WO2010134346A1 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

成膜方法及び成膜装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010134346A1
WO2010134346A1 PCT/JP2010/003406 JP2010003406W WO2010134346A1 WO 2010134346 A1 WO2010134346 A1 WO 2010134346A1 JP 2010003406 W JP2010003406 W JP 2010003406W WO 2010134346 A1 WO2010134346 A1 WO 2010134346A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target
film
magnetic field
processed
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/003406
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
森本直樹
濱口純一
堀田和正
武田直樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to US13/321,605 priority Critical patent/US20120118725A1/en
Priority to JP2011514342A priority patent/JP5417437B2/ja
Priority to DE112010002029T priority patent/DE112010002029T8/de
Priority to KR1020117028442A priority patent/KR101344085B1/ko
Priority to CN2010800216519A priority patent/CN102428209A/zh
Priority to SG2011085743A priority patent/SG176182A1/en
Publication of WO2010134346A1 publication Critical patent/WO2010134346A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/22—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using physical deposition, e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
    • H10P14/42—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials using a gas or vapour
    • H10P14/44—Physical vapour deposition [PVD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/351—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using a magnetic field in close vicinity to the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/342—Hollow targets
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/01—Manufacture or treatment
    • H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
    • H10W20/032—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections of conductive barrier, adhesion or liner layers
    • H10W20/033—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections of conductive barrier, adhesion or liner layers in openings in dielectrics

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for forming a film on the surface of an object to be processed, and more specifically, a film forming method for forming a film using a sputtering method, which is a kind of thin film forming method, and a DC magnetron type film forming method. Relates to the device.
  • a film forming method for forming a film using a sputtering method which is a kind of thin film forming method
  • a DC magnetron type film forming method Relates to the device.
  • sputtering apparatus a film forming apparatus using a sputtering method
  • sputtering apparatus a film forming apparatus using a sputtering method
  • high aspect ratio fine holes can be formed over the entire substrate to be processed with good coverage, that is, coverage is improved.
  • a magnet assembly in which a plurality of magnets are alternately provided with different polarities is disposed behind the target (on the side facing the sputtering surface).
  • a tunnel-like magnetic field is generated in front of the target (on the side of the sputtering surface), and electrons ionized in front of the target and secondary electrons generated by sputtering are captured.
  • the electron density in front of the target is increased to increase the plasma density.
  • the target is preferentially sputtered in the region affected by the magnetic field.
  • the region is, for example, near the center of the target, the amount of erosion of the target during sputtering increases near the center.
  • target material particles for example, metal particles, hereinafter referred to as “sputtered particles”
  • sputtered particles sputtered from the target are incident at an inclined angle and adhere to the outer peripheral portion of the substrate.
  • Patent Document 1 discloses a sputtering apparatus including a plurality of cathode units.
  • the first sputtering target is disposed substantially parallel to the surface of the stage above the stage on which the substrate is placed in the vacuum chamber, and is obliquely above the stage with respect to the stage surface.
  • the second sputtering target was disposed obliquely.
  • Patent Document 2 discloses a technique for removing particles from an electrostatic chuck plate by performing sulfuric acid / aqueous cleaning and ammonia / aqueous cleaning on a semiconductor wafer.
  • Patent Document 4 discloses a film forming apparatus that includes a shutter mechanism that cuts off a material from a film forming material supply source (target) and periodically cleans or replaces a shutter plate constituting the shutter mechanism. ing.
  • Patent Document 1 requires a plurality of cathode units to be arranged in a vacuum chamber. Therefore, the configuration of the apparatus becomes complicated, and a sputtering power source and a magnet assembly corresponding to the number of targets are required. Therefore, there are problems that the number of parts increases and the cost increases.
  • JP 2008-47661 A JP 2003-158175 A JP 2008-251579 A JP-A-6-299355
  • An object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus that can perform the method.
  • a film forming method is a film forming method for forming a film on a surface of an object to be processed, wherein a target that forms a base material of the film and a target to be processed are disposed opposite to each other in a chamber.
  • a sputtering gas is introduced into the chamber while generating a magnetic field through which perpendicular magnetic lines of force locally pass from the sputtering surface of the target toward the deposition surface of the object to be processed.
  • the internal gas pressure is controlled in the range of 0.3 Pa to 10.0 Pa, and a negative DC voltage is applied to the target to generate plasma in the space between the target and the object to be processed. Then, while controlling the flying direction of the sputtered particles generated by sputtering the target, the sputtered particles are guided and deposited on the target object to form the coating film.
  • the flying direction of the sputtered particles may be controlled by adjusting the strength of the magnetic field.
  • the interval between the perpendicular magnetic lines of force may be the same in the central region and the peripheral region of the object to be processed.
  • the interval between the perpendicular magnetic lines of force may be different between the central region and the peripheral region of the object to be processed.
  • a film forming apparatus is a film forming apparatus that forms a film on a surface of an object to be processed, wherein a target that forms a base material of the film and the object to be processed are arranged to face each other, and the target and the target A chamber having an internal space for accommodating the object to be processed, an exhaust mechanism for reducing the pressure in the chamber, a first magnetic field generating mechanism for generating a magnetic field in a space in front of the sputtering surface of the target, and the chamber A gas introduction mechanism having a function of adjusting the flow rate of the sputter gas to be introduced, and a direct current that applies a negative DC voltage to the target (or applies a DC voltage to make the sputtering surface of the target a negative potential).
  • a power source, and a second magnetic field generation mechanism for generating a magnetic field through which perpendicular magnetic field lines locally pass at a predetermined interval from the sputtering surface of the target toward the film formation surface of the target object, It is provided.
  • the film forming apparatus further includes a holder provided with one or more recesses on one side, the target forms a bottomed cylindrical shape, and is attached to the recess of the holder from the bottom side of the target
  • the first magnetic field generation mechanism is assembled to the holder so as to generate a magnetic field in a space inside the target.
  • a magnetic field is generated so that perpendicular magnetic lines of force locally pass from the sputtering surface of the target toward the film forming surface of the object to be processed, while sputtering is performed in the chamber.
  • Gas is introduced and the gas pressure in the chamber is controlled in the range of 0.3 Pa to 10.0 Pa. Therefore, the sputtered particles generated by sputtering the target are reduced in mean free path (MFP) in the chamber space by the high-pressure process gas in the range of 0.3 Pa to 10.0 Pa, and the straightness is weakened.
  • MFP mean free path
  • the flight direction is controlled so as to follow the direction of the vertical magnetic field lines according to the magnetic field lines generated between the sputtering surface and the object to be processed, and a film is selectively formed only in a predetermined region, or selectively
  • the directivity can be increased so that a film is not formed in a predetermined region.
  • the sputtered particles are inclined and scattered, and adhesion and deposition on a portion other than the film formation surface of the object to be processed, such as an adhesion preventing plate, can be greatly reduced. Therefore, it is possible to improve the coverage ratio to a fine groove or hole having a high aspect ratio, and to extend the maintenance cycle of the film forming apparatus.
  • a gas introduction mechanism having a function of adjusting the flow rate of the sputtering gas introduced into the chamber, and a predetermined direction from the sputtering surface of the target toward the film forming surface of the target object.
  • a second magnetic field generation mechanism that generates a magnetic field so that perpendicular magnetic field lines pass locally at intervals. Therefore, since the magnet assembly that determines the preferentially sputtered area of the target remains as it is, the efficiency of using the target does not decrease, and a plurality of cathode units as in the above-described conventional technique are added to the sputtering apparatus itself. Since it is not provided, the manufacturing cost and running cost of the apparatus can be reduced. Therefore, it is possible to realize a film forming apparatus that can improve the coverage ratio to a fine groove or hole having a high aspect ratio with a simple configuration and low cost, and has an extended maintenance cycle.
  • a film forming apparatus 1 that performs a film forming method according to the present invention is an apparatus that forms a film on a surface of a substrate W as an object to be processed using a sputtering method.
  • the film forming apparatus 1 according to the present embodiment includes a chamber 2, a cathode unit C, a first magnetic field generation mechanism 7, a DC power supply 9, a gas introduction mechanism 11, and an exhaust.
  • the mechanism 12 and the second magnetic field generation mechanism 13 are provided at least.
  • the ceiling part side of the chamber 2 will be described as “upper”, and the bottom part side will be described as “lower”.
  • the chamber 2 is an airtight container that can form a vacuum atmosphere.
  • the chamber 2 has an internal space in which the substrate W and the target 5 are opposed to each other and the substrate W and the target 5 are accommodated. Further, a stage 10 is disposed at the bottom of the chamber 2 so as to face the target 5, and the substrate W can be positioned and held.
  • the chamber 2 is electrically connected to the ground potential.
  • being connected to the ground potential means a ground potential state or a grounded state.
  • the cathode unit C includes a disc-shaped holder 3 made of a conductive material.
  • the holder 3 can be made of the same material as the target 5 described later, for example.
  • the target 5 is a hollow type (bottom cylindrical shape; inverted U-shaped cross section) target 5. A case where the cathode unit C including the hollow type (reverse U-shaped) target 5 according to the present embodiment is attached to the ceiling portion of the chamber 2 will be described.
  • the target 5 is made of a material appropriately selected according to the composition of the thin film formed on the substrate W to be processed, for example, Cu, Ti, or Ta.
  • the target 5 has, for example, a bottomed cylindrical outer shape in which a discharge space 5a is formed.
  • the target 5 is mounted in a recess 4 formed in the holder 3 and is disposed at an upper position (inside the ceiling side) in the internal space of the chamber 2.
  • This target 5 is connected to a DC power source 9 provided outside the chamber 2.
  • the recess 4 is formed on the lower surface of the holder 3 and is concentric with the center Cp (see FIG. 3) of the holder 3 and has a circular shape in plan view.
  • the target 5 is detachably fitted into the recess 4 from the bottom side. That is, the opening of the target 5 faces the substrate side.
  • the lower surface of the target 5 coincides with the lower surface of the holder 3 in a horizontal plane (becomes flush). That is, the length of the target 5 matches the length of the recess 4.
  • a mask plate (not shown) having an opening smaller than the opening area of the target 5 is attached to the lower surface of the holder 3.
  • the mask 5 prevents the target 5 from being detached from the recess 4.
  • the mask plate can be made of the same material as the target 5, for example.
  • the first magnetic field generation mechanism 7 is, for example, a magnet formed in a rod shape, a cylindrical shape, or a prism shape, and generates a magnetic field in a space in front of the sputtering surface of the target 5.
  • the first magnetic field generation mechanism 7 is assembled to the holder 3 to generate a magnetic field in the space inside the target 5.
  • the first magnetic field generation mechanism (magnet) 7 is inserted into the accommodation hole 6 formed on the upper surface of the holder 3.
  • the accommodation hole 6 is opened on the upper surface of the holder 3 and extends in the thickness direction. Therefore, the accommodation hole 6 is disposed along the depth direction of the recess 4, and the first magnetic field generation mechanism 7 can be accommodated on the surface (opposite surface) opposite to the one surface where the recess 4 is formed.
  • the first magnetic field generation mechanism 7 can be easily assembled to the holder 3 by opening the accommodation hole 6. That is, the first magnetic field generating mechanism 7 can be easily assembled to the holder 3 by forming the concave portion on one surface of the holder 3 and forming the accommodation hole 6 on the other surface. In the following description, the first magnetic field generation mechanism 7 may be described as a magnet 7.
  • the depth from the upper surface of the holder 3 is set so that the magnet 7 is located from the bottom of the target 5 to a depth position of at least about 1/3. That is, the accommodation hole 6 is formed up to a position about 1/3 of the depth of the target 5.
  • the magnet 7 is designed so that a strong magnetic field of 500 gauss or more is generated in the space 5 a inside the target 5 when arranged around the recess 4.
  • the magnet 7 is provided upright at a predetermined position of the disc-shaped support plate 8 (for example, the polarity on the support plate 8 side is N pole).
  • each magnet 7 is inserted into each accommodation hole 6, and each magnet 7 is arranged around the recess 4 (see FIG. 2).
  • the support plate 8 is also formed of a conductive material, and after both are joined, for example, both are fixed using a fastening mechanism such as a bolt. Note that a mechanism for circulating the refrigerant in the internal space of the support plate 8 may be provided to serve as a backing plate for cooling the holder 3 in which the target 5 is inserted during sputtering.
  • the magnet (first magnetic field generating mechanism) 7 is integrally attached to the support plate 8, the magnet 7 is inserted into the accommodation hole 6 by joining the support plate 8 to the upper surface of the holder 3.
  • the magnet 7 that is inserted and is disposed around the recess 4 as the first magnetic field generation mechanism may be more easily arranged.
  • the DC power source 9 is a so-called sputtering power source that applies a negative DC voltage to the target during sputtering (or applies a DC voltage to make the sputtering surface of the target negative potential), and has a known structure. Have.
  • the DC power source 9 is electrically connected to the cathode unit C (target 5).
  • the gas introduction mechanism 11 adjusts the flow rate of the sputtering gas introduced into the chamber 2 and introduces a sputtering gas such as argon gas through a gas pipe connected to the side wall of the chamber 2. Further, the other end of the gas pipe communicates with a gas source via a mass flow controller (not shown).
  • the exhaust mechanism 12 decompresses the inside of the chamber 2, and is composed of, for example, a turbo molecular pump or a rotary pump, and is connected to an exhaust port formed on the bottom wall of the vacuum chamber 2. As shown in FIG. 1, when the exhaust mechanism 12 is activated, the inside of the chamber 2 is evacuated from the exhaust port via the exhaust pipe 12a.
  • the second magnetic field generation mechanism 13 generates a magnetic field so that perpendicular magnetic lines M pass locally at a predetermined interval from the sputtering surface of the target 5 toward the film formation surface of the substrate W.
  • the second magnetic field generation mechanism 13 includes, for example, a coil formed by winding a conducting wire 15 around a ring-shaped yoke 14 provided on the outer wall of the chamber 2 around a reference axis CL connecting the target 5 and the substrate W. And a power supply device 16 for energizing the coil.
  • the coil includes an upper coil 13u disposed above and a lower coil 13d disposed below.
  • the second magnetic field generation mechanism 13 can control the flight direction of the sputtered particles by adjusting the strength of the magnetic field.
  • the number of coils 13, the diameter and the number of turns of the conductive wire 15 are, for example, the size of the target 5, the distance between the target 5 and the substrate W, the rated current value of the power supply device 16 and the strength of the magnetic field to be generated ( (Gauss) is set as appropriate (for example, a diameter of 14 mm and a winding number of 10).
  • the film thickness distribution in the plane of the substrate W during film formation is made substantially uniform (sputter rate). Is substantially uniform in the radial direction of the substrate W), the distance between the lower end of the upper coil 13u and the target 5 and the distance between the upper end of the lower coil 13d and the substrate W are the midpoints of the reference axis. It is preferable to set the vertical position of each coil 13u, 13d so as to be shorter than the distance to Cp. In this case, the distance between the lower end of the upper coil 13u and the target 5 and the distance between the upper end of the lower coil 13d and the substrate W do not necessarily need to be the same.
  • the coils 13u and 13d may be provided on the back side of the target 5 and the substrate W.
  • the power supply device 16 has a known structure including a control circuit (not shown) that can arbitrarily change the current value and the direction of the current to the upper and lower coils 13u and 13d.
  • FIG. 1 shows a configuration in which separate power supply devices 16 are provided. When the coils 13u and 13d are energized in the direction, a configuration in which energization is performed by one power supply device may be employed.
  • the film forming apparatus 1 By configuring the film forming apparatus 1 as described above, when the target 5 is sputtered, if the sputtered particles scattered from the target 5 have a positive charge, a vertical magnetic field from the target 5 to the substrate W The flight direction is controlled, and the sputtered particles are incident on and adhere to the substrate W substantially perpendicularly on the entire surface of the substrate W. As a result, if the film forming apparatus 1 of this embodiment is used in a film forming process in the manufacture of a semiconductor device, it is possible to realize an improvement in the coverage ratio to a fine groove or hole having a high aspect ratio.
  • a silicon oxide film (insulating film) is formed on the surface of the Si wafer as the substrate W to be formed, and then a known method is used in the silicon oxide film.
  • An example of forming a Cu film as a seed film by sputtering using a pattern formed by patterning fine holes for wiring will be described.
  • the target 5 is fitted into the recess 4 on the lower surface of the holder 3, and the support plate 8 on which the magnet 7 is erected is placed on the upper surface of the holder 3 so that each magnet 7 is inserted into each receiving hole 6 of the holder 3.
  • the indicator plate 8 and the holder 3 are fixed using, for example, bolts, and the cathode unit C is assembled. Then, the cathode unit C is attached to the ceiling portion of the chamber 2.
  • the exhaust mechanism (exhaust pump) 12 is operated to evacuate the chamber 2 to a predetermined degree of vacuum (for example, 10 ⁇ 5 Pa).
  • the power supply device 16 is input to energize the coils 13u and 13d, and magnetic lines M (FIG. 5) perpendicular to the target 5 from the sputtering surface toward the film formation surface of the substrate W are locally present at a predetermined interval. Generate a magnetic field to pass. At this time, the distance between the vertical magnetic force lines is the same in the central area and the peripheral area of the substrate W as the object to be processed.
  • a sputtering gas made of, for example, Ar (argon) gas is supplied into the chamber 2 at a predetermined flow rate (that is, the gas pressure in the chamber 2 is 0.3 Pa or more and 10.
  • the DC power supply 9 is activated and a negative potential having a predetermined value is applied (powered on) to the cathode unit C.
  • argon ions or the like in the plasma collide with the inner wall surface of the target 5 and are sputtered, Cu atoms are scattered, and Cu atoms or ionized Cu ions are lower surfaces of the target 5 as indicated by dotted arrows in FIG.
  • the substrate 2 is discharged into the chamber 2 toward the substrate W with strong straightness.
  • the high-pressure process gas shortens the mean free path (MFP) in the chamber space and weakens the straightness, and as shown by arrows in FIG.
  • the flight direction is controlled along the direction of the magnetic force lines M according to the shape of the vertical magnetic force lines M locally generated at a predetermined interval from the sputtering surface of the target 5 toward the substrate W, and is indicated by a dotted arrow in the figure.
  • the directivity is enhanced so that a film is selectively formed only in a predetermined region (or a film is not selectively formed in the predetermined region).
  • the film is formed with extremely high film thickness uniformity. Films can be formed with good coverage even for fine holes with a high aspect ratio. At this time, the growth of the thin film can be promoted by supplying energy by heat, ion irradiation or the like.
  • the substrate W is disposed in the chamber 2 so as to face the target 5 that forms the base material of the coating, and the sputtering surface of the target 5 is placed on the deposition surface of the substrate W that is the object to be processed.
  • a sputtering gas is introduced into the chamber 2 while generating a magnetic field so that perpendicular magnetic field lines pass locally at predetermined intervals, and the gas pressure in the chamber is in a range of 0.3 Pa to 10.0 Pa.
  • the sputtered particles with uniform directivity can be transported from the sputtering source toward the substrate, and the direction of the sputtered particles from the target 5 is changed by a perpendicular magnetic field, so that it is substantially the same as the substrate W.
  • a film forming apparatus according to this embodiment is used in a film forming process in manufacturing a semiconductor device, it is possible to form a film with high coverage even for a fine hole with a high aspect ratio.
  • the transport path of sputtered particles can be controlled, if the sputtered particles are controlled so as to be limited only to the substrate, the amount of deposition on a portion other than the substrate such as an adhesion preventing plate can be greatly reduced. An extension of the maintenance cycle can be achieved.
  • a plurality of cathode units as in the prior art are not provided in the film forming apparatus itself, the structure is simple and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced as compared with the case where the apparatus configuration is changed.
  • a rod-shaped magnet 7 is used as an example.
  • the form is particularly limited. There is no. Therefore, a ring-shaped magnet may be used, and the space 5 a of the target 5 may be disposed so as to surround the target 5. In this case, it is only necessary to provide an annular housing groove on the upper surface of the holder 3 that can accommodate a ring-shaped magnet.
  • the form in which the target 5 is detachably inserted into the holder 3 in consideration of mass productivity and target usage efficiency has been described.
  • the holder 3 itself may serve as the target 5.
  • a configuration in which only the recess 4 is formed on the lower surface of the holder 3, the magnet 7 is built around the recess 4, and the inner wall surface of the recess 4 is sputtered may be employed.
  • a high-frequency power source (not shown) having a known structure is electrically connected to the stage, and a predetermined bias potential is applied to the stage 10 and eventually the substrate W during sputtering to form a Cu seed layer.
  • a configuration in which Cu ions are actively drawn into the substrate to increase the sputtering rate may be employed.
  • the case where the distance between the vertical magnetic lines M is the same in the central area and the peripheral area of the substrate W has been described.
  • the current values applied to the upper and lower coils 13u and 13d by the power supply device 16 are respectively described.
  • a configuration in which the intervals between the vertical magnetic force lines M are different in the central region and the peripheral region of the substrate W may be adopted. In this way, the strength of the magnetic field is adjusted, and the flight direction of the sputtered particles can be controlled to form a film in a desired region.
  • a film forming apparatus 21 is an apparatus for forming a film on a surface of a substrate W as an object to be processed using a sputtering method. It is.
  • This film forming apparatus 21 includes at least the chamber 2, the cathode unit C 1, the first magnetic field generation mechanism 7, the DC power supply 9, the gas introduction mechanism 11, the exhaust mechanism 12, and the second magnetic field generation mechanism 13.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and the same unless otherwise described.
  • the cathode unit C1 includes a disc-shaped holder 23 made of a conductive material in plan view.
  • the holder 23 can be made of, for example, the same material as a target described later.
  • one concave portion 4 is formed concentrically with the center Cp of the holder 23, and six concave portions 4 are formed around the concave portion 4 with the same virtual circle as a reference. It is formed so as to be located on the circumference Vc at equal intervals. That is, in the present embodiment, one recess 4 formed at the center Cp of the holder 23 and six recesses 4 formed at equal intervals around the center Cp of the holder 23 are illustrated. Has been.
  • each recess 4 is formed around the recesses 4 formed at the center Cp of the holder.
  • the periphery of each recess 4 on the virtual circumference Vc is the reference. It is also possible to form six recesses 4 each.
  • a plurality of recesses 4 may be formed on the outer side in the radial direction of the holder 23 (until the recesses 4 cannot be formed), and the recesses 4 may be densely formed over the entire lower surface of the holder 23. .
  • the area of the lower surface of the holder is sized so that the center of the concave portion 4 positioned at the outermost radial direction of the holder is positioned radially inward from the outer periphery of the substrate W.
  • one cycle of recesses (six) are formed around the recess 4 formed at the center Cp of the holder.
  • recesses of 2 cycles or more may be formed.
  • the number of recesses is not limited to six, and for example, four or eight recesses may be used.
  • the interval in the radial direction between the recesses 4 is set in a range that is larger than the diameter of a cylindrical magnet, which will be described later, and the strength of the holder 23 can be maintained.
  • a target 5 is inserted into each recess 4, and the target 5 is detachably fitted to each recess 4 from the bottom side.
  • the receiving hole 6 is formed so that the six magnets 7 are arranged at equal intervals around the one recess 4 and on a line connecting the centers of the respective recesses 4 adjacent to each other. (See FIG. 9).
  • Each magnet 7 is designed so that a strong magnetic field of 500 gauss or more is generated in the space 5 a inside the target 5 when arranged around each recess 4.
  • the film forming apparatus 21 By forming the film forming apparatus 21 as described above, when the target 5 is sputtered and the sputtered particles scattered from the target 5 have a positive charge, a vertical magnetic field from the target 5 to the substrate W
  • the flight direction is controlled, and sputtered particles are incident on and adhere to the substrate W substantially perpendicularly on the entire surface of the substrate W. That is, as indicated by arrows in FIG. 7, along the direction of the magnetic force lines M in accordance with the shape of the vertical magnetic force lines M generated locally at a predetermined interval from the sputtering surface of the target 5 toward the substrate W.
  • the flight direction is controlled, and the directivity is enhanced so as to selectively form a film only in a predetermined region (or not to selectively form a film in the predetermined region) as indicated by a dotted arrow in the figure.
  • the film forming apparatus 21 according to the present embodiment when used in the film forming process in the manufacture of the semiconductor device, it is possible to improve the coverage ratio to the fine grooves or holes having a high aspect ratio.
  • a film having extremely high film thickness uniformity is formed at a position facing a plurality of openings of the target 5, thereby forming high-aspect-ratio fine holes in a plurality of predetermined regions on the substrate W.
  • a film can be formed with good coverage.
  • Example 1 sputtering is performed by adjusting the process pressure while generating a magnetic field so that perpendicular magnetic field lines pass locally at a predetermined interval from the sputtering surface of the target toward the deposition surface of the substrate.
  • the process pressure in the chamber is set to 0.12 Pa, 0.3 Pa, 0.6 Pa, 1.2 Pa, 1.6 Pa, using the film forming apparatus shown in FIG. A Cu film was formed on the substrate W by changing the pressure to 3.0 Pa and 10.0 Pa.
  • a silicon oxide film is formed over the entire surface of a ⁇ 300 mm Si wafer as the substrate W, and then a high aspect ratio fine hole (for example, having a width w of, for example) is formed in the silicon oxide film by a known method. 45 nm and depth d was 150 nm) were used for patterning. Further, as the cathode unit, as shown in FIG. 2, a Cu holder having a composition ratio of 99% and having a diameter of 600 mm was used.
  • a concave portion having an opening diameter of 40 mm and a depth of 50 mm was formed at the center of the lower surface of the holder, and a bottomed cylindrical target made of the same material as the holder was fitted into the concave portion from the bottom side. Further, around the recess, six magnet units were incorporated at equal intervals in the circumferential direction to obtain a cathode unit for Example 1. In this case, the magnet generates a magnetic field with a magnetic field intensity of 500 gauss in the space of the recess. And after attaching the cathode unit produced in this way to the ceiling part of a vacuum chamber, the mask member was mounted
  • the distance between the bottom surface of the holder and the substrate is set to 300 mm
  • Ar is used as the sputtering gas
  • the power input to the target is set to 20
  • a constant current control is set to 20 seconds.
  • the Cu film was formed by setting. And the film thickness in the center position (0 mm) of the board
  • FIG. 10 shows the relationship between the process pressure and the film thickness.
  • the film-forming state in the said fine hole when the gas pressure in a chamber is (A) 0.12 Pa, (B) 0.6 Pa, (C) 1.6 Pa is a typical cross section.
  • the film thickness Ta on the surface around the fine hole and the film thickness Tb on the bottom surface of the fine hole were measured, and the bottom coverage (Tb / Ta) was calculated. .
  • the film thickness Ta1 on the surface around the fine hole is 40 nm
  • the film thickness Tb1 on the bottom surface of the fine hole is 24.3 nm
  • the bottom coverage is 60. It was 8%.
  • the film thickness Ta2 on the surface around the fine hole is 40 nm
  • the film thickness Tb2 on the bottom surface of the fine hole is 35.0 nm
  • the bottom coverage is 87.9. %Met.
  • the film thickness Ta3 on the surface around the fine hole is 40 nm
  • the film thickness Tb3 on the bottom surface of the fine hole is 42.4 nm
  • the bottom coverage is 106. %Met.
  • zone (A) when the pressure at the time of film formation is 0.3 Pa or less, zone (A), and when the pressure at the time of film formation is 0.3 Pa or more and 1.5 Pa or less, zone (B) When the pressure at the time of film formation is 1.5 Pa or more and 10.0 or less as zone (C), and when the pressure at the time of film formation is 10.0 Pa or more as zone (D), the film is formed in each zone.
  • the bottom coverage of the coating, the directivity of the sputtered particles, and the convergence of the sputtered particles were evaluated. The results are shown in Table 2. In addition, the result in each evaluation method shows the following, respectively.
  • the bottom coverage was 50% or less, it was NG, when it was 50% to 80%, B, when it was 80% to 100%, F, and when 100% or more, it was G.
  • the mark is NG, the mark B is large, the mark F is medium, and the mark G is almost impossible.
  • the convergence of the sputtered particles is such that the film thickness ratio at the position corresponding to the lower part of the erode and the lower part of the non-erode is NG mark when the ratio is 1 or less, B mark when it is about 1-2, 2-5
  • the F mark was given when the degree was 5 and the G mark was given when it was 5 or more.
  • the sputtering gas is introduced into the chamber while generating a magnetic field so that perpendicular magnetic lines of force pass locally from the sputtering surface of the target toward the deposition surface of the substrate, and the gas in the chamber is introduced.
  • Sputtered particles are formed on the deposition surface of the substrate while controlling the flight direction of the generated sputtered particles by sputtering the target while controlling the pressure within a range of 0.3 Pa or higher, preferably 1.5 Pa or higher and 10.0 Pa or lower. It can be seen that the film can be formed by inducing and depositing.
  • Example 1 In order to confirm that the flight direction of the sputtered particles can be controlled by adjusting the strength of the magnetic field, the desired result is obtained in Example 1 under the same process conditions as in Example 1.
  • 1.6 Pa gas flow rate is 267 sccm
  • the film thickness at the directional position was measured.
  • FIG. 12 shows film thickness distributions showing the relationship between the substrate position and the film thickness at this time.
  • a sputtering gas is introduced into the chamber while generating a magnetic field so that perpendicular magnetic lines of force pass locally at a predetermined interval from the sputtering surface of the target toward the film formation surface of the target object. If the internal gas pressure is controlled within the range of 0.3 Pa or more and 10.0 Pa or less, it can be carried out even when a planar type target is used.
  • the film forming method according to the present invention is outlined below.
  • the object to be processed W and a target 5 are disposed to face each other in a chamber 2 having an internal space that can be decompressed, and the object to be processed is formed from the sputtering surface of the target.
  • a magnetic field is generated toward the film surface so that perpendicular magnetic field lines pass locally at predetermined intervals.
  • a sputtering gas is introduced into the chamber so that the gas pressure in the chamber is controlled to be in a range of 0.3 Pa to 10.0 Pa, and a negative DC voltage is applied to the target. Plasma is generated in the space between.
  • the flying direction of the sputtered particles generated by sputtering the target the sputtered particles are guided to the object to be processed and deposited to form a film on the surface of the object to be processed.
  • the flying direction of the sputtered particles can be controlled by adjusting the strength of the magnetic field.
  • the distance between the vertical magnetic lines of force may be the same or different in the central area and the peripheral area of the object to be processed.
  • the film forming apparatus and film forming method of the present invention can be widely used for forming a film in a fine groove or hole having a high aspect ratio. Furthermore, the film forming apparatus and the film forming method of the present invention can improve the coverage rate and extend the maintenance cycle of the film forming apparatus.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

　被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に、前記被膜の母材をなすターゲットと、前記被処理体とを対向配置し、前記ターゲットのスパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させつつ、前記チャンバ内にスパッタガスを導入して、前記チャンバ内におけるガス圧を０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、前記ターゲットと前記被処理体との間の空間にプラズマを発生させ、前記ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら、前記スパッタ粒子を前記被処理体へ誘導して堆積させて、前記被膜を形成する。

Description

成膜方法及び成膜装置
　本発明は、被処理体の表面に被膜を形成する方法及びその装置に関し、詳しくは、薄膜形成方法の一種であるスパッタリング法を用いて被膜を形成する成膜方法、及びＤＣマグネトロン方式の成膜装置に関する。
　本願は、２００９年０５月２０日に、日本に出願された特願２００９－１２１８９４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、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、近年の配線パターンの微細化に伴い、高アスペクト比の微細ホールに対して、処理すべき基板全面に亘って被覆性よく成膜できること、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では、例えばターゲットの後方（スパッタ面と背向する側）に、交互に極性を変えて複数の磁石を設けた磁石組立体を配置する。この磁石組立体によりターゲットの前方（スパッタ面側）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。これにより、ターゲットの前方での電子密度を高めて、プラズマ密度を高くしている。
　ところが、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でターゲットが優先的にスパッタリングされる。このため、放電の安定性や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の中央付近にあると、スパッタリング時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、基板の外周部において、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）が傾斜した角度で入射し、付着することになる。その結果、上記用途の成膜に用いた場合には、特に、基板の外周部でカバレッジの非対称性の問題が生じることが従来から知られている。
　また、従来のスパッタリング装置では、成膜の際、ターゲットから放出されるスパッタ粒子が傾斜して飛散することから、基板の表面のみならず、例えば防着板などの成膜室内の露出面にも付着し堆積する問題がある。そのため、この露出面への薄膜の付着及び堆積が重なると、内部応力や自重によって、薄膜の剥離や割れなどのパーティクルが発生する。さらに、作成された薄膜に微小な突起が形成される等の形状あるいは構造欠陥が生じ、成膜室のメンテナンスを頻繁に行う必要があった。
　そこで、このような問題を解決するために、例えば、特許文献１には複数のカソードユニットを備えたスパッタリング装置が開示されている。特許文献１に係るスパッタリング装置において、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のスパッタリングターゲットを配置すると共に、ステージの斜め上方でステージ表面に対して斜めに第２のスパッタリングターゲットを配置した。
　一方、真空チャンバ内をメンテナンスする技術として、以下のような技術が提案されている。
　例えば、特許文献２には、基板を固定する静電チャックプレートの表面にダミー基板を載置し、静電吸着により密着させた後、真空槽内にフッ素ガス等のクリーニングガスを導入することにより、真空チャンバの内部壁面等に付着したターゲットの構成物質等の薄膜をエッチングする技術が開示されている。
　また、特許文献３には、半導体ウエハに硫酸過水洗浄とアンモニア過水洗浄を実施することで、静電チャックプレートからのパーティクルを除去する技術が開示されている。
　さらに、例えば特許文献４には、成膜材料供給源（ターゲット）からの材料を遮断するシャッター機構を備え、このシャッター機構を構成するシャッター板を定期的に清浄するか取り替える成膜装置が開示されている。
　しかしながら、上記特許文献１に記載された装置は、複数のカソードユニットを真空チャンバ内に配置する必要がある。従って、装置構成が複雑となると共に、ターゲットの数に応じたスパッタ電源や磁石組立体が必要になるので、部品点数が増え、コスト高を招くという不具合がある。
　また、上記特許文献２～特許文献４に記載された技術は何れも、成膜室のメンテナンス頻度を抑制する技術でない。
　しかも、上記特許文献２及び特許文献４に記載された技術は、その装置構成が複雑となり、やはりコスト高を招くという不具合がある。
特開２００８－４７６６１号公報 特開２００３－１５８１７５号公報 特開２００８－２５１５７９号公報 特開平６－２９９３５５号公報
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成かつ低コストで高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率を向上させると共に、成膜装置のメンテナンス周期を延長することができる成膜方法及びその成膜装置の提供を目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用している。
　本発明に係る成膜方法は、被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に、前記被膜の母材をなすターゲットと、前記被処理体とを対向配置し、前記ターゲットのスパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させつつ、前記チャンバ内にスパッタガスを導入して、前記チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、前記ターゲットと前記被処理体との間の空間にプラズマを発生させて、前記ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら、前記スパッタ粒子を前記被処理体へ誘導して堆積させて、前記被膜を形成する。
　前記成膜方法において、前記磁場の強度を調整することにより、前記スパッタ粒子の飛翔方向を制御してもよい。
　前記成膜方法において、前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が同一でもよい。
　前記成膜方法において、前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が異なってもよい。
　本発明に係る成膜装置は、被処理体の表面に被膜を形成する成膜装置であって、前記被膜の母材をなすターゲットと前記被処理体とを対向配置させて、前記ターゲット及び前記被処理体を収納す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機構と、前記ターゲットのスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる第一磁場発生機構と、前記チャンバ内に導入するスパッタガスの流量を調整する機能を備えたガス導入機構と、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する（あるいは、直流電圧を印加して前記ターゲットのスパッタ面を負の電位とする）直流電源と、前記ターゲットの前記スパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させる第二磁場発生機構と、を備えている。
　本発明に係る成膜装置は、片面に１つ以上の凹部が設けられたホルダをさらに備え、前記ターゲットは有底筒状を形成し、前記ホルダの前記凹部に、前記ターゲットの底部側から装着され、前記第一磁場発生機構は、前記ターゲットの内部の空間に磁場を発生させるように、前記ホルダに組み付けられている。
　本発明の成膜方法によれば、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御する。したがって、ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子は、０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲の高圧のプロセスガスによってチャンバ空間における平均自由行程（ＭＦＰ）が低下して直進性が弱まり、ターゲットのスパッタ面と被処理体との間に発生した磁場の磁力線にしたがって垂直な磁力線の方向に沿うようにその飛翔方向が制御され、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成する、もしくは選択的に所定の領域に被膜を形成させないように指向性が高めることができる。また、スパッタ粒子が傾斜して飛散し、例えば防着板などの被処理体の被成膜面以外の部分への付着及び堆積を大幅に減少させることができる。
　したがって、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができ、しかも、成膜装置のメンテナンス周期の延長が達成できる。
　本発明に係る成膜装置によれば、チャンバ内に導入するスパッタガスの流量を調整する機能を備えたガス導入機構と、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させる第二磁場発生機構と、を少なくとも備える。ゆえに、ターゲットの優先的にスパッタリングされる領域を決める磁石組立体はそのままであるため、ターゲットの利用効率が低下するものではなく、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スパッタリング装置自体に設けるものではないため、装置の製作コストやランニングコストを低くできる。
　したがって、簡単な構成かつ低コストで、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができると共に、メンテナンス周期が延長された成膜装置とすることができる。
本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 ターゲットと第一磁場発生機構を備えた第１の実施形態に係るホルダ（カソードユニット）の構造を説明する断面図である。 図２に示すホルダの横断面図である。 ターゲットの内部の空間におけるスパッタリングを説明する一部拡大断面図である。 第二磁場発生機構により発生させる垂直な磁力線を説明する模式図である。 第二磁場発生機構により発生させる他の垂直な磁力線を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 ターゲットと第一磁場発生機構を備えた第２の実施形態に係るホルダ（カソードユニット）の構造を説明する断面図である。 図８に示すホルダの横断面図である。 プロセス圧力に依存する成膜特性を説明するグラフである。 チャンバ内のガス圧を変えて成膜した、高アスペクト比の微細ホールの状態を説明する模式的断面図である。 チャンバ内のガス圧を変えて成膜した、高アスペクト比の微細ホールの状態を説明する模式的断面図である。 チャンバ内のガス圧を変えて成膜した、高アスペクト比の微細ホールの状態を説明する模式的断面図である。 垂直な磁場の有無に依存する成膜特性を説明する図である。
　次に、本発明の実施形態に係る成膜装置及び成膜方法について、図面に基づいて説明する。
　本発明に係る成膜方法を実施する成膜装置１は、被処理体としての基板Ｗの表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する装置である。本実施形態にかかる成膜装置１は、図１～図３に示すように、チャンバ２と、カソードユニットＣと、第一磁場発生機構７と、直流電源９と、ガス導入機構１１と、排気機構１２と、第二磁場発生機構１３と、を少なくとも備える。
　なお、以下の説明において、チャンバ２の天井部側を「上方」とし、その底部側を「下方」として説明する。
＜第１の実施形態＞
　チャンバ２は、真空雰囲気を形成することが可能である気密容器である。このチャンバ２は、基板Ｗとターゲット５とを対向配置させて、基板Ｗとターゲット５とを収納する内部空間を有する。
　また、チャンバ２の底部には、ターゲット５に対向させてステージ１０が配置され、基板Ｗを位置決め保持できる。
　なお、チャンバ２は、電気的に接地電位に接続されている。ここで、接地電位に接続されているとは、グラウンド電位状態又はアースした状態を示す。
　カソードユニットＣは、導電性を有する材料から作製された円板状のホルダ３を備える。このホルダ３は、例えば後述するターゲット５と同一材料から作製されることも可能である。このターゲット５は、ホロータイプ（有底円筒形状；断面逆Ｕ字状）のターゲット５である。
　本実施形態に係るホロータイプ（逆Ｕ字状）のターゲット５を備えたカソードユニットＣを、チャンバ２の天井部に取り付けた場合について説明する。
　ターゲット５は、処理すべき基板Ｗに形成する薄膜の組成に応じて適宜選択された材料、例えば、ＣｕやＴｉ、Ｔａ製のものである。このターゲット５は、例えば、その内部に放電用の空間５ａが形成された有底筒状の外形を有する。図２に示すように、このターゲット５は、ホルダ３に形成された凹部４内に装着されると共に、チャンバ２の内部空間において上方の位置（天井側の内側）に配置されている。このターゲット５は、チャンバ２の外部に設けられた直流電源９に接続されている。凹部４は、ホルダ３の下面に形成され、且つホルダ３の中心Ｃｐ（図３参照）と同心で、平面視で円形の形状である。
　また、ターゲット５は、その底部側から凹部４に着脱自在に嵌着される。すなわち、ターゲット５の開口が基板側に向いている。ターゲット５が凹部４に嵌着された時、ターゲット５の下面がホルダ３の下面と水平面で一致する（面一となる）。すなわち、ターゲット５の長さが、凹部４の長さと一致する。このターゲット５をホルダ３の凹部４に嵌着した後、ターゲット５の開口面積より小さい開口を備えたマスクプレート（図示せず）がホルダ３の下面に取付けられる。カソードユニットＣをチャンバ２の天井部に取付けた時、このマスクプレートにより、凹部４からのターゲット５の脱離を防止する。この場合、マスクプレートは、例えばターゲット５と同一な材料から作製されることが可能である。
　第一磁場発生機構７は、例えば、棒状や円柱状、角柱状に形成された磁石であり、ターゲット５のスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる。第一磁場発生機構７はホルダ３に組み付けられて、ターゲット５の内部の空間に磁場を発生させる。この第一磁場発生機構（磁石）７は、ホルダ３の上面に形成された収容孔６内に挿設される。収容孔６は、ホルダ３の上面に開設されて、その厚さ方向に延びている。したがって、収容孔６が凹部４の深さ方向に沿って配置され、凹部４が形成された片面と背向する面（反対側の面）に、第一磁場発生機構７を収容することが可能である収容孔６を開設することにより、第一磁場発生機構７は簡単にホルダ３に組み付けることができる。すなわち、ホルダ３の一方の面に凹部が形成され、他方の面に収容孔６が形成されることにより、第一磁場発生機構７をホルダ３に簡単に組み付けることができる。以下の説明において、第一磁場発生機構７を磁石７として説明する場合もある。
　本実施形態では、図３に示すように、１個の凹部４の周囲に、凹部４との同心円の周方向において、６個の収容孔６が等間隔に形成されている。従って、６個の磁石７が、１個の凹部４の周囲に等間隔に形成されている。また、図１に示すように、ターゲット５の底部から少なくとも１／３程度の深さ位置まで磁石７が位置するようにホルダ３の上面からの深さが設定されている。すなわち、収容孔６が、ターゲット５の１／３程度の深さの位置まで形成されている。
　この磁石７は、凹部４の周囲に配置したときにターゲット５の内部の空間５ａに５００ガウス以上の強磁場が発生するように設計されている。なお、この磁石７は、円板状の支持板８の所定位置にその極性を一致させて（例えば、支持板８側の極性をＮ極として）立設されている。
　そして、支持板８をホルダ３の上面と接合すると、各収容孔６に各磁石７が挿入され、凹部４の周囲にそれぞれの磁石７が配置される（図２参照）。この支持板８も、導電性を有する材料から形成され、両者が接合された後、例えば、ボルト等の締結機構を用いて両者が固定される。なお、支持板８の内部空間に冷媒を循環させる機構を設け、スパッタリング中、ターゲット５を挿設したホルダ３を冷却するバッキングプレートとしての役割を果たしても良い。
　また、磁石（第一磁場発生機構）７は、支持板８に一体的に取付けられたものとすれば、この支持板８をホルダ３の上面と接合することで、収容孔６に磁石７が挿設され、凹部４の周囲に第一磁場発生機構である磁石７が一層簡単に配置されても良い。
　直流電源９は、スパッタリングの際にターゲットに負の直流電圧を印加する（あるいは、直流電圧を印加して前記ターゲットのスパッタ面を負の電位とする）、所謂スパッタ電源であり、公知の構造を有する。また、直流電源９は、カソードユニットＣ（ターゲット５）に電気的に接続されている。
　ガス導入機構１１は、チャンバ２内に導入するスパッタガスの流量を調整し、チャンバ２の側壁に接続されたガス管を介して、例えば、アルゴンガスなどのスパッタガスを導入する。また、ガス管の他端は、図示省略したマスフローコントローラを介してガス源に連通している。
　排気機構１２は、チャンバ２内を減圧する、例えば、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどからなり、真空チャンバ２の底壁に形成された排気口に接続されている。図１に示したように、この排気機構１２を起動すると、排気口から排気管１２ａを介してチャンバ２の内部を真空排気する。
　第二磁場発生機構１３は、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗの被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線Ｍが局所的に通るように磁場を発生させる。
　この第二磁場発生機構１３は、例えば、ターゲット５と基板Ｗとを結ぶ基準軸ＣＬの回りでチャンバ２の外側壁に設けたリング状のヨーク１４に導線１５を巻回してなるコイルと、このコイルを通電させる電源装置１６とを備える。
　本実施形態において、コイルは、上方に配された上コイル１３ｕと、下方に配された下コイル１３ｄとを備えている。
　これにより、コイル１３ｕ，１３ｄに通電してターゲット５及び基板Ｗの間において所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように垂直な磁場を発生できる。このような状態で成膜すれば、ターゲット５からのスパッタ粒子が垂直な磁場によりその飛翔方向が制御され、基板Ｗに対してより略垂直に入射して付着することができる。その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態にかかる成膜装置を用いれば、高アスペクト比の微細ホールに対しても指向性良く基板Ｗの表面に被膜を形成することができる。
　また、第二磁場発生機構１３では、磁場の強度を調整することで、スパッタ粒子の飛翔方向を制御することもできる。
　ここで、コイル１３の個数、導線１５の径や巻数は、例えばターゲット５の寸法、ターゲット５と基板Ｗとの間の距離、電源装置１６の定格電流値や発生させようとする磁場の強度（ガウス）に応じて適宜設定される（例えば、径１４ｍｍ、巻数１０）。
　また、本実施形態のように、上下に配された２個のコイル１３ｕ、１３ｄで垂直磁場を発生させる場合、成膜時の基板Ｗの面内における膜厚分布を略均一にする（スパッタレートを基板Ｗの径方向で略均一にする）ためには、上コイル１３ｕの下端とターゲット５との間の距離及び下コイル１３ｄの上端と基板Ｗとの間の距離が、基準軸の中点Ｃｐまでの距離より短くなるように各コイル１３ｕ、１３ｄの上下方向の位置を設定することが好ましい。また、この場合、上コイル１３ｕの下端とターゲット５との間の距離及び下コイル１３ｄの上端と基板Ｗとの間の距離は必ずしも一致している必要はなく、装置構成によっては、上下の各コイル１３ｕ、１３ｄをターゲット５及び基板Ｗの背面側に設けるようにしても良い。
　電源装置１６は、上下の各コイル１３ｕ、１３ｄへの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のものである。なお、上下の各コイル１３ｕ、１３ｄへの電流値及び電流の向きを任意に変更するために、図１では別個の電源装置１６を設けた形態を示しているが、同一の電流値及び電流の向きで各コイル１３ｕ、１３ｄに通電する場合には、１個の電源装置で通電する構成を採用しても良い。
　上記のように成膜装置１を構成することで、ターゲット５をスパッタリングした場合に、ターゲット５から飛散したスパッタ粒子が正電荷を有していると、ターゲット５から基板Ｗへの垂直な磁場によりその飛翔方向が制御され、基板Ｗの全面で、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とになる。その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で本実施形態の成膜装置１を用いれば、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができる。
　次に、上記成膜装置１を用いた成膜について、成膜される基板Ｗとして、Ｓｉウエハ表面にシリコン酸化物膜（絶縁膜）を形成した後、このシリコン酸化物膜中に公知の方法で配線用の微細ホールをパターニングして形成したものを用い、スパッタリングによりシード膜であるＣｕ膜を成膜する例を説明する。
　まず、ホルダ３の下面の凹部４にターゲット５を嵌着すると共に、各磁石７がホルダ３の各収容孔６に挿入されるように、磁石７が立設された支持板８をホルダ３上面と接合し、例えば、ボルトを用いて指示板８とホルダ３とを固定してカソードユニットＣを組付ける。そして、カソードユニットＣをチャンバ２の天井部に取付ける。
　次いで、カソードユニットＣに対向するステージ１０に基板Ｗを載置した後、排気機構（排気ポンプ）１２を作動させて、チャンバ２内を所定の真空度（例えば、１０－５Ｐａ）まで真空引きすると共に、電源装置１６を入力してコイル１３ｕ，１３ｄに通電し、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗの被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線Ｍ（図５）が局所的に通るように磁場を発生させる。このとき、被処理体である基板Ｗの中央域と周縁域において、垂直な磁力線どうしの間隔が同一なものとなっている。
　そして、チャンバ２内の圧力が所定値に達すると、チャンバ２内に、たとえばＡｒ（アルゴン）ガスからなるスパッタガスを所定の流量で（すなわち、チャンバ２内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御されるように）導入し、直流電源９を起動し、カソードユニットＣに所定値の負の電位を印加（電力投入）する。
　カソードユニットＣに負の電位が印加されると、ホルダ３内のターゲット５の空間５ａからカソードユニットＣの前方の空間にグロー放電が生じ、このとき、磁石７により発生させた磁場により空間５ａにプラズマが封じ込められる。この状態でスパッタガスの導入を停止すると、空間５ａで自己放電するようになる。
　そして、プラズマ中のアルゴンイオン等がターゲット５の内壁面に衝突してスパッタリングされ、Ｃｕ原子が飛散し、Ｃｕ原子や電離したＣｕイオンが、図４において点線矢印で示すように、ターゲット５の下面の開口から強い直進性を持って、基板Ｗに向かってチャンバ２内に放出される。
　電離したＣｕイオンは、ターゲット５の下面の開口から放出されると、高圧のプロセスガスによってチャンバ空間における平均自由行程（ＭＦＰ）が短くなって直進性が弱まり、図５において矢印で示すように、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗに向けて所定の間隔で局所的に発生した垂直な磁力線Ｍの形状にしたがって、この磁力線Ｍの方向に沿うように飛翔方向が制御され、図中点線矢印で示すように、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成する（もしくは選択的に所定の領域に被膜を形成させない）ように指向性が高められる。
　その結果、ターゲット５の開口直下の位置（ターゲット５の開口に対向する部分及びその周辺を含む領域）では、極めて高い膜厚均一性を持って成膜されることで、基板Ｗの所定領域において高アスペクト比の微細ホールに対しても被覆性よく成膜できる。
　なお、この際、熱やイオン照射等によりエネルギーを供給することで、薄膜の成長を促すことができる。
　このように本実施形態においては、チャンバ２内で被膜の母材をなすターゲット５に対向させて基板Ｗを配置し、ターゲット５のスパッタ面から被処理体である基板Ｗの被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ２内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御することで、スパッタ源から基板へ向けて方向性の揃ったスパッタ粒子を輸送することができ、ターゲット５からのスパッタ粒子が垂直の磁場によりその方向が変えられ、基板Ｗに対して略垂直に入射して付着することになる。その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態に係る成膜装置を用いれば、高アスペクト比の微細ホールに対しても基板全面に亘ってより一層被覆性よく成膜でき、カバレージ率を向上させることができる。
　したがって、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態に係る成膜装置を用いれば、高アスペクト比の微細ホールに対しても被覆性よく成膜することができる。また、スパッタ粒子の輸送経路が制御できるので、スパッタ粒子を基板に対してだけ制限するように制御すれば、防着板等の基板以外の部分への堆積量を大幅に減少させることができ、メンテナンス周期の延長を達成することができる。しかも、従来技術のような複数のカソードユニットを成膜装置自体に設けるものではないため、装置構成を変更する場合に比べて、その構成は簡単であり、且つ装置の製作コストを低くできる。
　なお、本実施形態では、磁石７として棒状のものを用いた形態を例に説明したが、ターゲット５の空間５ａに５００ガウス以上の強磁場が形成されるものであれば、その形態は特に限定がない。したがって、リング状の磁石を用い、ターゲット５の空間５ａをそのターゲット５を囲繞するように配置してもよい。この場合、ホルダ３の上面には、リング状の磁石の収容を可能とする環状の収容溝を開設すれば良い。
　また、本実施形態では、量産性やターゲットの使用効率を考慮して、ホルダ３にターゲット５を着脱自在に挿設する形態について説明したが、ホルダ３自体がターゲット５としての役割を果たすことも可能である。つまり、ホルダ３の下面に凹部４だけを形成し、この凹部４の周囲に磁石７を内蔵し、その凹部４の内壁面をスパッタリングする構成を採用しても良い。
　また、ステージに、公知の構造を有する高周波電源（図示せず）を電気的に接続し、スパッタリング中、ステージ１０、ひいては基板Ｗに所定のバイアス電位が印加して、Ｃｕのシード層を形成する場合には、Ｃｕイオンを基板に積極的に引き込んでスパッタレートが高くなる構成を採用してもよい。
　なお、上記実施形態において、基板Ｗの中央域と周縁域において、垂直な磁力線Ｍどうしの間隔が同一である場合について説明したが、電源装置１６によって上下のコイル１３ｕ、１３ｄへ加わる電流値をそれぞれ調整することで、図６に示すように、基板Ｗの中央域と周縁域において、垂直な磁力線Ｍどうしの間隔が異なる構成を採用しても良い。
　このようにすると、磁場の強度が調整され、スパッタ粒子の飛翔方向を制御して、所望の領域に成膜することができる。
＜第２の実施形態＞
　上記第１の実施形態では、ホルダの片面にターゲット（材）が１つだけ取り付けられたカソードユニットを備える形態について説明したが、本発明はこれのみに限定されない。
　したがって、本実施形態では、ホルダの片面に複数のターゲット（材）が取り付けられたカソードユニットを備える成膜装置について説明する。
　図７～図９に示すように、本発明の成膜方法を実施する本実施形態に係る成膜装置２１は、被処理体としての基板Ｗの表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する装置である。この成膜装置２１は、チャンバ２と、カソードユニットＣ１と、第一磁場発生機構７と、直流電源９と、ガス導入機構１１と、排気機構１２と、第二磁場発生機構１３と、を少なくとも備える。
　なお、以下に説明する第２の実施形態において、上述した第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。したがって、第１の実施形態と同様の構成部分は同じ符号を付し、その説明は省略し、特に説明しない限り同じである。
　カソードユニットＣ１は、導電性を有する材料から作製された平面視で円板状のホルダ２３を備えている。このホルダ２３は、例えば後述するターゲットと同一な材料で作製されることも可能である。ホルダ２３の下面には、同一の開口面積である複数の平面視円形の凹部４が形成されている。本実施形態では、図９に示すように、先ずホルダ２３の中心Ｃｐと同心に１個の凹部４を形成し、この凹部４を基準として、その周囲に６個の凹部４を同一の仮想円周Ｖｃ上でかつ等間隔に位置するように形成する。すなわち、本実施形態において、ホルダ２３の中心Ｃｐに形成された１個の凹部４と、ホルダ２３の中心Ｃｐを円心とする円周に等間隔で形成された６個の凹部４とが例示されている。
　本実施形態では、ホルダの中心Ｃｐに形成された凹部４を基準としてその周囲に６個の凹部４を形成する形態を説明したが、この仮想円周Ｖｃ上の各凹部４を基準としてその周囲に６個ずつの凹部４を形成することも可能である。さらに、同様にして、ホルダ２３の径方向外側で複数の凹部４を（凹部４が形成できなくなるまで）形成し、ホルダ２３の下面全体に亘って凹部４を密集させて多く形成しても良い。これに応じて、ホルダ下面の面積は、ホルダの径方向最外に位置する凹部４の中心が基板Ｗの外周より径方向内側に位置するように定寸される。なお、図９に示す形態では、ホルダの中心Ｃｐに形成された凹部４を基準に、その周囲に１サイクルの凹部（６個）が形成されているが、これのみに限定されず、その周囲に２サイクル以上の凹部（例え１２個以上）が形成されても良い。さらに、１サイクルに６個の凹部のみに限定されず、例えば、４個や８個の凹部でも良い。
　また、各凹部４相互の径方向の間隔は、後述する円筒状の磁石の直径より大きく、かつ、ホルダ２３の強度が保持できる範囲で設定される。そして、この各凹部４にはターゲット５が挿設され、このターゲット５は、その底部側から各凹部４に着脱自在に嵌着される。
　また、本実施形態では、収容孔６が１個の凹部４の周囲に６個の磁石７が等間隔で、かつ相互に隣接する各凹部４の中心を結ぶ線上に位置するように形成されている（図９参照）。各磁石７は、各凹部４の周囲に配置したときに、ターゲット５の内部の空間５ａに５００ガウス以上の強磁場が発生するように設計されている。
　上記のように成膜装置２１を構成することで、ターゲット５をスパッタリングした場合に、ターゲット５から飛散したスパッタ粒子が正電荷を有していると、ターゲット５から基板Ｗへの垂直な磁場によりその飛翔方向が制御され、基板Ｗ全面で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。すなわち、図７において矢印で示すように、ターゲット５のスパッタ面から基板Ｗに向けて、所定の間隔で局所的に発生した垂直な磁力線Ｍの形状にしたがって、この磁力線Ｍの方向に沿うように飛翔方向が制御され、図中点線矢印で示すように、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成する（もしくは選択的に所定の領域に被膜を形成させない）ように指向性が高められる。
　その結果、半導体デバイスの製作における成膜工程で、本実施形態の成膜装置２１を用いれば、高アスペクト比の微細溝又は穴へのカバレージ率の向上を実現することができる。図７では、複数設けられたターゲット５の開口と対向する位置に、極めて高い膜厚均一性を持って成膜されることで、基板Ｗ上の複数の所定領域において高アスペクト比の微細ホールに対しても被覆性よく成膜できる。
　まず、実施例１として、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、プロセス圧力を調整することで、スパッタ粒子の指向性を高めることができることを確認するため、図１に示す成膜装置を用い、チャンバ内のプロセス圧力を０．１２Ｐａ、０．３Ｐａ、０．６Ｐａ、１．２Ｐａ、１．６Ｐａ、３．０Ｐａ、１０．０Ｐａと変えて導入し、基板Ｗ上にＣｕ膜を成膜した。
　本実施例では、基板Ｗとして、φ３００ｍｍのＳｉウエハ表面全体に亘ってシリコン酸化物膜を形成した後、このシリコン酸化物膜中に公知の方法で高アスペクト比の微細ホール（例えば、幅ｗが４５ｎｍ、深さｄが１５０ｎｍ）をパターニングして形成したものを用いた。
　また、カソードユニットとして、図２に示すように、組成比が９９％で、φ６００ｍｍに作製したＣｕ製のホルダを用いた。そして、このホルダの下面中央に開口径φ４０ｍｍ、深さ５０ｍｍの凹部を形成し、この凹部内に、ホルダと同一材料から作製された有底筒状のターゲットをその底部側から嵌着した。また、凹部の周囲には、周方向に等間隔で６個の磁石ユニットを内蔵し、実施例１用のカソードユニットとした。この場合、磁石は、凹部の空間に５００ガウスの磁場強度で磁場を発生させる。そして、このように作製したカソードユニットを真空チャンバの天井部に取付けた後、凹部の開口を除くホルダ下面にマスク部材を装着して覆った。
　また、成膜条件として、ホルダ下面と基板との間の距離を３００ｍｍに設定し、スパッタガスとしてＡｒを用い、ターゲットへの投入電力を２０Ａの定電流制御に設置し、スパッタ時間を２０秒に設定して、Ｃｕ膜の成膜を行った。
　そして、成膜した基板Ｗの中心位置（０ｍｍ）と、この中心位置を基準として７０ｍｍ離れた位置での膜厚をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。また、プロセス圧力と膜厚との関係を図１０に示す。
　[表１] 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　表１及び図１０の結果より、プロセス圧力が０．３Ｐａ以上で、徐々に基板の中心位置の膜厚が増し、選択的に所定の領域にだけ被膜を形成できることが確認された。また、プロセス圧力が１．２Ｐａと１．６Ｐａの間、おおよそ１．５Ｐａ辺りから、基板の中心位置から７０ｍｍ離れた位置での膜厚が一気に減少し、選択的に所定の領域に被膜を形成させないように指向性が高められることが確認された。これは、プロセス圧力を１．５Ｐａ以上とすることで、ホロー放電電圧が一定（飽和）となり、スパッタ粒子はホロー内部で方向性を失い、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて発生した磁場により基板へ向けて誘導されるものと思われる。
　これにより、チャンバ内におけるプロセス圧力を０．３Ｐａ以上、好ましくは１．５Ｐａ以上に制御すると、指向性を高められることが分かる。
　また、上記実施例において、チャンバ内のガス圧が、（Ａ）０．１２Ｐａ、（Ｂ）０．６Ｐａ、（Ｃ）１．６Ｐａのときの上記微細ホールでの成膜状態を、模式的断面図として図１１Ａ～図１１Ｃにそれぞれ示すと共に、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａと、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂとをそれぞれ測定し、ボトムカバレッジ（Ｔｂ／Ｔａ）を算出した。
　その結果、ガス圧が上記（Ａ）０．１２Ｐａである時、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａ１が４０ｎｍ、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂ１が２４．３ｎｍ、ボトムカバレッジが６０．８％であった。また、ガス圧が上記（Ｂ）０．６Ｐａである時、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａ２が４０ｎｍ、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂ２が３５．０ｎｍ、ボトムカバレッジが８７．９％であった。さらに、ガス圧が上記（Ｃ）１．６Ｐａである時、微細ホールの周囲の面への膜厚Ｔａ３が４０ｎｍで、微細ホールの底面への膜厚Ｔｂ３が４２．４ｎｍで、ボトムカバレッジが１０６％であった。
　図１１Ａ～図１１Ｃ及び上記結果より、チャンバ内のガスの流量を上げること、すなわち、チャンバ内にのガス圧を上げることで、指向性が高められ、選択的に所定の領域に被膜を形成させ、カバレージ率を向上させることができることが確認できた。また、この結果より、スパッタ粒子が傾斜して飛散し、例えば防着板などの被処理体の被成膜面以外の部分への付着及び堆積を大幅に減少させることができることもわかる。
　次に、上記実施例１において、成膜した時の圧力が０．３Ｐａ以下のときをゾーン（Ａ）、成膜した時の圧力が０．３Ｐａ以上１．５Ｐａ以下のときをゾーン（Ｂ）、成膜した時の圧力が１．５Ｐａ以上１０．０以下のときをゾーン（Ｃ）、成膜した時の圧力が１０．０Ｐａ以上のときをゾーン（Ｄ）として、それぞれのゾーンにおいて成膜したときの被膜のボトムカバレッジ、スパッタ粒子の指向性、スパッタ粒子の収束性についてそれぞれ評価した。その結果を表２に示す。
　なお、各評価方法における結果は、それぞれ以下のことを示す。
　ボトムカバレッジが、５０％以下のときはＮＧ印、５０％～８０％のときはＢ印、８０％～１００％のときはＦ印、１００％以上のときはＧ印とした。
　また、スパッタ粒子の指向性によりカバレージのシンメトリーが著しく大きくなるときはＮＧ印、大きいときはＢ印、中程度のときはＦ印、ほとんど確認できないときはＧ印とした。
　さらに、スパッタ粒子の収束性は、エロード部の下方と非エロード部の下方に相当する位置における膜厚比が、１以下のときはＮＧ印、１～２程度のときはＢ印、２～５程度のときはＦ印、５以上のときはＧ印とした。
　[表２]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　表２に示す結果により、ガス圧を０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御することで、ボトムカバレージ、スパッタ粒子の指向性、スパッタ粒子の収束性の各項目が何れも望ましい評価になることが確認できた。
　したがって、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧を０．３Ｐａ以上、好ましくは１．５Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御してターゲットをスパッタリングすることで、生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら基板の被成膜面へスパッタ粒子を誘導し、堆積させて成膜できることが分かる。
　次に、磁場の強度を調整することで、スパッタ粒子の飛翔方向を制御できることを確認するため、実施例１と同様の成膜条件下で、プロセス圧力を、実施例１で望ましい結果が得られた１．６Ｐａ（ガス流量が２６７ｓｃｃｍ）とし、ターゲットのスパッタ面から基板の被成膜面に向けて垂直な磁場を発生させて成膜したときと、発生させないで成膜したときにおける基板の径方向位置での膜厚を測定した。そして、このときの基板位置とその膜厚の関係を示す膜厚分布を図１２にそれぞれ示す。
　図１２に示すように、垂直な磁場を発生させて成膜したときは、基板中心から所定の半径領域（ターゲットのエロード径と略等しい領域）において局所的に成膜されていることが確認された。しかしながら、垂直な磁場が発生していないと、スパッタ粒子は散乱し、ターゲットでのエロード径以上の領域に堆積していることが確認された。
　したがって、磁場の強度を調整することで、スパッタ粒子の飛翔方向を制御できることが分かる。
　なお、本実施形態において、ホロータイプのターゲットを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。したがって、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させながら、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するようにすれば、平面タイプのターゲットを用いた場合でも実施することができるものである。
　以上に説明したが、本発明に係る成膜方法について、以下に概略する。
　被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法において、減圧可能な内部空間を有するチャンバ２内に被処理体Ｗとターゲット５とを対向配置し、ターゲットのスパッタ面から被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通るように磁場を発生させる。次いで、チャンバ内にスパッタガスを導入して、チャンバ内におけるガス圧が０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、ターゲットと処理体との間の空間にプラズマを発生させる。そして、ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながらスパッタ粒子を被処理体へ誘導し、堆積させて、被処理体の表面に被膜を形成する。
　前にも説明したように、前記磁場の強度を調整することにより、前記スパッタ粒子の飛翔方向を制御することができる。さらに、被処理体の中央域と周縁域において、垂直な磁力線どうしの間隔が同一でも異なっても良い。
　本発明の成膜装置及び成膜方法は、高アスペクト比の微細溝又は穴への成膜に広く用いられることが可能である。さらに、本発明の成膜装置及び成膜方法は、カバレージ率を向上させ、成膜装置のメンテナンス周期を延長することが可能である。
　Ｗ　　　　　　基板（被処理体）
　１，２１　　　成膜装置
　２　　　　　　チャンバ
　３，２３　　　ホルダ
　４　　　　　　凹部
　５　　　　　　ターゲット
　５ａ　　　　　放電用の空間
　６　　　　　　収容孔
　７　　　　　　磁石（第一磁場発生機構）
　８　　　　　　支持板
　９　　　　　　直流電源（ＤＣ電源）
　１０　　　　　ステージ
　１１　　　　　ガス管（ガス導入機構）
　１２　　　　　排気ポンプ（排気機構）
　１３ｕ　　　　上コイル（第二磁場発生機構）
　１３ｄ　　　　下コイル（第二磁場発生機構）
　１４　　　　　ヨーク
　１５　　　　　導線
　１６　　　　　電源装置

Claims (6)

  1. 　被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、
    　チャンバ内に、前記被膜の母材をなすターゲットと、前記被処理体とを対向配置し、前記ターゲットのスパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させつつ、
    　前記チャンバ内にスパッタガスを導入して、前記チャンバ内におけるガス圧を０．３Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲に制御するとともに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加することにより、前記ターゲットと前記被処理体との間の空間にプラズマを発生させ、
    　前記ターゲットをスパッタリングすることにより生じたスパッタ粒子の飛翔方向を制御しながら、前記スパッタ粒子を前記被処理体へ誘導して堆積させて、前記被膜を形成することを特徴とする成膜方法。
  2. 　前記磁場の強度を調整することにより、前記スパッタ粒子の飛翔方向を制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
  3. 　前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
  4. 　前記被処理体の中央域と周縁域において、前記垂直な磁力線どうしの間隔が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
  5. 　被処理体の表面に被膜を形成する成膜装置であって、
    　前記被膜の母材をなすターゲットと前記被処理体とを対向配置させて、前記ターゲット及び前記被処理体を収納す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機構と；
    　前記ターゲットのスパッタ面から見て前方の空間に磁場を発生させる第一磁場発生機構と；
    　前記チャンバ内に導入するスパッタガスの流量を調整する機能を備えたガス導入機構と；
    　前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と；
    　前記ターゲットの前記スパッタ面から前記被処理体の被成膜面に向けて、所定の間隔で垂直な磁力線が局所的に通る磁場を発生させる第二磁場発生機構と；
    を備えることを特徴とする成膜装置。
  6. 　片面に１つ以上の凹部が設けられたホルダをさらに備え；
    　前記ターゲットは有底筒状を形成し、前記ホルダの前記凹部に、前記ターゲットの底部側から装着され；
    　前記第一磁場発生機構は、前記ターゲットの内部空間に磁場を発生させるように、前記ホルダに組み付けられている、ことを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
     
PCT/JP2010/003406 2009-05-20 2010-05-20 成膜方法及び成膜装置 Ceased WO2010134346A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/321,605 US20120118725A1 (en) 2009-05-20 2010-05-20 Film forming method and film forming apparatus
JP2011514342A JP5417437B2 (ja) 2009-05-20 2010-05-20 成膜方法及び成膜装置
DE112010002029T DE112010002029T8 (de) 2009-05-20 2010-05-20 Filmbildungsverfahren und Filmbildungsvorrichtung
KR1020117028442A KR101344085B1 (ko) 2009-05-20 2010-05-20 성막 방법 및 성막 장치
CN2010800216519A CN102428209A (zh) 2009-05-20 2010-05-20 成膜方法以及成膜装置
SG2011085743A SG176182A1 (en) 2009-05-20 2010-05-20 Film-forming method and film-forming apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-121894 2009-05-20
JP2009121894 2009-05-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010134346A1 true WO2010134346A1 (ja) 2010-11-25

Family

ID=43126037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/003406 Ceased WO2010134346A1 (ja) 2009-05-20 2010-05-20 成膜方法及び成膜装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120118725A1 (ja)
JP (1) JP5417437B2 (ja)
KR (1) KR101344085B1 (ja)
CN (1) CN102428209A (ja)
DE (1) DE112010002029T8 (ja)
SG (1) SG176182A1 (ja)
TW (1) TWI464285B (ja)
WO (1) WO2010134346A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012070195A1 (ja) * 2010-11-24 2012-05-31 株式会社アルバック スパッタリング方法
JP2013001965A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Ulvac Japan Ltd スパッタリング方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI565527B (zh) * 2011-12-26 2017-01-11 鴻海精密工業股份有限公司 電漿成膜裝置
US9576810B2 (en) * 2013-10-03 2017-02-21 Applied Materials, Inc. Process for etching metal using a combination of plasma and solid state sources
KR102502558B1 (ko) * 2018-08-10 2023-02-23 가부시키가이샤 아루박 스패터링 장치
KR102611646B1 (ko) * 2018-08-27 2023-12-11 가부시키가이샤 알박 스퍼터링 장치 및 성막 방법
JP7202815B2 (ja) * 2018-08-31 2023-01-12 キヤノントッキ株式会社 成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法
CN110777345A (zh) * 2019-11-28 2020-02-11 湖南华庆科技有限公司 一种磁控光学镀膜设备
WO2022158271A1 (ja) * 2021-01-19 2022-07-28 芝浦機械株式会社 表面処理装置および表面処理方法
JP7747417B2 (ja) * 2021-12-24 2025-10-01 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61246368A (ja) * 1985-04-24 1986-11-01 Nec Corp 金属膜の堆積方法
JPH06172995A (ja) * 1992-12-09 1994-06-21 Tokyo Electron Ltd マグネトロンスパッタリング装置及びスパッタリングガン
JP2002504187A (ja) * 1997-04-21 2002-02-05 トーキョー エレクトロン アリゾナ インコーポレイテッド 材料をイオン化スパッタリングする方法と装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3233496B2 (ja) 1993-04-14 2001-11-26 株式会社アルバック 真空成膜装置
JP5026631B2 (ja) * 1999-06-24 2012-09-12 株式会社アルバック スパッタリング装置
US6352629B1 (en) * 2000-07-10 2002-03-05 Applied Materials, Inc. Coaxial electromagnet in a magnetron sputtering reactor
JP4073657B2 (ja) 2001-11-21 2008-04-09 株式会社アルバック 処理方法
US7527713B2 (en) * 2004-05-26 2009-05-05 Applied Materials, Inc. Variable quadruple electromagnet array in plasma processing
JP4717896B2 (ja) * 2006-01-25 2011-07-06 株式会社アルバック スパッタリング装置及び成膜方法
JP2008047661A (ja) 2006-08-14 2008-02-28 Seiko Epson Corp 成膜装置及び半導体装置の製造方法
JP2008251579A (ja) 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 静電チャックおよび半導体装置の製造方法
JP2009121894A (ja) 2007-11-14 2009-06-04 Fujitsu Ltd 導電体パターンの欠陥検査方法及び欠陥検査装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61246368A (ja) * 1985-04-24 1986-11-01 Nec Corp 金属膜の堆積方法
JPH06172995A (ja) * 1992-12-09 1994-06-21 Tokyo Electron Ltd マグネトロンスパッタリング装置及びスパッタリングガン
JP2002504187A (ja) * 1997-04-21 2002-02-05 トーキョー エレクトロン アリゾナ インコーポレイテッド 材料をイオン化スパッタリングする方法と装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012070195A1 (ja) * 2010-11-24 2012-05-31 株式会社アルバック スパッタリング方法
JP5795002B2 (ja) * 2010-11-24 2015-10-14 株式会社アルバック スパッタリング方法
JP2013001965A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Ulvac Japan Ltd スパッタリング方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20120118725A1 (en) 2012-05-17
TWI464285B (zh) 2014-12-11
JPWO2010134346A1 (ja) 2012-11-08
JP5417437B2 (ja) 2014-02-12
KR20120023035A (ko) 2012-03-12
DE112010002029T5 (de) 2012-08-02
KR101344085B1 (ko) 2013-12-24
TW201107511A (en) 2011-03-01
SG176182A1 (en) 2011-12-29
DE112010002029T8 (de) 2012-10-11
CN102428209A (zh) 2012-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5417437B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
JP4970937B2 (ja) 誘導性結合プラズマの均一性を改善する側壁磁石及びそれと共に使用するシールド
US6462482B1 (en) Plasma processing system for sputter deposition applications
JP5550565B2 (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
JPH01272765A (ja) スパッタ被覆装置およびその被覆方法
US8911602B2 (en) Dual hexagonal shaped plasma source
WO2011002058A1 (ja) 薄膜の成膜方法
WO2009157439A1 (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
JP5717444B2 (ja) カソードユニット及びこのカソードユニットを備えたスパッタリング装置
JP2013139642A (ja) スパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置
JPH04228567A (ja) プレーナー・マグネトロン・スパッタリングシステム
JP3749178B2 (ja) 切頭円錐形スパッタリングターゲットのためのターゲット利用率の高い磁気構成
CN116783324B (zh) 磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置
JP2011017088A (ja) スパッタ成膜応用のためのプラズマ処理装置
JPWO2012070195A1 (ja) スパッタリング方法
JP2000256844A (ja) スパッタ装置及び成膜方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080021651.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10777582

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011514342

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112010002029

Country of ref document: DE

Ref document number: 1120100020299

Country of ref document: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117028442

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13321605

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10777582

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1