WO2011007832A1 - 成膜装置 - Google Patents

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知之 吉浜
恒吉 鎌田
和正 堀田
純一 濱口
茂雄 中西
豊田　聡
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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]

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus for forming a film on the surface of an object to be processed, and more particularly to a film forming apparatus using a sputtering method which is a kind of thin film forming method.
  • a film forming apparatus using a sputtering method (hereinafter referred to as a “sputtering apparatus”) is used in a film forming process in manufacturing a semiconductor device.
  • a sputtering apparatus with the recent miniaturization of the wiring pattern, over the entire surface of the substrate to be processed, high aspect ratio fine holes and trenches with a depth to width ratio of more than 3 can be used. Therefore, it is strongly required to form a film with good coverage, that is, to improve the coverage.
  • a negative voltage is applied to a target arranged in a vacuum chamber into which argon gas has been introduced (hereinafter referred to as ignition) as a first step for causing sputtered particles to jump out of the target.
  • sputtering gas for example, argon gas
  • sputtered particles are ejected from the target surface by the collision.
  • Cu atoms jump out as sputtered particles from a target formed of a wiring thin film material such as Cu, and adhere to the substrate to form a thin film.
  • the substrate to be deposited is disposed in the vacuum chamber so as to face the target at a predetermined interval.
  • a magnetic field is formed on the target surface by a magnetic field generating means (for example, a permanent magnet) provided on the back surface of the target. Then, by applying a negative voltage to the target, sputtering gas ions collide with the target surface, and target material atoms and secondary electrons are knocked out. By circulating these secondary electrons in the magnetic field formed on the target surface, the frequency of ionization collision between the sputtering gas (inert gas such as argon gas) and the secondary electrons is increased, the plasma density is increased, and the thin film Formation is possible (for example, refer patent document 1).
  • a magnetic field generating means for example, a permanent magnet
  • the applicant has a great influence on the occurrence of aggregation of the fine hole and trench side walls immediately after applying a negative potential to the target and when the plasma is not stable. I found out what it was doing.
  • the cause of this aggregation is thought to be the initial film quality formed by the sputtered particles before the plasma is stabilized.
  • a defect in the film quality at the initial stage affected the film formation after the plasma was stabilized, resulting in a film quality defect.
  • the film thickness to be formed was relatively large, the amount of film formed at the time of ignition was relatively small, which was not a problem.
  • the film thickness formed at the time of ignition cannot be ignored with respect to the required film thickness.
  • the present invention can form a film with good coverage on each fine hole and trench having a high aspect ratio formed on a substrate without being affected by sputtered particles deposited at the time of ignition. It is an object of the present invention to provide a possible film forming apparatus.
  • a film forming apparatus is a film forming apparatus that forms a film on a surface of an object to be processed using a sputtering method, and the object to be processed and the film disposed so as to face each other.
  • a chamber for storing a target as a base material; an exhaust means for depressurizing the inside of the chamber; a magnetic field generating means for generating a magnetic field in front of the sputtering surface of the target; and a DC power source for applying a negative DC voltage to the target
  • Gas introduction means for introducing a sputtering gas into the chamber; means for preventing the sputter particles from entering the object to be processed until the plasma generated between the target and the object to be processed becomes stable. And comprising;
  • the means may be a shutter disposed between the object to be processed and the target.
  • the means may be a transport device that moves the object to be processed in the horizontal direction below the target.
  • the means may be a grid electrode capable of forming an electric field between the object to be processed and the target.
  • the means may be a magnetic field generating means for forming a magnetic field between the target object and the target so as to deviate the trajectory of the sputtered particles from the target object.
  • the apparatus in a film forming apparatus that forms a coating film on a surface of an object to be processed using a sputtering method, includes a means for preventing incidence of sputtered particles on the object to be processed until the plasma becomes stable. Accordingly, it is possible to form a film with good coverage on each fine hole and trench having a high aspect ratio formed on the substrate without being affected by the sputtered particles formed at the time of ignition. In the case where a shutter disposed between the object to be processed and the target is employed as the above means, since the shutter blocks the sputtered particles, the film can be formed without being affected by the sputtered particles at the time of ignition.
  • the film forming apparatus 1 is of a DC magnetron sputtering method and includes a vacuum chamber 2 capable of forming a vacuum atmosphere.
  • a cathode unit C is attached to the ceiling of the vacuum chamber 2.
  • the ceiling side of the vacuum chamber 2 is referred to as “upper” and the bottom side thereof is referred to as “lower”.
  • the cathode unit C includes a target 3, and the target 3 is attached to a holder 5. Further, the cathode unit C includes magnetic field generating means 4 that generates a tunnel-like magnetic field in front of the sputtering surface (lower surface) 3 a of the target 3.
  • the target 3 is made of a material appropriately selected according to the composition of the thin film to be formed on the substrate W (object to be processed), for example, Cu, Ti, Al, or Ta.
  • the target 3 is produced in a predetermined shape (for example, a circular shape in plan view) by a known method so that the area of the sputtering surface 3a is larger than the surface area of the substrate W in accordance with the shape of the substrate W to be processed.
  • the target 3 is electrically connected to a DC power source (sputtering power source) 9 having a known structure so that a predetermined negative potential is applied.
  • the magnetic field generating means 4 is disposed on the surface (upper surface) opposite to the sputtering surface 3 a of the target 3.
  • the magnetic field generating means 4 includes a yoke 4a disposed in parallel with the target 3 and magnets 4b and 4c disposed on the lower surface of the yoke 4a so that the polarities on the target 3 side are different from each other.
  • the shape and number of the magnets 4b and 4c are appropriately selected according to the magnetic field to be formed in front of the target 3 from the viewpoint of stability of discharge and improvement in use efficiency of the target.
  • a flaky or rod-shaped magnet may be used, or these may be used in appropriate combination.
  • the magnetic field generating means 4 may be configured to reciprocate or rotate on the back side of the target 3.
  • a stage 10 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 2 so as to face the target 3 so that the substrate W can be positioned and held.
  • a gas pipe 11 for introducing a sputtering gas such as argon gas is connected to the side wall of the vacuum chamber 2, and the other end communicates with a gas source via a mass flow controller (not shown).
  • the vacuum chamber 2 is connected to an exhaust pipe 12a communicating with a vacuum exhaust means 12 (exhaust means) such as a turbo molecular pump or a rotary pump.
  • a rotary shaft 20 is inserted in an airtight manner in the bottom wall of the vacuum chamber 2, and a shutter 21 is attached to the tip portion thereof.
  • the rotating shaft 20 can be rotated by power such as a motor (not shown).
  • the shutter 21 is disposed between the substrate W and the shield 22. By rotating the rotating shaft 20, the substrate W can be completely covered with the shutter 21 when viewed from the target 3 side, and the substrate W can be completely exposed when viewed from the target 3 side.
  • the evacuation unit 12 is operated to evacuate the vacuum chamber 2 to a predetermined degree of vacuum (for example, a pressure of 10 ⁇ 5 Pa level). Then, after the pressure in the vacuum chamber 2 reaches a predetermined value, the substrate W is set on the stage 10 and the shutter 21 is disposed above the substrate W. While introducing argon gas (sputtering gas) or the like into the vacuum chamber 2 at a predetermined flow rate, a predetermined negative potential is applied (powered on) to the target 3 from the DC power source 9 to form a plasma atmosphere in the vacuum chamber 2. To do.
  • argon gas sputtering gas
  • a predetermined negative potential is applied (powered on) to the target 3 from the DC power source 9 to form a plasma atmosphere in the vacuum chamber 2.
  • Argon ions in the plasma collide with the sputter surface 3a and the sputter surface 3a is sputtered, and sputter atoms and sputter ions (sputter particles) are scattered from the sputter surface 3a toward the substrate W.
  • the shutter 21 is disposed immediately above the substrate W, the sputtered particles only adhere to the shutter 21 and do not reach the substrate W.
  • the rotating shaft 20 is rotated to move the shutter 21 from directly above the substrate W, so that the substrate W is exposed to the target 3. As a result, the sputtered particles reach the substrate W, and film formation is started.
  • the shutter 21 by blocking the sputtered particles in the initial stage of sputtering by the shutter 21, the sputtered particles when the plasma is unstable do not reach the substrate W. For this reason, it becomes possible to form a film with good coverage on each fine hole and trench having a high aspect ratio formed on the substrate.
  • FIG. 8A and 8B are schematic cross-sectional views of the formed high aspect ratio fine holes.
  • H is a fine hole with a high aspect ratio
  • L is a thin film formed.
  • the substrate W to be formed can be obtained by forming a silicon oxide film (insulating film) I on the surface of the Si wafer and then patterning fine holes H having a high aspect ratio in the silicon oxide film.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the fine hole H when the film formation at the time of ignition is not blocked
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the fine hole H when the film formation at the time of ignition is cut off.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the fine hole H when the film formation at the time of ignition is not blocked
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the fine hole H when the film formation at the time of ignition is cut off.
  • FIG. 8A it can be seen that the upper film thickness t1a and the lower film thickness t2a of the fine hole H are not uniform.
  • FIG. 8B it can be seen that the film thickness t1b at the upper part and the film thickness t2b at the lower part of the fine hole H are substantially uniform by blocking the film formation at the time of ignition. Further, comparing the opening diameter da of FIG. 8A and the opening diameter db of FIG. 8B, it can be seen that a larger diameter db is secured in FIG. 8B. Further, when the film thickness t3a at the bottom of the fine hole H in FIG. 8A is compared with the film thickness t3b in FIG. 8B, it can be seen that a sufficient film thickness t3b is ensured in FIG. . Furthermore, it can be seen that the unevenness (morphology) of the film attached to the side wall is improved in FIG. 8B compared to FIG. 8A.
  • FIG. 1A is schematic views of the film forming apparatus 1a including the split shutter 23.
  • the film forming apparatus 1 a includes a split shutter 23 having a circular shape in plan view that can be split into two at the center between the target 3 and the substrate W.
  • the division shutter 23 Before the division, the division shutter 23 has a sufficient size to block the sputtered particles popping out from the target 3 with respect to the substrate W as shown in FIG. 2A.
  • the divided shutter 23 is configured to be swingable so as to draw an arc after the division.
  • the divided shutter 23 can be opened and closed so that the substrate W is exposed to the target 3 after the ignition. .
  • the film forming apparatus 1a of the present embodiment covers each fine hole and trench having a high aspect ratio formed on the substrate W without being affected by the sputtered particles formed at the time of ignition. It is possible to perform film formation with good properties.
  • FIG. 1B are schematic views of the film forming apparatus 1b including the movable shutter 24.
  • FIG. The film forming apparatus 1b is characterized in that a movable shutter 24 is movably installed between the target 3 and the substrate W.
  • the movable shutter 24 has a rectangular plate shape in plan view, and one side of the movable shutter 24 is connected to the movable shaft 25 via a hinge part 26.
  • the movable shaft 25 is hermetically inserted through the bottom wall of the chamber 2 and is configured to be movable up and down by power means (not shown).
  • FIG. 3A is a view when the movable shaft 25 is positioned at the lowermost part.
  • the movable shutter 24 is guided directly above the substrate W by a guide (not shown) so that the substrate W is not exposed to the target.
  • FIG. 3B is a view when the movable shaft 25 is positioned at the uppermost part, and the movable shutter 24 rotates around the hinge portion 26 along the side wall of the chamber 2a. As a result, the substrate W is exposed to the target 3 and the sputtered particles reach the substrate W.
  • FIG. 4A and 4B are schematic views of a film forming apparatus 1c having a movable stage 10a.
  • the movable stage 10a is disposed at the bottom of the vacuum chamber 2b, and can position and hold the substrate W as in the first embodiment.
  • the movable stage 10a is movable in the horizontal direction by power means (not shown).
  • 4A the movable stage 10a is placed at a position where the substrate W is not exposed to the target 3 and at a position where the substrate W is exposed to the target 3 as shown in FIG. 4B. Can be moved.
  • the substrate W is set on the movable stage 10a. At this time, the substrate W is placed at a position where it is not exposed to the target 3. Then, a predetermined negative potential is applied (powered on) to the target 3 from the DC power source to form a plasma atmosphere in the vacuum chamber 2.
  • Argon ions in the plasma collide with the sputter surface 3a and the sputter surface 3a is sputtered, and sputter atoms and sputter ions (sputter particles) are scattered from the sputter surface 3a toward the substrate W.
  • the substrate W is disposed at a position where it is not exposed to the target 3, the sputtered particles do not reach the substrate W.
  • the movable stage 10a is moved.
  • the substrate W held on the movable stage 10a moves to the center of the vacuum chamber 2b in plan view, the substrate W is exposed to the target 3.
  • the sputtered particles reach the substrate W, and film formation is started.
  • the substrate W by arranging the substrate W at a position where it is not exposed to the target 3 in the initial stage of sputtering, the sputtered particles when the plasma is unstable do not reach the substrate W. For this reason, it becomes possible to form a film with good coverage on each fine hole and trench having a high aspect ratio formed on the substrate W.
  • FIG. 5 is a schematic view of a film forming apparatus 1d provided with a continuous stage 10b.
  • the continuous stage 10b has a configuration in which a plurality of stages are connected, and is arranged at the bottom of the vacuum chamber 2c.
  • the continuous stage 10b can freely move in the vacuum chamber 2c like a belt conveyor.
  • a substrate W is placed on each stage constituting the continuous stage 10b. However, the dummy substrate Wd is placed on the top stage.
  • the substrate W is set on each stage of the continuous stage 10b.
  • a dummy substrate Wd is placed on the first stage.
  • a predetermined negative potential is applied (powered on) to the target 3 from a DC power source to form a plasma atmosphere in the vacuum chamber 2.
  • Argon ions in the plasma collide with the sputter surface 3a and the sputter surface 3a is sputtered, and sputter atoms and sputter ions (sputter particles) are scattered from the sputter surface 3a toward the substrate W.
  • sputtered particles are deposited on the dummy substrate Wd to form a film.
  • the continuous stage 10b is moved to deposit the sputtered particles from the stable plasma on the substrate W to form a film.
  • the continuous stage 10b moves.
  • FIGS. 6A and 6B are schematic views of a film forming apparatus 1e provided with a mesh electrode 30.
  • the film forming apparatus 1e includes a mesh electrode 30 between the target 3 and the substrate W, and the mesh electrode 30 is fixed in the vacuum chamber 2a by an appropriate method.
  • FIG. 6B shows a plan view of the mesh electrode 30.
  • the mesh electrode 30 is composed of a frame body 31 and a conducting wire 32 that are circular in plan view, and the conducting wires 32 are fixed in a lattice shape within the frame body 31. It is preferable that the conducting wire 32 used is as thin as possible so as not to inhibit the passage of sputtered particles.
  • the mesh electrode 30 is connected to a power source (not shown), and an electromagnetic field can be formed by applying a voltage from the power source.
  • the film forming apparatus 1e configured as described above can block sputtered particles and charged particles during film formation at the time of ignition by forming an electromagnetic field around the mesh electrode 30 by the mesh electrode 30 at the time of ignition. Further, since the mesh electrode 30 used in the film forming apparatus 1e does not need to use a specially-shaped vacuum chamber, it can be easily introduced into an existing film forming apparatus.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a film forming apparatus 1 f including the first coil 40 and the second coil 45.
  • the magnetic lines of force M are shown using arrows in FIG. 7 for convenience of explanation, but do not limit the direction of the magnetic field.
  • the direction may be N ⁇ S or may be S ⁇ N.
  • the film forming apparatus 1f is provided with a first coil 40 and a second coil 45 around the vacuum chamber 2a.
  • the first coil 40 and the second coil 45 have ring-shaped coil supports 41 and 46 provided on the outer wall of the vacuum chamber 2 with predetermined intervals in the vertical direction, respectively.
  • conductive wires 42 and 47 are wound around a vertical axis connecting the center of the target 3 and the substrate W, respectively.
  • Each of the coils 40 and 45 includes a power supply device (not shown) that can energize the coils 40 and 45.
  • the number of coils, the diameter and the number of turns of the conducting wire 15 are, for example, the size of the target 3, the distance between the target 3 and the substrate W, the rated current value of the power supply device, and the strength of the magnetic field to be generated (Gauss). It is set appropriately according to
  • the power supply device has a known structure including a control circuit (not shown) that can arbitrarily change the current value and the current direction in the first coil 40 and the second coil 45.
  • a negative current value is applied to the first coil 40 so that a downward vertical magnetic field is generated.
  • a positive current value was applied to the second coil 45 so as to generate an upward vertical magnetic field.
  • the film forming apparatus 1 f during ignition, a negative current is applied to the first coil 40 and a positive current is applied to the second coil 45, so that the trajectory of the sputtered particles is formed between the substrate W and the target 3.
  • a negative current is applied to the first coil 40
  • a positive current is applied to the second coil 45, so that the trajectory of the sputtered particles is formed between the substrate W and the target 3.
  • the coils 40 and 45 used in the film forming apparatus 1f of the present embodiment do not require a specially-shaped vacuum chamber, and therefore can be easily introduced into an existing film forming apparatus.

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Abstract

　被処理体の表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する成膜装置であって、互いに対向するように配置された前記被処理体と前記被膜の母材であるターゲットとを収納するチャンバと；前記チャンバ内を減圧する排気手段と；前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる磁場発生手段と；前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と；前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入手段と；前記ターゲットと前記被処理体との間に発生したプラズマが安定状態となるまで、前記被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐ手段と；を備える。

Description

成膜装置
　本発明は、被処理体の表面に被膜を形成するための成膜装置に関し、特に、薄膜形成方法の一種であるスパッタリング法を用いた成膜装置に関する。
　本願は、２００９年７月１７日に、日本に出願された特願２００９－１６９３３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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は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は、近年の配線パターンの微細化に伴い、処理すべき基板全面に亘って、深さと幅の比が３を超えるような高アスペクト比の微細ホール及びトレンチに対し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。
　一般的なスパッタリング装置では、スパッタ粒子をターゲットから飛び出させるための第一段階として、アルゴンガスが導入された真空チャンバ内に配置されたターゲットに負の電圧を印加する（以下、イグニッションと呼ぶ）。これにより、スパッタリングガス（例えばアルゴンガス）がイオン化され、ターゲットに衝突し、この衝突によってターゲット表面からはスパッタ粒子が飛び出す。たとえば、Ｃｕなどの配線薄膜材料から形成されたターゲットから、スパッタ粒子としてＣｕ原子が飛び出し、基板に付着し薄膜となる。成膜対象である基板は真空チャンバ内に、ターゲットと所定間隔だけ離間して対向配置されている。
　また、ＤＣマグネトロン方式のスパッタリング装置においては、ターゲット裏面に設けられた磁場発生手段（例えば永久磁石など）によってターゲット表面に磁界を形成する。その上で、ターゲットに負の電圧を印加することにより、スパッタリングガスイオンがターゲット表面に衝突し、ターゲット材原子及び二次電子が叩き出される。この二次電子をターゲット表面に形成された磁界中で周回させることによってスパッタリングガス（アルゴンガスなどの不活性ガス）と二次電子とのイオン化衝突の頻度を増大させ、プラズマ密度を高くし、薄膜形成を可能にしている（例えば、特許文献１参照）。
日本国特開２００８－４７６６１号公報
　出願人は、微細ホール及びトレンチに対する成膜において、ターゲットに負の電位を印加した直後の、プラズマが安定していない段階における成膜過程が、微細ホール及びトレンチの側壁の凝集発生に大きな影響を及ぼしていることを見出した。この凝集の原因はプラズマが安定する以前のスパッタ粒子によって形成される初期段階の膜質にあると思われる。初期段階の膜質に不良があることによって、プラズマ安定後の成膜に影響が及び、結果として膜質不良となった。
　配線パターンが微細化する以前は、成膜する膜厚が比較的厚かったため、イグニッション時に成膜される成膜量は相対的に小さく、問題とはならなかった。しかし、近年、配線パターンが微細化したことによって、要求される膜厚に対して、着火時（イグニッション時）に形成される膜厚が無視できなくなってきた。
　本発明は、以上の点に鑑み、イグニッション時に堆積するスパッタ粒子の影響を受けずに、基板に形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことが可能な成膜装置の提供を課題とする。
　本発明の一態様に係る成膜装置は、被処理体の表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する成膜装置であって、互いに対向するように配置された前記被処理体と前記被膜の母材であるターゲットとを収納するチャンバと；前記チャンバ内を減圧する排気手段と；前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる磁場発生手段と；前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と；前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入手段と；前記ターゲットと前記被処理体との間に発生したプラズマが安定状態となるまで、前記被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐ手段と；を備える。
　前記手段は、前記被処理体と前記ターゲットとの間に配置されたシャッタであってもよい。
　あるいは、前記手段が、前記被処理体を前記ターゲット下方において水平方向に移動させる輸送装置であってもよい。
　また、前記手段が、前記被処理体と前記ターゲットとの間に電場を形成することが可能な格子状の電極であってもよい。
　また、前記手段が、前記被処理体と前記ターゲットとの間に前記スパッタ粒子の軌道を前記被処理体から逸らせるような磁場を形成する、磁場発生手段であってもよい。
　本発明の一態様によれば、被処理体の表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する成膜装置において、プラズマが安定状態となるまで被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐ手段を備えることによって、イグニッション時に成膜されるスパッタ粒子の影響を受けずに、基板に形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことができる。
　上記手段に被処理体とターゲットとの間に配置されたシャッタを採用した場合には、シャッタがスパッタ粒子を遮断するため、イグニッション時のスパッタ粒子の影響を受けずに成膜することができる。
シャッタが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 分割シャッタが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 分割シャッタが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 可動シャッタが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 可動シャッタが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 可動ステージが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 可動ステージが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 連続ステージが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 メッシュ電極が設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 メッシュ電極を模式的に示す平面図である。 磁場発生コイルが設けられた成膜装置の構造を説明する模式的断面図である。 成膜された高アスペクト比の微細ホール及びトレンチの模式的断面図である。 成膜された高アスペクト比の微細ホール及びトレンチの模式的断面図である。
（第１の実施形態）
　以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態に係る成膜装置について説明する。図１に示すように、成膜装置１は、ＤＣマグネトロンスパッタリング方式のものであり、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ２を備える。真空チャンバ２の天井部にはカソードユニットＣが取り付けられている。なお、以下においては、真空チャンバ２の天井部側を「上」とし、その底部側を「下」として説明する。
　カソードユニットＣは、ターゲット３を備え、該ターゲット３はホルダ５に取り付けられている。さらに、カソードユニットＣは、ターゲット３のスパッタ面（下面）３ａ前方にトンネル状の磁場を発生する磁場発生手段４を備える。ターゲット３は、処理すべき基板Ｗ（被処理体）に形成しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択された材料、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、ＡｌやＴａ製である。ターゲット３は、処理すべき基板Ｗの形状に対応させて、スパッタ面３ａの面積が基板Ｗの表面積より大きくなるように公知の方法で所定形状（例えば平面視円形）に作製されている。また、ターゲット３は、公知の構造を有するＤＣ電源（スパッタ電源）９に電気的に接続され、所定の負の電位が印加されるようになっている。
　磁場発生手段４は、ターゲット３のスパッタ面３ａとは反対側の面（上面）に配置されている。磁場発生手段４は、ターゲット３に平行に配置されたヨーク４ａと、ヨーク４ａの下面にターゲット３側の極性が互いに異なるように配置された磁石４ｂ、４ｃとを有している。なお、磁石４ｂ、４ｃの形状や個数は、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ターゲット３の前方に形成しようとする磁場に応じて適宜選択される。例えば薄片状や棒状の磁石を用いてもよく、またはこれらを適宜組み合わせて用いてもよい。さらに、磁場発生手段４がターゲット３の背面側で往復運動や回転運動するように構成してもよい。
　真空チャンバ２の底部には、ターゲット３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ようになっている。また、真空チャンバ２の側壁には、アルゴンガスなどのスパッタガスを導入するガス管１１が接続され、その他端は、図示しない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。さらに、真空チャンバ２には、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどからなる真空排気手段１２（排気手段）に通じる排気管１２ａが接続されている。
　真空チャンバ２の底壁には、回転軸２０が気密に挿通されており、その先端部分にはシャッタ２１が取り付けられている。回転軸２０は、図示しないモーターなどの動力によって回転させることができる。
　シャッタ２１は、基板Ｗとシールド２２との間に配置されている。回転軸２０を回転させることにより、ターゲット３側から見て、基板Ｗをシャッタ２１により完全に覆うことができ、ターゲット３側から見て、基板Ｗを完全に露出させることもできる。
　次に、上記のような成膜装置１を使用した成膜について説明する。
　まず、真空排気手段１２を作動させて真空チャンバ２内を所定の真空度（例えば、１０－５Ｐａ台の圧力）まで真空引きする。そして、真空チャンバ２内の圧力が所定値に達した後、ステージ１０に基板Ｗをセットし、シャッタ２１を基板Ｗの上方に配置する。真空チャンバ２内にアルゴンガスなど（スパッタガス）を所定の流量で導入しつつ、ＤＣ電源９よりターゲット３に所定の負の電位を印加（電力投入）して真空チャンバ２内にプラズマ雰囲気を形成する。この場合、磁場発生手段４からの磁場で、スパッタ面３ａ前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子が捕捉され、スパッタ面３ａ前方におけるプラズマが高密度となる。
　プラズマ中のアルゴンイオンがスパッタ面３ａに衝突してスパッタ面３ａがスパッタリングされ、スパッタ面３ａから基板Ｗに向かってスパッタ原子やスパッタイオン（スパッタ粒子）が飛散する。この段階においては、シャッタ２１は、基板Ｗの直上に配置されているため、スパッタ粒子はシャッタ２１に付着するのみで、基板Ｗには到達しない。
　スパッタリング初期段階が終了しプラズマが安定した段階で、回転軸２０を回転させることによって、シャッタ２１が基板Ｗの直上から移動し、基板Ｗがターゲット３に対して露出される。これにより、スパッタ粒子は基板Ｗまで到達し、成膜が開始される。
　特に、Ｃｕターゲットの場合には、自己保持放電が可能である。このためスパッタガス導入による着火後、スパッタガス導入をやめて、プラズマが安定に維持されるまで待ち、その後シャッタ２１を開放し、基板Ｗに成膜を開始することも可能である。
　以上のように、スパッタリング初期段階のスパッタ粒子をシャッタ２１によって遮断することにより、プラズマ不安定時のスパッタ粒子が基板Ｗに到達することがなくなる。このため、基板に形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことが可能となる。
　図８Ａ及び図８Ｂに、成膜された高アスペクト比の微細ホールの模式的断面図を示す。この図において、Ｈは高アスペクト比の微細ホール、Ｌは成膜された薄膜である。成膜処理される基板Ｗは、Ｓｉウエハ表面にシリコン酸化物膜（絶縁膜）Ｉを形成した後、このシリコン酸化物膜中に高アスペクト比の微細ホールＨをパターニングすることにより得られる。
　図８Ａは、イグニッション時の成膜を遮断しなかった場合の微細ホールＨの模式断面図であり、図８Ｂは、イグニッション時の成膜を遮断した場合の微細ホールＨの模式断面図である。
　図８Ａでは、微細ホールＨの上部の膜厚ｔ１ａと下部の膜厚ｔ２ａとが不均一であることがわかる。一方、図８Ｂでは、イグニッション時の成膜を遮断したことによって、微細ホールＨの上部の膜厚ｔ１ｂと下部の膜厚ｔ２ｂとが略均一であることがわかる。
　また、図８Ａの開口部径ｄａと図８Ｂの開口部径ｄｂとを比較すると、図８Ｂにおいてより大きな径ｄｂが確保されることがわかる。さらに、図８Ａの微細ホールＨ底部の膜厚ｔ３ａと、図８Ｂの膜厚ｔ３ｂとを比較すると、図８Ｂにおいて十分な膜厚ｔ３ｂが確保されており、ボトムカバレッジが改善されていることがわかる。
　さらに、側壁に付着した膜の凹凸（モホロジー）が、図８Ａに比べて図８Ｂでは改善されることがわかる。
（第２の実施形態）
　分割シャッタを使用する、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様にイグニッション時のスパッタ粒子を遮断するためのシャッタが用いられている。本実施形態は、シャッタ機構に関し第１の実施形態のシャッタ２１の代わりに分割シャッタ２３が用いられていることを除き、第１の実施形態と同様の構成を有している。図２Ａ及び図２Ｂは、分割シャッタ２３を備えた、成膜装置１ａの概略図である。
　成膜装置１ａはターゲット３と基板Ｗとの間に、中央部において２つに分割可能な平面視円形の分割シャッタ２３を備えている。分割シャッタ２３は、分割前においては、図２Ａに示すように、基板Ｗに対して、ターゲット３から飛び出してくるスパッタ粒子を遮断するのに十分な大きさを有している。
　分割シャッタ２３は、分割後は弧を描くように揺動可能に構成されており、図２Ｂに示すように、イグニッション後に、ターゲット３に対して基板Ｗを露出するように、開閉が可能である。
　分割シャッタ２３は、開放時は、真空チャンバ２の側壁に沿うような位置に置かれるので、スペース効率がよい。
　このような構成によって、本実施形態の成膜装置１ａは、イグニッション時に成膜されるスパッタ粒子の影響を受けずに、基板Ｗに形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことが可能である。
　（第３の実施形態）
　可動シャッタを使用する、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様にイグニッション時のスパッタ粒子を遮断するためのシャッタが用いられている。本実施形態は、シャッタ機構に関し第１の実施形態のシャッタ２１の代わりに可動シャッタ２４が用いられていることを除き、第１の実施形態と同様の構成を有している。図３Ａ及び図３Ｂは、可動シャッタ２４を備えた成膜装置１ｂの概略図である。
　この成膜装置１ｂは、ターゲット３と基板Ｗとの間に、可動シャッタ２４を移動可能に設置することを特徴としたものである。
　可動シャッタ２４は、平面視矩形の板状であり、その一辺がヒンジ部２６を介して可動軸２５と連結されている。可動軸２５はチャンバ２の底壁に気密に挿通しており、図示しない動力手段によって上下動可能に構成されている。
　図３Ａは、可動軸２５が最下部に位置した場合の図であり、可動シャッタ２４は図示しないガイドによって、基板Ｗの直上に導かれ、基板Ｗをターゲットに対して露出しない状態にする。図３Ｂは、可動軸２５が最上部に位置した場合の図であり、可動シャッタ２４は、チャンバ２ａの側壁に沿うようにヒンジ部２６を中心に回動する。これにより、基板Ｗはターゲット３に対して露出され、スパッタ粒子が基板Ｗに到達するようになる。
（第４の実施形態）
　可動ステージ１０ａ（輸送装置）を使用する、本発明の第４の実施形態について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは可動ステージ１０ａを備えた成膜装置１ｃの概略図である。
　可動ステージ１０ａは、真空チャンバ２ｂの底部に配置されており、第１の実施形態と同様に、基板Ｗを位置決め保持できる。可動ステージ１０ａは、図示しない動力手段によって水平方向に移動自在である。また、図４Ａに示すように、基板Ｗがターゲット３に対して露出しないような位置、および図４Ｂに示すように、基板Ｗがターゲット３に対して露出するような位置に、可動ステージ１０ａを移動させることができる。
　次に、上記のような構成の成膜装置１ｃを使用した成膜について説明する。
　まず、可動ステージ１０ａに基板Ｗをセットする。この際、基板Ｗは、ターゲット３に対して露出しないような位置に置かれている。そして、ＤＣ電源よりターゲット３に所定の負の電位を印加（電力投入）して真空チャンバ２内にプラズマ雰囲気を形成する。
　プラズマ中のアルゴンイオンがスパッタ面３ａに衝突してスパッタ面３ａがスパッタリングされ、スパッタ面３ａから基板Ｗに向かってスパッタ原子やスパッタイオン（スパッタ粒子）が飛散する。この段階においては、基板Ｗはターゲット３に対して露出しない位置に配置されているため、スパッタ粒子は基板Ｗには到達しない。
　スパッタリング初期段階が終了しプラズマが安定した段階で、可動ステージ１０ａを移動させる。可動ステージ１０ａ上に保持された基板Ｗが真空チャンバ２ｂの平面視中心部まで移動すると、基板Ｗがターゲット３に対して露出される。これにより、スパッタ粒子は基板Ｗまで到達し、成膜が開始される。
　以上のように、スパッタリング初期段階において、基板Ｗをターゲット３に対して露出されないような位置に配置することによって、プラズマ不安定時のスパッタ粒子が基板Ｗに到達することがなくなる。このため、基板Ｗに形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことが可能となる。
（第５の実施形態）
　連続ステージ１０ｂ（輸送装置）を使用する、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態においても、第４の実施形態と同様にイグニッション時（スパッタリング初期段階）において、基板Ｗをターゲット３に対して露出されないような位置に配置する。本実施形態は、輸送装置に関し第４の実施形態の可動ステージ１０ａの代わりに連続ステージ１０ｂを用いることを除いて、第１の実施形態と同様の構成を有している。図５は連続ステージ１０ｂを備えた成膜装置１ｄの概略図である。
　連続ステージ１０ｂは、複数のステージを連結した構成となっており、真空チャンバ２ｃの底部に配置されている。連続ステージ１０ｂは、ベルトコンベアのように真空チャンバ２ｃ内を巡回移動自在である。連続ステージ１０ｂを構成する個々のステージには、それぞれ基板Ｗが載置されている。ただし、先頭のステージには、ダミー基板Ｗｄが載置されている。
　上記のような成膜装置１ｄを使用した成膜について説明する。
　まず、連続ステージ１０ｂの各ステージに基板Ｗをセットする。先頭のステージにはダミー基板Ｗｄを載置する。ＤＣ電源よりターゲット３に所定の負の電位を印加（電力投入）して真空チャンバ２内にプラズマ雰囲気を形成する。
　プラズマ中のアルゴンイオンがスパッタ面３ａに衝突してスパッタ面３ａがスパッタリングされ、スパッタ面３ａから基板Ｗに向かってスパッタ原子やスパッタイオン（スパッタ粒子）が飛散する。この段階においては、ダミー基板Ｗｄに対してスパッタ粒子が堆積されて成膜される。
　スパッタリング初期段階が終了しプラズマが安定した段階で、連続ステージ１０ｂを移動させることによって、基板Ｗに対して安定状態のプラズマよりスパッタ粒子が堆積されて成膜される。基板Ｗに対して成膜が完了すると、連続ステージ１０ｂが移動する。スパッタリングは継続しているため、次の基板Ｗに対しては、最初から安定状態のプラズマによってスパッタリングされたスパッタ面３ａから飛散したスパッタ粒子が入射する。
　この成膜装置１ｄを用いて成膜を行うことによって、複数枚の基板Ｗに連続して成膜することが可能となる。
（第６の実施形態）
　メッシュ電極（格子状の電極）を使用する、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態では、イグニッション時のスパッタ粒子を遮断するにあたって、電磁場を形成することが可能な電極が用いられる。本実施形態は、第２の実施形態の分割シャッタ２３の代わりにメッシュ電極３０を用いることを除いて、第２の実施形態と同様の構成を有している。図６Ａ及び図６Ｂはメッシュ電極３０を備えた成膜装置１ｅの概略図である。
　成膜装置１ｅはターゲット３と基板Ｗとの間に、メッシュ電極３０を備えており、メッシュ電極３０は、適切な方法で真空チャンバ２ａ内に固定されている。図６Ｂにメッシュ電極３０の平面図を示す。メッシュ電極３０は平面視円形の枠体３１と導線３２とから構成されており、枠体３１内に格子状に導線３２が固定されている。使用される導線３２は、スパッタ粒子の通過を阻害しないように、細ければ細いほど好ましい。また、メッシュ電極３０は図示しない電源と接続されており、この電源より電圧を印加することによって、電磁場を形成することが可能である。
　上記構成の成膜装置１ｅは、イグニッション時に、メッシュ電極３０によってメッシュ電極３０の周囲に電磁場を形成することによって、イグニッション時の成膜時のスパッタ粒子及び荷電粒子を遮断することができる。
　また、形態の成膜装置１ｅに使用されているメッシュ電極３０は、特別な形状の真空チャンバを使用する必要がないため、既存の成膜装置への導入も容易である。
（第７の実施形態）
　コイル（磁場発生手段）を使用する、本発明の第７の実施形態について説明する。図７は、第１コイル４０および第２コイル４５を備えた成膜装置１ｆの概略図である。ここで磁力線Ｍは、説明の便宜上、図７において矢印を用いて示されているが、磁場の方向を限定するものではない。Ｎ→Ｓの方向でもよく、Ｓ→Ｎの方向でもよい。
　成膜装置１ｆには、真空チャンバ２ａを取り囲むようにして周囲に第１コイル４０および第２コイル４５が設置されている。
　第１コイル４０および第２コイル４５は、それぞれ上下方向に所定の間隔を存して真空チャンバ２の外側壁に設けたリング状のコイル支持体４１、４６を有し、このコイル支持体４１、４６には、ターゲット３及び基板Ｗの中心間を結ぶ垂直軸の周りで、それぞれ導線４２、４７が巻回されている。また、各コイル４０、４５は、各コイル４０、４５への通電を可能とする図示しない電源装置を備えている。
　ここで、コイルの個数、導線１５の径や巻数は、例えばターゲット３の寸法、ターゲット３と基板Ｗとの間の距離、電源装置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。
　電源装置は、第１コイル４０および第２コイル４５における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。本実施形態においては、第１コイル４０に下向きの垂直磁場が発生するようにマイナスの電流値を印加した。一方、第２コイル４５には上向きの垂直磁場が発生するようにプラスの電流値を印加した。このように第２コイル４５の電流値を第１コイル４０に対して反転させることで、図７に示すように、磁力線の向きは、基板Ｗに対して垂直とはならず、真空チャンバ２ａの側壁に向かうようになる。
　上記成膜装置１ｆでは、イグニッション時に、第１コイル４０にマイナスの電流を印加すると共に、第２コイル４５にプラスの電流を印加し、基板Ｗとターゲット３との間に、スパッタ粒子の軌道を基板Ｗから逸らせるような磁場を形成することによって、イグニッション時のスパッタ粒子及び荷電粒子を遮断することができる（第１コイル４０及び第２コイル４５の印加電流の向きは逆でもよい）。
　また、本実施形態の成膜装置１ｆに使用されているコイル４０、４５は、特別な形状の真空チャンバを必要としないため、既存の成膜装置への導入も容易である。
　本発明によれば、イグニッション時に堆積するスパッタ粒子の影響を受けずに、基板に形成された高アスペクト比の各微細ホール及びトレンチに対し、被覆性の良い成膜を行うことが可能な成膜装置を提供することができる。
Ｃ　カソードユニット
Ｗ　基板（被処理体）
１　成膜装置
２　真空チャンバ
３　ターゲット
３ａ　スパッタ面
４　磁場発生手段
４ａ　ヨーク
４ｂ，４ｃ　磁石
９　ＤＣ電源（スパッタ電源）
１０　ステージ
１０ａ　可動ステージ
１０ｂ　連続ステージ
１１　ガス管
１２　真空排気手段
１２ａ　排気管
２０　回転軸
２１　シャッタ
２２　シールド
２３　分割シャッタ
２４　可動シャッタ
２５　可動軸
２６　ヒンジ部
３０　メッシュ電極
４０　第１コイル
４５　第２コイル

Claims (5)

  1. 　被処理体の表面にスパッタ法を用いて被膜を形成する成膜装置であって、
    　互いに対向するように配置された前記被処理体と前記被膜の母材であるターゲットとを収納するチャンバと；
    　前記チャンバ内を減圧する排気手段と；
    　前記ターゲットのスパッタ面前方に磁場を発生させる磁場発生手段と；
    　前記ターゲットに負の直流電圧を印加する直流電源と；
    　前記チャンバ内にスパッタガスを導入するガス導入手段と；
    　前記ターゲットと前記被処理体との間に発生したプラズマが安定状態となるまで、前記被処理体へのスパッタ粒子の入射を防ぐ手段と；
    を備えたことを特徴とする成膜装置。
  2. 　前記手段は、前記被処理体と前記ターゲットとの間に配置されたシャッタであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記手段は、前記被処理体を前記ターゲット下方において水平方向に移動させる輸送装置であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  4. 　前記手段は、前記被処理体と前記ターゲットとの間に電場を形成することが可能な格子状の電極であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  5. 　前記手段は、前記被処理体と前記ターゲットとの間に前記スパッタ粒子の軌道を前記被処理体から逸らせるような磁場を形成する、磁場発生手段であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
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