発生するような永久磁石の対で挟み込み、これにより、均一かつ高密度のシ ート状プラズマを形成できることが知られて ヽる (特許文献 1参照)。
[0003] また、このようなシート状プラズマをターゲットと基板との間の成膜空間に導いて、こ れにより、シート状プラズマ中の荷電粒子 (正イオン)を用いたスパッタリングによりタ 一ゲット材料 (スパッタ粒子)を叩き出した後に、当該スパッタ粒子をシート状プラズマ に通して電離させ基板表面に飛散、堆積させるといった、スパッタリング技術が既に 開発されて ヽる (特許文献 2参照)。
特許文献 1：特公平 4— 23400号公報
特許文献 2 :特開 2005— 179767号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 本件発明者等は、半導体デバイスの微細化や高速化に対応して、上記シート状プ ラズマ技術を応用することにより、既存技術では到達困難であった高品質の金属 (例 えば銅)の配線膜を基板上の配線溝に形成すると！ヽぅ真空成膜技術の開発に取り組 んでいる。
[0005] このような開発の過程において、シート状プラズマを、真空成膜室内を跨ぐよう、移 動させる間に、その移動経路として、例えば上記特許文献 2に記載のシートプラズマ 技術をそのまま適用したのでは、成膜粒子 (例えば Cu^パッタ粒子）による基板上の 配線溝の入口が閉塞されるという問題が顕在化した。
[0006] 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シート状プラズマ技術の採 用に際して、基板上の配線溝に形成した配線膜の膜特性を改善可能なシートプラズ マ成膜装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] ところで、本件発明者等による鋭意検討の結果、シート状プラズマを磁界により凸 状に偏倚させることにより、上記課題に適切に対処可能であるという知見が得られた
[0008] 例えば、微細な配線パターンの各配線溝へのスパッタリングによる銅配線形成を想 定した場合、シート状プラズマをその主面カゝら湾曲させることにより、シート状プラズマ 中の荷電粒子 (正イオン）によって叩き出された Cu粒子は、上記特許文献 2に記載 のシート状プラズマ技術に比べて、 Cu粒子による配線溝の入口閉塞を改善しつつ、 Cu粒子の配線溝内部への適正な埋め込みが図れるよう、望ましい方向に揃って、配 線溝に到達することが次第に分力つてきた。
[0009] よって、本発明に係るシートプラズマ成膜装置は、プラズマの輸送方向の中心に対 して略等密度分布するソースプラズマを放電により形成して、前記ソースプラズマを 前記輸送方向に向けて放出可能なプラズマガンと、前記輸送方向に延びた輸送空 間を有するシートプラズマ変形室と、互いに同極同士を向き合わせて、前記輸送空 間を挟むように配置される第 1の磁界発生手段の対と、前記輸送空間に連通した成 膜空間を有する成膜室と、互いに異極同士を向き合わせて、前記成膜空間を挟むよ うに配置される第 2の磁界発生手段の対と、を備えて構成され、前記ソースプラズマ は、前記輸送空間を移動する間に、前記第 1の磁界発生手段の対の磁界により前記 中心を含む主面に沿ってシート状に拡がり、前記シート状のプラズマは、前記成膜空 間を移動する間に、前記第 2の磁界発生手段の対の磁界により前記主面から凸状に 偏倚する装置である。
このようなシートプラズマ成膜装置の構成によれば、シートプラズマをその主面カも磁 界に基づき凸状に偏倚させたことにより、装置の成膜特性の改善が図れる。例えば、 配線溝へのスパッタリングによるスパッタ粒子の堆積に際して、スパッタ粒子の指向 性を改善して、基板の配線溝へのスパッタ粒子の適正な埋め込み効果ゃスパッタ粒 子による配線溝閉塞の改善効果が発揮される。 なおここで、前記第 2の磁界発生手段の対は一対の電磁コイルであり、前記電磁コ ィルのコイル面の法線が、前記主面に対し傾斜して構成されても良 、。
[0010] このようにして、電磁コイルの磁界に基づき、シートプラズマを適切にその主面から 凸状に偏倚させることができる。
[0011] ここで、ターゲットを装着するターゲットホルダと、前記シートプラズマ中の荷電粒子 により叩き出された前記ターゲットの材料を堆積する基板を装着する基板ホルダと、 を備え、前記ターゲットおよび前記基板は、前記シート状のプラズマの厚み方向に間 隔を隔て、かつ前記シート状のプラズマを挟むようにして、前記成膜空間内に互いに 対向して配置され、前記シート状のプラズマは、前記主面力 ターゲットに向力うよう 、前記シート状のプラズマの厚み方向に突出した湾曲部を有しても良 、。
シートプラズマを磁界に基づき湾曲させれば、上記スパッタ粒子の配線溝への適正 な埋め込み効果や配線溝閉塞改善効果が期待される。
なお、前記シート状のプラズマを、略一定の曲率半径により湾曲させても良い。そし てこの場合、前記電磁コイルの各々のコイル面の法線力 前記ターゲット側に傾斜す るよう、前記主面と所定の傾斜角をなしても良い。
[0012] また、前記シート状のプラズマの湾曲部は、前記主面から最大に偏倚した頂上部を 有し、前記ターゲットの表面力 前記頂上部に位置するシート状のプラズマ中の荷電 粒子に曝されないよう、前記傾斜角の上限が設定されても良い。
このような構成によれば、シートプラズマとターゲットとの接触（回路的に導通状態） を未然に回避して、ターゲットに適切にバイアス電圧 (マイナス電圧）を印加でき好適 である。
[0013] 本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好 適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、基板上の配線溝に形成した配線膜の膜特性を改善可能なシート プラズマ成膜装置が得られる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は、本発明の実施形態に係るシートプラズマ成膜装置の構成例を示す概略 図である。
圆 2]図 2は、シートプラズマの形成法の概略を説明する模式図である。
[図 3]図 3は、シートプラズマを湾曲させた場合と、そうさせな力つた場合とにおいて、 シートプラズマの荷電粒子によるスパッタリングターゲットの材料の飛散状況を概念 的に描いた図である。
[図 4]図 4は、シートプラズマを湾曲させた場合と、そうさせな力つた場合において、基 板上の配線溝への Cu粒子堆積実験結果の断面写真を模写した図である。
符号の説明
11 フランジ
12 第 1の電磁コイル
20 シートプラズマ変形室
21 輸送空間
22 円柱プラズマ
23 第 2の電磁コイル
24A、 24B 棒磁石
25、 36 真空ポンプ
26、 37 ノ レブ
27 シートプラズマ
27A 湾曲部
27B 頂点部
28 ボトルネック部
29 通路
30 真空成膜室
31 成膜空間
32 第 3の電磁コイル
33 第 4の電磁コイル
32A、 33A コイル面
32B、 33B 法線 34A 基板ホルダ
34B 基板
35 A ターゲットホルダ
35B ターゲット
38 永久磁石
40 プラズマガン
50 配線溝
51 Cu堆積膜
52 空孔
100 シートプラズマ成膜装置
A アノード
K 力ソード
P 輸送中心
S 主面
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図 1は、本発明の実施形態に係るシートプラズマ成膜装置の構成例を示す概略 図である。
[0018] 以下、図 1を参照しながら本実施形態のシートプラズマ成膜装置について説明する
[0019] なおここでは便宜上、図 1に示す如ぐプラズマ輸送の方向を Z方向にとり、この Z方 向に直交し、かつ棒磁石 24A、 24B (後記）の磁ィ匕方向を Y方向にとり、これらの Z方 向および Y方向の両方に直交する方向を X方向にとって、このシートプラズマ成膜装 置の構成を述べる。
[0020] 本実施形態のシートプラズマ成膜装置 100は、図 1に示す如く YZ平面において略 十字形をなしており、プラズマ輸送の方向（Z方向）から見て順番に、プラズマを高密 度に生成するプラズマガン 40と、 Z方向の軸を中心とした円筒状の非磁性 (例えばス テンレス製やガラス製)のシートプラズマ変形室 20と、 Y方向の軸を中心とした円筒 状の非磁性 (例えばステンレス製)の真空成膜室 30と、を備えて構成されている。な おこれらの各部 40、 20、 30は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を 保って連通されている。
プラズマガン 40は、減圧可能な放電空間（不図示）を有し、このプラズマガン 40の Z 方向の一端は、この放電空間を塞ぐようにフランジ 11 (力ソードマウント）が配置され ている。このフランジ 11には、プラズマ放電誘発用の熱電子を放出する力ソード が 配置されているとともに、斯カゝる放電により電離される放電ガスとしてのアルゴン (Ar) ガスをこの放電空間に導くガス導入手段 (不図示)が設けられて 、る。
また、プラズマガン 40の放電空間の適所には、力ソード Kとの間でプラズマ放電 (グロ 一放電)を維持するため、直流の電源 VIと適宜の抵抗 Rv、 R せにより所
1、 Rの組合
2
定のプラス電圧を印加された一対のグリッド電極 G、 G (中間電極）が配置されてい
1 2
る。なお、上記力ソード Kが、抵抗 Rvを介して電源 VIの負極端子に接続され、後述 するアノード Aが、電源 VIの正極端子に接続されている。また、グリッド電極 Gは、 抵抗 R1を介して電源 VIの正極端子に接続され、グリッド電極 Gは、抵抗 R2を介し
2
て電源 VIの正極端子に接続されて 、る。
そして、上記プラズマ放電により、プラズマガン 40の放電空間には、荷電粒子 (ここで は Ar+と電子）の集合体としてのプラズマが形成される。
なおここでは、電源 VIに基づく低電圧かつ大電流の直流アーク放電により、力ソード Kとアノード A (後記）との間に高密度のプラズマ放電を可能にする、公知の圧力勾配 型のプラズマガン 40が採用されて!、る。
プラズマガン 40の周囲には、このプラズマガン 40の側面周囲を取り囲むように、円形 状の第 1の電磁コイル 12 (空心コイル）が配設され、この第 1の電磁コイル 12の卷線 に電流を流すことにより、プラズマガン 40の放電空間にはコイル磁界に基づく磁束密 度の Z方向の勾配が形成される。このような磁束密度の Z方向の勾配により、プラズマ を構成する荷電粒子は、この放電空間から Z方向（アノード Aに向力 方向）に運動す るよう、磁力線の回りを旋回しながら Z方向に進み、これらの荷電粒子の集合体として のプラズマが、 Z方向の輸送中心 P (図 2参照）に対して略等密度分布してなる円柱 状のソースプラズマ（以下、「円柱プラズマ 22」という）として、プラズマガン 40の Z方 向の他端とシートプラズマ変形室 20の Z方向の一端との間に介在する通路 (不図示） を介してシートプラズマ変形室 20へ引き出される。
シートプラズマ変形室 20は、 Z方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な輸送空間 21を有し、この輸送空間 21は、バルブ 26により開閉可能な排気口力も真空ポンプ 2 5 (例えばターボポンプ）により真空引きされ、これにより、当該輸送空間 21は円柱プ ラズマ 22を輸送可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。
シートプラズマ変形室 20の側面周囲には、このシートプラズマ変形室 20を取り囲み、 円柱プラズマ 22の Z方向の推進力を発生する円形状の第 2の電磁コイル 23 (空心コ ィル）が配設されている。なお、第 2の電磁コイル 23の卷線には、力ソード K側を S極 、アノード A側を N極とする向きの電流が通電されている。
また、この第 2の電磁コイル 23の Z方向の前方側（アノード Aに近い側）には、このシ ートプラズマ変形室 20 (輸送空間 21)を挟み、互いに同極 (ここでは N極）が対向す るようにして、 Y方向に磁化され、かつ X方向に延びる一対の角形の棒磁石 24A、 24 B (永久磁石;第 1の磁界発生手段の対)が、 Y方向に所定の間隔を隔てて配設され ている。
上記第 2の電磁コイル 23の卷線に電流を流すことによりシートプラズマ変形室 20の 輸送空間 21に形成されるコイル磁界と、棒磁石 24A、 24Bによりこの輸送空間 21に 形成される磁石磁界との相互作用により、シートプラズマ変形室 20の輸送空間 21を 円柱状プラズマ 22が Z方向に移動する間に、この円柱プラズマ 22は、その輸送方向 (Z方向）の輸送中心 Pを含む XZ平面（以下、「主面 S」という）に沿って拡がる、均一 なシート状のプラズマ（以下、「シートプラズマ 27」 t 、う）に変形される。
以下、第 2のコイル 23および一対の棒磁石 24A、 24Bによる磁界相互作用に基づく 、円柱プラズマ 22からシートプラズマ 27に変形する方法について、図 2を参照しつつ ベる。
図 2は、シートプラズマの形成法の概略を説明する模式図であり、図 2 (a)は、棒磁石 の Z方向略中央付近の XY平面に平行な断面の模式図であり、図 2 (b)は、棒磁石の X方向略中央付近の YZ平面に平行な断面の模式図である。
なお、図 2中の符号 Bx、 Byおよび Bzは各々、図 1中の X方向、 Y方向および Z方向 の磁束密度ベクトル成分を表して!/ヽる。
図 2 (b)から理解されるとおり、第 2の電磁コイル 23の磁界により、棒磁石 24A、 24B に到達する前の円柱プラズマ 22の Z方向に作用する初期の磁束密度成分 BzOが形 成されている。このとき、初期の磁束密度成分 BzOと、一対の棒磁石 24A、 24Bが作 る Z方向の磁束密度成分 Bzとの間の大小関係を適正に保つように、第 2の電磁コィ ル 23の配置や第 2の電磁コイル 23の卷線に流す電流量を設定する必要がある。両 者間の適正な関係を保たなければ、円柱プラズマ 22をシートプラズマ 27に変形する 際の、プラズマの形態が乱れて（例えば、いわゆる角の発生）、主面 Sに沿って、円柱 プラズマ 22を均一に拡げ難くなると、考えられている。
次に、図 2 (a)から理解されるとおり、 XY平面上には、一対の棒磁石 24A、 24Bの N 極面力 互いに輸送中心 Pに近づぐ磁束密度の Y方向成分 Byの対が形成されると ともに、これらの棒磁石 24A、 24Bの N極面と平行に輸送中心 Pから互いに離れる、 磁束密度の X方向成分 Bxの対が形成されて ヽる。
磁束密度の Y方向成分 Byの対については、棒磁石 24A、 24Bの N極面を互いに対 向配置させていることから、これらの N極面力 輸送中心 Pに近づくに連れて、その Y 方向成分に互いに相殺され、これらの磁束密度の Y成分に適宜のマイナス勾配を持 たせることができる。
このような磁束密度の Y方向成分 Byの勾配は、図 2 (a)の矢印で示す如ぐ輸送中心 Pに向カゝつて Y方向に円柱プラズマ 22を圧縮する方向に荷電粒子を運動させ、これ により、円柱プラズマ 22中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら輸送中心 Pの 方向に進む。
一方、磁束密度の X方向成分 Bxの対については、棒磁石 24A、 24Bの配置やその 磁場強度の適切な設計により、輸送中心 Pから X方向に離れるに連れて、これらの磁 束密度の X成分に適宜のマイナス勾配を持たせるように調整できる。
このような磁束密度の X方向成分 Bxの勾配は、図 2 (a)の矢印で示す如ぐ円柱ブラ ズマ 22を主面 S (XZ平面）に沿って拡げる方向に荷電粒子を運動させ、これにより、 円柱プラズマ 22中の荷電粒子は、磁力線の回りを旋回しながら輸送中心 Pから離れ る方向に進む。 こうして、円柱プラズマ 22は、シートプラズマ変形室 20を Z方向に移動する間に、第 2 の電磁コイル 23および棒磁石 24A、 24Bによる磁界相互作用に基づいて、主面 Sに 沿ったシートプラズマ 27に均一に変形される。なお、シートプラズマ 27の幅、厚みお よび荷電粒子密度分布等は、これらの磁束密度 Bx、 By、 Bz、 BzOを適宜変更するこ とにより、調整可能である。
このようにして変形されたシートプラズマ 27は、図 1に示す如ぐシートプラズマ変形 室 20の Z方向の他端と真空成膜室 30の側壁との間に介在する、シートプラズマ 27 の通過用のスリット状のボトルネック部 28を介して真空成膜室 30へ引き出される。な お、ボトルネック部 28の間隔 (Y方向寸法)および厚み (Z方向寸法)並びに幅 (X方 向寸法）は、シートプラズマ 27を適切に通過するように設計されている。
またここでの真空成膜室 30としては、例えば、シートプラズマ 27中の Ar+の衝突エネ ルギによりターゲット 35Bの Cu材料をスパッタ粒子として叩き出す真空スパッタリング 装置が採用されている。
真空成膜室 30は、 Y方向の軸を中心とした円柱状の減圧可能な、スパッタリングプロ セス用の成膜空間 31を有し、この成膜空間 31は、バルブ 37により開閉可能な排気 口から真空ポンプ 36 (例えばターボポンプ）により真空引きされ、これにより、当該成 膜空間 31はスパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧され る。
ここで成膜空間 31は、その機能上、上下方向（Y方向）において、ボトルネック部 28 の間隔に対応する水平面 (XZ平面）に沿った中央空間を境にして、板状の銅製のタ 一ゲット 35Bを格納する囲い部により区画されたターゲット空間と、板状の基板 34B を格納する囲い部により区画された基板空間と、に区分けして理解され得る。
要するに、ターゲット 35Bは、ターゲットホルダ 35Aに装着された状態において、中 央空間の上方に位置するターゲット空間内に格納され、適宜のァクチユエータ（不図 示）によりターゲット空間内を上下 (Y方向）に移動可能に構成されている。一方、基 板 34Bは、基板ホルダ 34Aに装着された状態において、中央空間の下方に位置す る基板空間内に格納され、適宜のァクチユエータ (不図示）により基板空間内を上下 ( Y方向）に移動可能に構成されている。 [0022] なお上記中央空間は、真空成膜室 30においてシートプラズマ 27の主成分を輸送 させる空間である。但し本実施の形態においては、後記のとおり、このシートプラズマ 27をコイル磁界により湾曲させることにより、このシートプラズマ 27の一部をターゲット 空間に進入させても良い。
[0023] このようにして、ターゲット 35Bおよび基板 34Bは互いに、シートプラズマ 27の厚み 方向（Y方向）に一定の好適な間隔を隔てるようにして、このシートプラズマ 27 (中央 空間）を挟み、成膜空間 31内に対向して配置されている。
[0024] また、ターゲット 35Bは、スパッタリングプロセス中には、直流電源 V3によりバイアス 電圧 (マイナス電圧）を給電され、これにより、シートプラズマ 27中の Ar+がターゲット 35Bに向かって引き付けられ、その結果、 Ar+とターゲット 35Bとの間の衝突エネル ギによりターゲット 35Bのスパッタ粒子（例えば銅粒子）力 ターゲット 35B力も基板 3 4Bに向かって叩き出される。
[0025] また、基板 34Bは、スパッタリングプロセス中には、直流電源 V2によりバイアス電圧
(マイナス電圧）を給電され、これにより、シートプラズマ 27により、電子を剥ぎ取られ て電離されたスパッタ粒子 (例えば銅イオン）力 基板 34Bに向力つて加速され、この 基板 34Bに対し付着強度を高めて堆積される。
[0026] 次に、ボトルネック部 28から見て、 Z方向に対向する位置の真空成膜室 30の周辺 構成を説明する。
当該位置の真空成膜室 30の側壁にはアノード Aが配置され、この側壁とアノード Aと の間には、プラズマ通過用の通路 29が設けられている。
アノード Aは、力ソード Kとの間で適宜のプラス電圧（例えば 100V)を印加され、これ により、力ソード Kおよびアノード Aの間の直流アーク放電によるシートプラズマ 27中 の荷電粒子 (特に電子）を回収する役割を担って 、る。
また、アノード Aの裏面 (力ソード Kに対する対向面の反対側の面）には、アノード A側 を S極、大気側を N極とした永久磁石 38が配置されている。このため、この永久磁石 38の N極から出て S極に入る XZ平面に沿った磁力線により、アノード Aに向かうシー トプラズマ 27の幅方向（X方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマ 27が幅方向に 収束され、シートプラズマ 27の荷電粒子力 アノード Aに適切に回収され得る。 ここで、円形状の第 3および第 4の電磁コイル 32、 33 (空心コイル;第 2の磁界発生手 段の対）は、互いに対をなして、真空成膜室 30は側壁を臨むようにして成膜空間 31 を挟み、異極同士（ここでは、第 3の電磁コイル 32は N極、第 4の電磁コイルは S極） を向かい合わせ、かつこれらのコイル面 32A、 33Aの法線 32B、 33Bを、シートプラ ズマ 27の主面 Sに対し、 YZ平面においてハの字状に傾斜させるよう、配置されてい る。
より詳しくは、第 3の電磁コイル 32は、第 3の電磁コイル 32の卷線力 一対の棒磁石 24A、 24Bと真空成膜室 30との間の Z方向の適所を取り囲むよう、かつ第 3の電磁コ ィル 32のコイル面 32Aの法線 32B (第 3の電磁コイル 32の中心軸）力 ターゲット 35 B側にシートプラズマ 27の主面 Sと傾斜角 Θをなして延びるよう、配置されている。 また、第 4の電磁コイル 33は、第 4の電磁コイル 33の卷線が、真空成膜室 30の側壁 とアノード Aとの間の Z方向の適所を取り囲むよう、かつ第 4の電磁コイル 33のコイル 面 33Aの法線 33B (第 4の電磁コイル 33の中心軸）力 ターゲット 35B側にシートプ ラズマ 27の主面 Sと傾斜角 Θをなして延びるよう、配置されている。
このような第 3および第 4の電磁コイル 32、 33の対の卷線に電流を流すことにより作 られるコイル磁界（例えば 10G〜300G程度）によれば、シートプラズマ 27の幅方向（ X方向）については、シートプラズマ 27は、真空成膜室 30の成膜空間 31を跨ぐよう に Z方向に移動する間に、ミラー磁界として、その幅方向拡散を適切に抑えるように 形状を整形されている。
また、シートプラズマ 27の厚み方向（Y方向）については、第 3および第 4の電磁石コ ィル 32、 33の、 YZ平面における磁力線の主成分が法線 32B、 33Bの方向に沿って 進むことから、このシートプラズマ 27の荷電粒子も、こうした磁力線に巻き付いて進む 。これにより、シートプラズマ 27は、真空成膜室 30の成膜空間 31を跨ぐように Z方向 に移動する間に、シートプラズマ 27の主面 Sから凸状に偏倚して、この主面 S力 タ 一ゲット 35Bに向力 よう、シートプラズマ 27の厚み方向に突出した、略一定の曲率 半径で扇状に湾曲した湾曲部 27Aを有することになる。
なおここでは、湾曲部 27Aは、シートプラズマ 27の主面 S力 最大に偏倚した頂上 部 27Bを有しており、ターゲット 35Bの表面力 頂上部 27Bに位置するシートプラズ マ 27中の荷電粒子に曝されないよう、傾斜角 Θの上限は設定されている。
すなわち、第 3および第 4の電磁コイル 32、 33は、シートプラズマ 27とターゲット 35 Bとの接触 (電気回路的に導通状態）を未然に回避して、ターゲット 35Bに適切にバ ィァス電圧 (マイナス電圧)を印加できるよう、その最大傾斜を適宜制限して配置され ている。
以上に述べたシートプラズマ成膜装置 100によれば、シートプラズマ 27をコイル磁界 に基づき湾曲させたことにより、基板上の微細な配線パターンの配線溝（凹部断面溝 )へのスパッタ粒子の堆積に際して、以下のような効果を奏すると、期待され、斯かる 効果、後程述べる、配線溝へのスパッタ粒子堆積実験の結果により裏付けられてい る。
図 3は、シートプラズマを湾曲させた場合と、そうさせな力つた場合とにおいて、シート プラズマの荷電粒子によるスパッタリングターゲットの材料の飛散状況を概念的に描 いた図であり、図 3 (a)は、シートプラズマを湾曲させた場合に相当する図であり、図 3 (b)は、シートプラズマを湾曲させな力つた場合に相当する図である。
ここで、シートプラズマ 27を湾曲させなかった場合には、シートプラズマ 27中の正ィ オン（ここでは Ar+)は、図 3 (b)に示す如ぐターゲット 35Bの表面の略全域に対し垂 直（図 1の Y方向）に衝突することから、このような正イオン衝突エネルギにより叩き出 されるスパッタ粒子（ここでは Cu粒子）の角度分布は、ターゲット 35Bの表面全域に 亘つて同じ傾向を示す。そうであれば、ターゲット 35Bの表面全域において叩き出さ れたスパッタ粒子のうちの斜めにランダムに逸れた成分 (例えばターゲット 35Bの表 面に対し斜めに大きく逸れた方向の成分）が、配線溝の内部に進入できずにこの配 線溝の入口付近に堆積して、これにより、この部分を閉塞するといつた銅金属埋め込 み不良を招くことが懸念される。
これに対して、シートプラズマ 27を湾曲させた場合であっても、図 3 (a)に示す如ぐ シートプラズマ 27から放出される正イオンは、ターゲット 35Bの表面の略全域に対し 垂直に衝突して、このような正イオン衝突により叩き出されるスパッタ粒子は、図 3 (b) と同様に所定の角度分布を持ってシートプラズマ 27に向けて放出される。その一方 で、ターゲット 35Bの周辺部力も放出され、シートプラズマ 27に入ったスパッタ粒子は 、図 3 (a)に示す如ぐシートプラズマ 27の傾斜した部分を斜めに跨ぐ際に電離され、 その結果として、シートプラズマ 27のレンズ作用により垂直直線性力も若干斜めの指 向性を持つと、考えられる。
具体的には、ターゲット 35Bの中央部力もシートプラズマ 27に向けて放出されるスパ ッタ粒子は、シートプラズマ 27の平坦な部分を跨ぐことから、シートプラズマ 27のレン ズ作用に影響させずに、ターゲット 35Bの表面に対し垂直な方向を主成分とし、この 方向を中心軸にして所定の角度分布を持つと、推認される。また、ターゲット 35Bの 周囲部からシートプラズマ 27に向けて放出されるスパッタ粒子は、シートプラズマ 27 の傾斜した部分を跨ぐことから、シートプラズマ 27のレンズ作用により、所定の斜め方 向を主成分とし、この方向を中心軸にして所定の角度成分を持つと、推認される。 ターゲット 35Bとシートプラズマ 27との協働によるスパッタリング現象を以上の如く解 すると、ターゲット 35Bの中央部付近力も放出されるスパッタ粒子は、その主成分を 基板 34Bに対し垂直に向けていることから、配線溝の底面に堆積し、ターゲット 35B の周囲部付近カゝら放出されるスパッタ粒子は、その主成分を基板 34Bに対し幾分斜 めに向けていることから、配線溝の底面や側壁に堆積して好適であると、本件発明者 等は予測している。なお、このような配線溝側壁へのスパッタ粒子斜め方向飛散は、 配線溝にスパッタ粒子を堆積する際の被覆率の向上に寄与する。
一方、シートプラズマ 27を湾曲させな力つた場合（図 3 (b) )に、配線溝内部に進入で きず、その入口を塞ぐように斜め方向にランダムに逸れたスパッタ粒子は、今度は、シ ートプラズマ 27を湾曲させた場合の図 3 (a)に示す如ぐ更に大きく斜め方向に逸れ て最早、基板 34B上の配線溝に到達できなくなり、その結果として、銅金属埋め込み 不良が改善されると、期待される。
このように、本実施形態のシートプラズマ成膜装置 100は、シートプラズマ 27を磁界 に基づき湾曲させたことにより、配線溝へのスパッタリングによるスパッタ粒子の堆積 に際して、スパッタ粒子の指向性を改善して、基板 34Bの配線溝へのスパッタ粒子の 適正な埋め込み効果ゃスパッタ粒子による配線溝閉塞の改善効果が発揮される。 (配線溝へのスパッタ粒子堆積実験例）
図 4は、シートプラズマを湾曲させた場合 (傾斜角 Θは略 10° )と、そうさせな力つた
Figure imgf000016_0001
、て、基板の配線溝への Cu粒子堆積実験結果の断面写真を模写した図 であり、図 4 (a)は、シートプラズマを湾曲させた場合に相当する図であり、図 4 (b)は 、シートプラズマを湾曲させな力つた場合に相当する図である。
なお本堆積実験では、シートプラズマ 27の湾曲の有無以外のパラメータ（例えば、真 空度、ターゲット電圧、成膜時間および放電電流）については、両者間において同一 にしている。
シートプラズマ 27を湾曲させなカゝつた場合の、基板 34Bの配線溝 50への Cu粒子堆 積実験結果によれば、図 4 (b)に示す如ぐ配線溝 50の入口が Cu堆積膜 51により 閉塞されることにより、配線溝 50中の Cu堆積膜 51の厚みが確保されず、この内部に お ヽて空孔 52の存在が確認された。
これに対し、シートプラズマ 27を湾曲させた場合の、基板 34Bの配線溝 50への Cu 粒子堆積実験結果によれば、図 4 (a)に示す如ぐ Cu堆積膜 51の配線溝 50への適 正な埋め込みが確認された。
また、図 4 (a)に示す如ぐ Cu堆積膜 51による、配線溝 50の入口閉塞という事態に 至らないことも確認された。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らか である。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行 する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を 逸脱することなぐその構造及び Z又は機能の詳細を実質的に変更できる。
産業上の利用可能性
本発明は、シートプラズマの移動方向を適切に調整でき、例えば、シートプラズマ の荷電粒子によってターゲットをスパッタリングする真空スパッタリング装置に有用で ある。

Claims

請求の範囲
[1] プラズマの輸送方向の中心に対して略等密度分布するソースプラズマを放電により 形成して、前記ソースプラズマを前記輸送方向に向けて放出可能なプラズマガンと、 前記輸送方向に延びた輸送空間を有するシートプラズマ変形室と、
互いに同極同士を向き合わせて、前記輸送空間を挟むように配置される第 1の磁 界発生手段の対と、
前記輸送空間に連通した成膜空間を有する成膜室と、
互いに異極同士を向き合わせて、前記成膜空間を挟むように配置される第 2の磁 界発生手段の対と、を備え、
前記ソースプラズマは、前記輸送空間を移動する間に、前記第 1の磁界発生手段 の対の磁界により前記中心を含む主面に沿ってシート状に拡がり、
前記シート状のプラズマは、前記成膜空間を移動する間に、前記第 2の磁界発生 手段の対の磁界により前記主面力 凸状に偏倚するシートプラズマ成膜装置。
[2] 前記第 2の磁界発生手段の対は一対の電磁コイルであり、前記電磁コイルのコイル 面の法線が、前記主面に対し傾斜して 、る請求項 1記載のシートプラズマ成膜装置
[3] ターゲットを装着するターゲットホルダと、前記シートプラズマ中の荷電粒子により叩 き出された前記ターゲットの材料を堆積する基板を装着する基板ホルダと、を備え、 前記ターゲットおよび前記基板は、前記シート状のプラズマの厚み方向に間隔を隔 て、かつ前記シート状のプラズマを挟むようにして、前記成膜空間内に互いに対向し て配置され、
前記シート状のプラズマは、前記主面からターゲットに向かうよう、前記シート状の プラズマの厚み方向に突出した湾曲部を有する請求項 2記載のシートプラズマ成膜 装置。
[4] 前記シート状のプラズマは、略一定の曲率半径により湾曲してなる請求項 3記載の シートプラズマ成膜装置。
[5] 前記電磁コイルの各々のコイル面の法線が、前記ターゲット側に傾斜する、前記主 面と所定の傾斜角をなして!、る請求項 3記載のシートプラズマ成膜装置。 前記シート状のプラズマの湾曲部は、前記主面力 最大に偏倚した頂上部を有し、 前記ターゲットの表面力 前記頂上部に位置するシート状のプラズマ中の荷電粒子 に曝されないよう、前記傾斜角の上限が設定されてなる請求項 5記載のシートプラズ マ成膜装置。
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