JP4167749B2 - スパッタリング方法及びスパッタリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、スパッタリングによって基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング方法及び装置に関し、特に、基板の表面に形成された微小なホールの内面への成膜に適したスパッタリング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種メモリやロジック等の半導体デバイスの製造工程において、配線用導電膜の作成や異種層の相互拡散を防止するバリア膜の作成にスパッタリングの手法が多用されている。スパッタリングプロセスに要求される特性は色々あるが、基板の表面に形成されたホールの内面を十分な厚さの薄膜で被覆できることが、最近強く求められている。
具体的に説明すると、ＦＥＴ構造を有する多くの半導体デバイスの製造では、チャンネルの上側に形成した絶縁層にコンタクトホールを設け、このコンタクトホール内を導電膜で埋め込んでチャンネル配線とすることが行われている。このようなチャンネル配線の形成工程では、配線用の導電膜と下地であるチャンネルとの相互拡散等を防止するため、コンタクトホールの内面（底面及び側面）にバリア膜を作成することが行われる。また、多層配線構造を採るデバイスの製造では、層間配線用のスルーホールの内面に同様のバリア膜を設け、層間配線と下地配線層との相互拡散を防止する場合がある。
このようなコンタクトホールやスルーホールは、デバイスの高集積度化や高機能化を背景として、そのアスペクト比がどんどん高くなる傾向にある。アスペクト比は、ホールの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比である。スパッタリングは、ターゲットをスパッタすることでターゲットの材料の粒子（以下、スパッタ粒子）をターゲットから放出させ、このスパッタ粒子を対象物の表面に到達させて成膜する技術であるが、アスペクト比が高くなると、ホールの内面にくまなくスパッタ粒子を到達させることが難しくなる。この結果、ホールの内面への成膜が不十分となる。
【０００３】
コンタクトホールやスルーホールのような微小なホールの内面への成膜の指標として、ボトムカバレッジ率という指標がある。ボトムカバレッジ率は、ホールの周囲の面（ホール外の面）への成膜速度に対するホールの底面への成膜速度の比である。上記のように、高アスペクト比のホールについては、ホールの底面へのスパッタ粒子の到達が不十分になるので、ボトムカバレッジ率が低下する問題がある。ボトムカバレッジ率が低下すると、バリア膜の場合、ホールの底面でバリア膜が薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に致命的な欠陥を与える恐れがある。
ボトムカバレッジ率を向上させるスパッタリングの手法として、イオン化スパッタリングの手法が実用化されている。イオン化スパッタリングは、ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化するとともに、ホールの深さ方向の電界を設定し、イオン化したスパッタ粒子（以下、イオン化スパッタ粒子）を電界で基板に垂直に導いてホール内に到達させる手法である。イオン化スパッタリングでは、イオン化スパッタ粒子が基板に対して垂直に飛行して多く基板に入射するので、ボトムカバレッジ率の高い成膜ができるメリットがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、益々高くなるデバイスの集積度を背景として、ホールのアスペクト比もどんどん高くなってきている。このため、上記イオン化スパッタリングの手法でも限界があると予想される。
即ち、ＤＲＡＭ（記憶保持動作が必要な随時読み出し書き込み型メモリ）を例にすると、現在、６４メガビットクラスのＤＲＡＭの量産が本格的に開始されようとしている。６４メガビットクラスでは、回路の線幅は０．２５ミクロン前後であり、コンタクトホールのアスペクト比は４〜５程度である。この程度のホールであれば、上述したイオン化スパッタリングでも１５％程度のボトムカバレッジ率が得られ、量産対応が可能であると考えられる。
しかしながら、次世代デバイスといわれる線幅０．１８〜０．１３ミクロンのデバイスでは、アスペクト比は７〜１０程度にまで達すると予想される。この程度にまで高くなったアスペクト比のホールについては、上記イオン化スパッタリングでは十分なボトムカバレッジ率での成膜が不可能であり、技術的なブレークスルーが必要であると考えられる。
【０００５】
この点を、図６を使用してより具体的に説明する。図６は、高アスペクト比のホールに対する成膜の技術的困難性を説明した図である。図６には、次世代デバイスの製造に使用される基板の一例として、アスペクト比１０のホールを有する基板９の断面概略図が示されている。
前述した従来のイオン化スパッタリングの手法をこの図６に示すホール９０内の成膜に利用した場合、従来と同じ条件ではボトムカバレッジ率が不足し、実用化は困難である。従来のイオン化スパッタリングの延長線上で考えると、スパッタ粒子のイオン化効率を向上させたり、イオン化スパッタ粒子を導く電界の強度を高くしたりすることで、ある程度の改善が行われ、ボトムカバレッジ率の点では量産化に対応できる可能性がある。
【０００６】
しかしながら、発明者の検討によると、このような改善を行っていくと、サイドカバレッジ率の低下という問題が発生し、量産化の新たな障害となることが分かった。サイドカバレッジ率は、ホール９０外の面に対するホール９０の側面９１への成膜速度の比である。
より具体的に説明すると、イオン化効率を向上させてさらに多くのスパッタ粒子をイオン化させ、電界強度を高くしてさらに多くのイオン化スパッタ粒子をホールの深さ方向に飛行させて成膜を行うと、基板９に入射するスパッタ粒子は、殆どがホール９０の深さ方向に飛行するものになってしまう。この結果、ホール９０内に進入しても、スパッタ粒子は殆どがホール９０の底面９２に達し、ホール９０の側面９１には殆ど達しない。このため、ホール９０の側面９１への成膜速度が極端に低下してしまう。バリア膜の場合、ボトムカバレッジ率のみならずサイドカバレッジ率についても２０％程度は必要であると考えられるが、上述した従来のイオン化スパッタリングの延長線上ではこれを達成することは困難であり、根本的な解決が必要であると考えられる。
【０００７】
本願の発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、線幅が０．１８ミクロン以下となる次世代のデバイスをにらみ、７以上の高アスペクト比のホールに対してボトムカバレッジ率のみならずサイドカバレッジ率も十分高い成膜が行えるブレークスルーを提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング方法であって、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに、前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定する電界設定手段を動作させ、イオン化したスパッタ粒子を電界設定手段による電界で加速することで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われる方法であり、
側面成膜工程は、前記電界設定手段による電界設定無しに行われる工程であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記底面成膜工程での圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記側面成膜工程での圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記底面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記側面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記底面成膜工程では前記ターゲットに高周波電圧を印加してスパッタリングを行い、前記側面成膜工程では前記ターゲットに負の直流電圧を印加してスパッタリングを行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極を接地電位から絶縁するか又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する方法であり、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング方法であって、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定し、イオン化したスパッタ粒子をこの電界で加速することで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われる方法であり、
前記底面成膜工程での圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記側面成膜工程での圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記底面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記側面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、
排気系を備えたスパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に所定のガスを導入するガス導入系と、スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲットと、ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタするスパッタ電源と、スパッタによりターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設定する電界設定手段と、ターゲットと基板との間の距離を変更する距離変更機構と、排気系、ガス導入系、イオン化手段、電界設定手段及び距離変更機構を制御することが可能な制御部を備えており、
前記制御部は、前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させる際には前記スパッタチャンバー内の圧力を高い第一の圧力に保つよう前記排気系及び前記ガス導入系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を短い第一の距離になるよう距離変更手段を制御し、前記前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させない際には前記スパッタチャンバー内の圧力を第一の圧力より低い第二の圧力に保つよう前記排気系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を第一の距離より長い第二の距離になるよう距離変更手段を制御するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記スパッタ電源は高周波電源であり、この高周波電源によって設定された電界により前記スパッタ粒子をイオン化させることが可能であって前記スパッタ電源は前記イオン化手段に兼用されており、さらに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッチ回路を有している。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記スパッタ電源は高周波電源であり、さらに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッチ回路を有しており、
前記制御部は、前記ホールの内面のうちの底面に多く薄膜を堆積させる際には高周波電源である前記スパッタ電源を動作させてターゲットに高周波電圧を印加し、前記ホールの内面のうちの側面に多く薄膜を堆積させる際には負の直流電源を動作させてターゲットに負の直流電圧を印加する制御を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、上記請求項６乃至８いずれかの構成において、前記イオン化手段は、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極と、この補助電極を接地電位から絶縁することで前記スパッタ粒子をイオン化させるコンデンサ又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する高周波電源とによって構成されており、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、中央に設けられたセパレーションチャンバーの周囲に少なくとも一つのロードロックチャンバーと複数の処理チャンバーとを気密に接続したマルチチャンバータイプのスパッタリング装置であって、前記複数の処理チャンバーのうちの一つは第一スパッタチャンバーであって、他の一つは第二スパッタチャンバーであり、前記第一スパッタチャンバーには、第一スパッタチャンバー内を排気する第一排気系と、第一スパッタチャンバー内に所定のガスを導入する第一ガス導入系と、第一スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第一ターゲットと、第一ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタする第一スパッタ電源と、スパッタにより第一ターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、第一スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための第一基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設定する電界設定手段とが設けられており、第一の排気系及び第一ガス導入系は第一スパッタチャンバー内を高い第一の圧力に維持することが可能であり、また、第一基板ホルダーは基板と第一ターゲットとの間の距離が短い第一の距離となるよう基板を保持するものであり、前記第二スパッタチャンバーには、第二スパッタチャンバー内を排気する第二排気系と、第二スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第二ターゲットと、第二ターゲットに電圧を印加して第二ターゲットをスパッタする第二スパッタ電源と、第二スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための第二基板ホルダーとが設けられており、前記第二排気系は第二スパッタチャンバー内を第一の圧力より低い第二の圧力に維持することが可能であり、前記第二基板ホルダーは基板と第二ターゲットとの間の距離が第一の距離より長い第二の距離となるよう基板を保持するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１１記載の発明は、上記請求項１０の構成において、前記第一のスパッタチャンバーは、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極と、この補助電極を接地電位から絶縁することで前記スパッタ粒子をイオン化させるコンデンサ又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する高周波電源とを備えており、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１２記載の発明は、上記請求項１０又は１１の構成において、前記第一スパッタ電源は高周波電源であり、前記第二スパッタ電源は負の直流電源であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１３記載の発明は、上記請求項６乃至１２いずれかの構成において、前記第一の圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記第二の圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記第一の距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記第二の距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であるという構成を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
まず、請求項２及び３のスパッタリング装置の発明に属する第一の実施形態について説明する。図１は、請求項２及び３の発明に属する第一の実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示した平面概略図である。
図１に示すスパッタリング装置はマルチチャンバータイプの装置であり、中央に配置されたセパレーションチャンバー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に気密に接続された複数の処理チャンバー２，３，４，８及び二つのロードロックチャンバー５からなるチャンバー配置になっている。各チャンバー１，２，３，４，５，８は専用又は兼用の不図示の排気系を備えており、所定の圧力まで排気されるようになっている。各チャンバー同士の接続箇所にはゲートバルブ６が設けられている。
【００１０】
セパレーションチャンバー１内には、チャンバー間で基板９の搬送を行うための搬送機構として搬送ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、多関節ロボットが使用されている。この搬送ロボット１１はいずれか一方のロードロックチャンバー５から基板９を一枚ずつ取り出し各処理チャンバー２，３，４，８に送って順次処理を行い、最後の処理を終了した後、いずれか一方のロードロックチャンバー５に戻すようになっている。
そして、ロードロックチャンバー５の外側にはオートローダ７が設けられている。オートローダ７は大気側にある外部カセット６２から基板９を一枚ずつ取り出し、ロードロックチャンバー５内のロック内カセット５１に収容するようになっている。
複数の処理チャンバー２，３，４，８のうち一つは、スパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタチャンバー４である。また、別の処理チャンバー２，３，８の一つは、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２であり、さらに別の一つは、スパッタリングの前に基板９の表面の自然酸化膜又は保護膜を除去するための前処理エッチングを行う前処理エッチングチャンバー３である。
【００１１】
次に、本実施形態の装置の主要部を成すスパッタチャンバー４の構成について図２を使用して説明する。図２は、図１に示すスパッタチャンバー４の構成を示す正面概略図である。
図２に示すように、スパッタチャンバー４は、内部を排気する排気系４１と、スパッタチャンバー４内に被スパッタ面を露出されるようにして設けられたターゲット４２と、ターゲット４２に所定の電力を与える二つのスパッタ電源４２１，４２２と、ターゲット４２の背後に設けられた磁石機構４３と、スパッタチャンバー４内に所定のスパッタ用ガスを導入するガス導入系４４と、ターゲット４２に対向したスパッタチャンバー４内の所定の位置に基板９を配置するための基板ホルダー４５とから主に構成されている。
【００１２】
排気系４１は、クライオポンプ等の真空ポンプ４１１を使用してスパッタチャンバー４内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。排気系４１は、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器４１２を有する。
ターゲット４２は、絶縁材４２０を介してスパッタチャンバー４に取り付けられている。ターゲット４２は、この実施形態ではチタン製である。
二つのスパッタ電源４２１，４２２は、本実施形態の装置の大きな特徴点を成している。二つのスパッタ電源の一つは負の直流電圧をターゲット４２に印加する電源（以下、スパッタ用直流電源）４２１であり、他の一つは高周波電圧を印加する電源（以下、スパッタ用高周波電源）４２２である。
スパッタ用直流電源４２１としては、−４００〜−６００Ｖ程度の電圧をターゲット４２に印加するものが使用される。スパッタ用直流電源４２１のターゲット４２への投入電力は１０〜２０ｋＷ程度である。また、スパッタ用高周波電源４２２としては、周波数が１３．５６ＭＨｚで実効値３００〜５００Ｖ程度の電圧をターゲット４２に印加するものが使用される。スパッタ用高周波電源４２２のターゲット４２への投入電力は３〜８ｋＷ程度である。尚、スパッタ用高周波電源４２２とスイッチ回路４２３の間には、整合器４２４が設けられている。
スパッタ用直流電源４２１を使用すると、通常の直流スパッタと同様にターゲット４２がスパッタされる。また、スパッタ用高周波電源４２２を使用すると、高周波スパッタの原理によりスパッタが行われる。
【００１３】
高周波スパッタについてより詳しく説明すると、ターゲット４２とスパッタ用高周波電源４２２との間には、コンデンサ等のキャパシタンスが設けられている。スパッタ用高周波電源４２２によってターゲット４２に高周波電圧を印加すると、ターゲット４２を臨む空間に高周波放電が生じ、プラズマが形成される。この際、キャパシタンスを介してターゲット４２に高周波電圧を印加すると、キャパシタンスの充放電にプラズマ中の電子と正イオンが作用し、電子と正イオンの移動度の違いによって基板９に負の自己バイアス電圧が生じる。プラズマの空間電位は０〜４０ボルト程度の正の電位であり、負の自己バイアス電圧が生じたターゲット４２とプラズマとの間にターゲット４２に向かって徐々に電位が下がる電界が設定される。プラズマ中の正イオンはこの電界によって加速されてターゲット４２に衝突し、ターゲット４２をスパッタしてスパッタ放電が持続する。
尚、スパッタ用直流電源４２１とスパッタ用高周波電源４２２とはターゲット４２に対してパラレルに接続されており、その分岐部分にはスイッチ回路４２３が設けられている。図２から分かる通り、スイッチ回路４２３は、スパッタ用直流電源４２１，スパッタ用高周波４２２のいずれかを接続するか、もしくは、その両方を同時に接続するかが選択できるよう構成されている。
【００１４】
磁石機構４３は、中心に配置された柱状の中心磁石４３１と、中心磁石４３１を取り囲むリング状の周辺磁石４３２と、中心磁石４３１と周辺磁石４３２とを繋ぐヨーク４３３とから構成されている。中心磁石４３１の前面と周辺磁石４３２の前面とは互いに異なる磁極になっており、図２に示すようなアーチ状の磁力線４３４がターゲット４２を貫いて設定されるようになっている。
スパッタ用直流電源４２１がターゲット４２を介してスパッタチャンバー４内に設定する電界は、アーチ状の磁力線４３４の頂点付近で磁界と直交する。このため、形成されるスパッタ放電において、電子はマグネトロン運動を行うようになり、マグネトロン放電が達成される。このため、中性ガス分子のイオン化の効率が高くなり、高効率でスパッタリングが行える。
【００１５】
ガス導入系４４は、本実施形態では、アルゴンガスをスパッタ用ガスとして導入するようになっている。ガス導入系４４は、アルゴンガスを溜めたボンベ４４２とスパッタチャンバー４とを繋ぐ配管４４１と、配管４４１上に設けたバルブ４４３や流量調整器４４４等から構成されている。
基板ホルダー４５は、上面に基板９を載置して保持するよう構成されている。基板ホルダー４５には、静電吸着によって基板９を所定位置に固定する静電吸着機構が必要に応じて設けられる。また、基板９を所定温度に加熱するヒータ４５１が基板ホルダー４５内に設けられている。
【００１６】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点は、基板ホルダー４５に、ターゲット４２と基板９との距離を変えるための距離変更機構４６が備えられている点である。具体的に説明すると、基板ホルダー４５は支柱４５２によって支えられている。距離変更機構４６は、この支柱４５２の下端を保持した保持板４６３と、保持板４６３を固定した被駆動体４６４と、被駆動体４６４を駆動するボールネジ４６１と、このボールネジ４６１を回転させるモータ４６２とから主に構成されている。
【００１７】
被駆動体４６４は、ボールネジ４６１の外径に適合した内径を有する筒状の部材である。被駆動体４６４の内面は、精度よくねじ切りされており、ボールネジ４６１にかみ合っている。また、被駆動体４６４は、不図示の回転止めによって回転しないようになっている。
モータ４６２によってボールネジ４６１が回転すると、この回転の力は被駆動体４６４に伝えられる。被駆動体４６４は、不図示の回転止めにより回転しないようになっているのため上下動のみ行う。この結果、被駆動体４６４に固定された保持板４６３を介して支柱４５２が上下動し、これに伴い基板ホルダー４５も上下動するようになっている。ターゲット４２はスパッタチャンバー４内に固定されているため、上記のような距離変更機構４６の動作により基板ホルダー４５に載置された基板９とターゲット４２との距離を変えることができるようになっている。
尚、支柱４５２はスパッタチャンバー４の底板を気密に貫通している。そして、支柱４５２の上下動を許容しつつ貫通部分を封止するメカニカルシール等の封止手段４５３が設けられている。
【００１８】
本実施形態の装置の別の特徴点は、スパッタチャンバー４内でイオン化スパッタが行えるようになっている点である。即ち、本実施形態の装置は、ターゲット４２から放出されるスパッタ粒子をイオン化するイオン化手段を有する。そして、このイオン化手段には前述したスパッタ用高周波電源４２２が兼用されており、イオン化手段は、スパッタ用高周波電源４２２と、イオン化スパッタを効果的に行うための補助電極４７及び電界設定手段４８等から構成されている。
【００１９】
補助電極４７は、ターゲット４２と基板ホルダー４５との間のスパッタ粒子の飛行空間を取り囲むように設けられた円筒状である。補助電極４７は、スパッタチャンバー４外に設けられたコンデンサ４７１を介して接地されている。また、コンデンサ４７１と並列に補助電源４７２が設けられている。そして、補助電源４７２への線路とコンデンサ４７１への線路とが分岐する部分には、スイッチ４７３が設けられており、コンデンサ４７１を介して補助電極４７を接地するか、補助電源４７２を介して接地するかが選択できるようになっている。補助電源４７２は高周波電源であり、例えば周波数１３．５６ＭＨｚ出力２ｋＷ程度のものである。尚、スパッタチャンバー４は接地されており、補助電極４７とスイッチ４７３とを結ぶ線路がスパッタチャンバー４の器壁を気密に貫通する部分には不図示の絶縁材が設けられている。
【００２０】
ガス導入系４４によってスパッタ用ガスがスパッタチャンバー４に導入されている状態でスパッタ用高周波電源４２２を動作させると、前述したように、ターゲット４２が高周波スパッタされる。この際、高周波電界によってガスがプラズマ化してプラズマが形成される。ターゲット４２から放出される中性スパッタ粒子は、このプラズマ中を通過する際に、プラズマ中のイオンや電子と衝突してイオン化する（以下、イオン化スパッタ粒子）ようになっている。
このイオン化スパッタ粒子は、電界設定手段４８が設定する電界によって加速されてプラズマから引き出され、基板９に対してより垂直に近い角度で飛行して基板９に入射するようになっている。具体的には、電界設定手段４８には、基板ホルダー４５に高周波電圧を印加して高周波とプラズマとの相互作用により基板９に負の自己バイアス電圧を与える高周波電源４８１が採用されている。高周波電源４８１としては、例えば１３．５６ＭＨｚ出力１ｋＷ程度のものが使用できる。高周波電源４８１と基板ホルダー４５との間には、整合器４８２が設けられている。さらに、基板９及び基板ホルダー４５がいずれも導体である場合、高周波の伝送経路に所定のコンデンサが設けられ、コンデンサを介して基板９に高周波電圧を印加するよう構成される。
【００２１】
前述したスパッタ用高周波電源４２２の場合と同様に、キャパシタンスを介して基板９に高周波電圧を印加すると、基板９に自己バイアス電圧が生じ、基板９とプラズマとの間に基板９に向かって徐々に電位が下がる電界が設定される。この電界の向きは基板９に対して垂直であり、正にイオン化されたスパッタ粒子はこの電界によって加速されて基板９に垂直に入射するようになっている。
上記イオン化スパッタにおいて、プラズマ中のイオンは、電界の向きの周期的な変化に追従するようにして運動方向を変える。この際、補助電極４７はコンデンサ４７１によって接地電位から絶縁されるか補助電源４７２が接続されるため、補助電極４７付近にも電界が設定される。この結果、イオンは広い範囲にわたって運動を行うようになっており、イオンが中性スパッタ粒子に衝突してイオン化する確率が高い。つまり、補助電極４７は、スパッタ粒子のイオン化効率を高める作用を持っている。
【００２２】
また、本実施形態の装置は、スパッタチャンバー４内の動作を制御する不図示の制御部を有している。この制御部は、排気系４１、スパッタ電源４２１，４２２、スイッチ回路４２３、ガス導入系４４、ヒータ４５１、距離変更機構４６及びイオン化手段４７等に制御信号を送って、後述する動作を各部が行うよう構成されている。
【００２３】
次に、請求項１のスパッタリング方法の実施形態の説明も兼ね、このスパッタチャンバー４内における装置の動作について、図２を使用して説明する。
まず、基板９は搬送ロボット１１によってセパレーションチャンバー１からゲートバルブ６を通してスパッタチャンバー４内に搬入される。スパッタチャンバー４内は、排気系４１によって所定圧力まで予め排気されており、基板９は基板ホルダー４５に載置される。基板ホルダー４５内のヒータ４５１が予め動作しており、基板ホルダー４５に載置された基板９は、ヒータ４５１の熱によって所定温度まで急速に加熱され、その温度が維持される。
そして、ゲートバルブ６を閉じた後、ガス導入系４４が動作してスパッタリングが行われる。本実施形態の装置及び方法の大きな特徴点は、表面に微細なホールが形成された基板９に対して成膜を行うに際し、ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、ホールの側面への成膜速度を高めた側面成膜工程とを分けて行う点である。特に順序は問わないが、以下の例では、最初に底面成膜工程を行い、次に側面成膜工程を行うとして説明する。
【００２４】
まず、底面成膜工程を行う場合、排気速度調整器４１２及び流量調整器４４４を制御してスパッタチャンバー４内を高い第一の圧力に保つ。また、距離変更機構４６は、ターゲット４２と基板９との距離（以下、ＴＳ距離）が短い第一の距離になるよう予め基板ホルダー４５を移動させている。この状態で、スパッタ用高周波電源４２２及び電界設定手段４８を動作させ、イオン化スパッタを行う。即ち、前述したように、スパッタ用高周波電源４２２がターゲット４２に与える電圧により高周波スパッタを行うとともにプラズマ中でスパッタ粒子をイオン化させる。そして、電界設定手段４８が設定した電界によりイオン化スパッタ粒子を引き出して基板９により垂直に入射させる。スパッタ粒子が基板９により垂直に入射するようになると、スパッタ粒子はホールの底面まで到達し易くなるから、ホールの底面での膜堆積が促進される。即ち、ホールの底面の成膜速度が増加する。尚、このように圧力を低くし、且つ、ＴＳ距離を長くして行うスパッタは、「低圧遠隔スパッタ」と呼ばれる。
【００２５】
次に、側面成膜工程を行う。具体的には、距離変更機構４６を動作させ、ＴＳ距離が長い第二の距離になるよう予め基板ホルダー４５を移動させる。また、排気速度調整器４１２及び流量調整器４４４を制御してスパッタチャンバー４内を低い第二の圧力に保つ。この状態で、スパッタ用直流電源４２１を動作させ、直流スパッタを行う。この際、ＴＳ距離が長く圧力が低いので、ホールの側面への膜堆積が促進され、側面成膜速度の高いスパッタリングが行える。そして、このスパッタリングを所定時間行った後、スパッタ用高周波電源４２２、電界設定手段４８、ガス導入系４４等の動作を止め、基板９をスパッタチャンバー４から取り出す。
【００２６】
上述したスパッタチャンバー４内での動作における側面成膜速度の向上について、図３を使用してさらに詳しく説明する。図３は、側面成膜速度の向上について模式的に説明した図である。
図３に示すように、ＴＳ距離をＬ１からＬ２へと長くした場合、ホール９０の側面の一点Ｐから見ることのできるターゲット４２の被スパッタ面の面積は、Ｌ１に比べてＬ２の場合の方が大きくなる（Ｓ１＜Ｓ２）。ターゲット４２の被スパッタ面の面積（Ｓ１，Ｓ２）は、ホールの側面の一点Ｐに到達することが可能なスパッタ粒子の放出部分の面積であるから、Ｌ１に比べてＬ２の場合の方が点Ｐに到達するスパッタ粒子の量が多くなる。このため、側面成膜速度を高くできるのである。また、圧力を低くすると、このようにホール９０の側面に向かって飛行するスパッタ粒子がガス分子に散乱されることが少なくなる。このため、スパッタ粒子がより確実にホール９０の側面に到達し、側面成膜速度の向上に寄与する。
【００２７】
上記スパッタチャンバー４における動作において、高い第一の圧力は１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒの範囲とすることが好ましい。この範囲より高くなると、多数のガス分子の存在によってイオン化スパッタ粒子が散乱され、基板９に十分到達できない問題がある。また、この範囲より低くなると、プラズマ密度が低下してイオン化効率が十分でなくなる問題がある。また、低い第二の圧力は、放電が持続する範囲内で１ｍＴｏｒｒ以下とすることが好ましい。この圧力より高くなると、前述した低圧遠隔スパッタの効果が十分得られなくなる問題がある。
さらに、短い第一の距離は、具体的には、基板９の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離とすることが好ましい。尚、基板９の「最大幅」とは、最も幅が広くなる方向で見た基板９の幅の意味であり、基板９が円形であれば直径である。第一の距離が上記範囲より短くなると、膜厚等の膜特性の面内分布が悪化する恐れがある。また、この範囲より長くなると、基板９に到達できないスパッタ粒子がいたずらに多くなり、効率が悪くなる。
また、長い第二の距離は、基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離とすることが好ましい。この範囲より長くなると、成膜の効率があまりにも悪くなって好適ではない。また、この範囲より短くなると、上記低圧遠隔スパッタの効果が得られない。
【００２８】
次に、図１に戻り、本実施形態のスパッタリング装置の他の構成について説明する。
図１に示す前処理エッチングチャンバー３は、成膜に先だって基板９をエッチングして基板９の表面の自然酸化膜や保護膜を除去するよう構成されている。前処理エッチングチャンバー３は、内部にプラズマを形成し、プラズマ中のイオンを基板９の表面に衝突させて自然酸化膜や保護膜をエッチング除去するようになっている。
また、プリヒートチャンバー２は、成膜に先だって基板９を加熱して、基板９の吸蔵ガスを放出させるよう構成されている。この吸蔵ガスの放出を行わない場合、成膜時の熱により吸蔵ガスが急激に放出され、発泡によって膜の表面が粗くなる問題がある。プリヒートチャンバー２内には、所定の温度に加熱維持される不図示のヒートステージが設けられている。基板９はこのヒートステージに載置され、所定の温度に加熱されることによりプリヒートされる。
【００２９】
次に、本実施形態のスパッタリング装置の全体の動きについて説明する。
外部カセット６２に収容された基板９は、オートローダ７によってロードロックチャンバー５内のロック内カセット５１に搬入される。ロック内カセット５１に搬入された基板９は、セパレーションチャンバー１に設けられた搬送ロボット１１により、まずプリヒートチャンバー２に搬入される。プリヒートチャンバー２内に搬入された基板９は、不図示のヒートステージに載置され、所定の温度に加熱される。これによって基板９は予備加熱され、基板９中の吸蔵ガスが放出される。次に、基板９は前処理エッチングチャンバー３に搬送され、基板９の表面の自然酸化膜又は保護膜がエッチングされる。その後、基板９は下地膜作成チャンバー８に搬入され、下地膜としてチタン薄膜が薄く作成される。
そして、基板９はスパッタチャンバー４に搬入される。そして、スパッタチャンバー４内で上述したように底面成膜工程と側面成膜工程とを行う。この結果、基板９がアスペクト比の高いホールを有する場合でも、ホールの底面及び側面に十分な厚さの薄膜が作成される。
【００３０】
その後、基板９はスパッタチャンバー４から搬出され、必要に応じて反射防止膜の作成や冷却等の処理をした後、搬送ロボット１１によりロードロックチャンバー５内のロック内カセット５１に収容される。その後、ロック内カセット５１に所定数の処理済みの基板９が収容されると、オートローダ７が動作し、処理済みの基板９を外部カセット６２に搬出する。
【００３１】
成膜の一例について説明すると、本実施形態の装置は、バリア膜の作成に使用されると好適である。具体的には、チタン製のターゲット４２を使用してスパッタリングを行う。最初はアルゴンガスを導入してチタン薄膜を作成し、その後、窒素ガスを導入して窒素とチタンとの反応を補助的に利用しながら窒化チタン薄膜を作成するようにする。この結果、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜を積層したバリア膜の構造が得られる。
尚、上述した本実施形態の装置において、スパッタ用直流電源４２１とスパッタ用高周波電源４２２とを同時に動作させても、一定のメリットが得られる場合がある。これらを同時に動作させると、スパッタ用高周波電源４２２の高周波電圧にスパッタ用直流電源４２１の負の直流電圧を重畳させてターゲット４２に印加することになる。
例えば側面成膜工程で上記重畳を行うと、低圧遠隔スパッタを行いながらスパッタ粒子の一部をイオン化してイオン化スパッタを補助的に利用しながら成膜を行うことができる。あまり圧力が低いとイオン化効率が悪くなるし、圧力が高くなると低圧遠隔スパッタの効果が薄れるので、この際の圧力選定が難しいが、例えば１〜１．５ｍＴｏｒｒ程度でよい。また、底面成膜工程で上記重畳を行うと、前述した自己バイアス電圧に加えてスパッタ用直流電源４２１の電圧によってもイオンが加速されるので、全体のスパッタリングの効率が良くなる効果がある。
【００３２】
また、本実施形態の装置では、スパッタ用高周波電源４２２がイオン化手段に兼用されているが、スパッタ用の電源とは別の電源を使用してイオン化を行ってもよい。具体的には、補助電極４７に設けた補助電源４７２を動作させてこの補助電源４７２からの高周波エネルギーを主に利用してイオン化を行ってもよい。
【００３３】
次に、請求項４の発明に属する第二の実施形態について説明する。
図４は、第二の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図、図５は、図４に示すスパッタリング装置のＸ−Ｘにおける断面概略図である。
上述した第一の実施形態の装置では、一つのスパッタチャンバー４内で底面成膜工程と側面成膜工程とが連続して行われた。しかしながら、スパッタチャンバーを二つ設け、一方のスパッタチャンバーで底面成膜工程を行い、他方のスパッタチャンバーで側面成膜工程を行うようにすることができる。図４及び図５に示す装置は、この構成である。
具体的には、図４に示すように、複数の処理チャンバーのうちの二つがスパッタチャンバー８１，８２である。そして、二つのスパッタチャンバーのうちの一つが底面成膜工程を行う第一スパッタチャンバー８１であり、他の一つが側面成膜工程を行う第二スパッタチャンバー８２である。
【００３４】
図５に示すように、二つのスパッタチャンバー８１，８２とも、図２に示す第一の実施形態のスパッタチャンバーとほぼ同じ構成である。即ち、第一スパッタチャンバー８１は、内部を排気する第一排気系８１１と、被スパッタ面を内部に露出させた第一ターゲット８１２と、第一ターゲット８１２をスパッタするための第一スパッタ電源８１３と、内部にガスを導入する第一ガス導入系８１４と、内部の所定位置に基板９を保持する第一基板ホルダー８１５とを備えている。また、第二スパッタチャンバー８２は、内部を排気する第二排気系８２１と、被スパッタ面を内部に露出させた第二ターゲット８２２と、第二ターゲット８２２をスパッタするための第二スパッタ電源８２３と、内部にガスを導入する第二ガス導入系８２４と、内部の所定位置に基板９を保持する第二基板ホルダー８２５とを備えている。
【００３５】
また、第一スパッタ電源８１３は、第一の実施形態におけるスパッタ用高周波電源４２２と同様の高周波電源である。そして、第一スパッタ電源８１３と第一ターゲット８１２との間には不図示の整合器が設けられている。また、第一基板ホルダー８１５は、ＴＳ距離が短い第一の距離になるように基板９を保持するよう構成されている。
さらに、第一スパッタチャンバー８１内には、第一の実施形態の補助電極４７と同様の補助電極８１７が設けられており、基板ホルダー８１５には第一の実施形態の電界設定手段４８と同様の電界設定手段８１８が設けられている。
また一方、第二スパッタチャンバー８２の第二スパッタ電源８２３は、第一の実施形態におけるスパッタ用直流電源４２１と同様の負の直流電源である。また、第二基板ホルダー８２５は、ＴＳ距離が長い第二の距離になるように基板９を保持するよう構成されている。
【００３６】
上記構成に係る第二の実施形態の装置では、基板９は、第一スパッタチャンバー８１においてイオン化スパッタによりホールの底面の成膜速度を高くした成膜が行われ、第二スパッタチャンバー８２において低圧遠隔スパッタによりホールの側面の成膜速度を高くした成膜が行われる。この場合も、第一の実施形態の場合と同様に、アスペクト比７以上の非常に高いアスペクト比のホールの内面に対して十分な厚さで成膜を行うことができる。
尚、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われるので、両工程の間で基板９が汚損されることがなく、良質な薄膜が作成できる。また、底面成膜工程と側面成膜工程とが別のスパッタチャンバー８１，８２で行われるので、タクトタイムを短くできる点である。従って、前述した第一の実施形態で、各処理チャンバーのうちスパッタチャンバー４内での処理が最も時間を要している場合、この第二の実施形態によると生産性の向上が望める。但し、スパッタチャンバーが二つになるので、装置のコストとしては高くなる。逆に言うと、前述した第一の実施形態は、装置のコストの点では有利である。
【００３７】
【実施例】
次に、上記実施形態の発明の実施例を説明する。
まず、底面成膜工程及び側面成膜工程の双方に共通した条件は、以下の通りである。
・基板；直径２００ｍｍのシリコンウェーハ
・ホール；開口直径０．４μｍ，深さ２μｍ，アスペクト比５
・ターゲット；直径３００ｍｍのチタン製
【００３８】
また、底面成膜工程の条件は、以下の条件で行える。
・成膜圧力；６０ｍＴｏｒｒ
・放電用ガス；アルゴン又は窒素
・ガス流量；６０ｃｃ／分
・スパッタ電源：周波数１３．５６ＭＨｚ出力３ｋＷ
・ターゲットへの印加電圧；３００Ｖ
・ＴＳ距離；９０ｍｍ
・基板の温度；３５０℃
・基板の自己バイアス電圧；１００Ｖ
上記条件によると、ホールの底面に対して３５０オングストローム毎分程度の成膜速度で薄膜の作成ができる。この際のボトムカバレッジ率（ホール外の面に対するホールの底面への成膜速度の比）は、７０％程度である。
【００３９】
また、側面成膜工程は、以下の条件で行える。
・成膜圧力；０．３ｍＴｏｒｒ
・放電用ガス；アルゴン又は窒素
・ガス流量；１０ｃｃ／分
・スパッタ電源；−６００Ｖ
・ターゲットへの投入電力；１２ｋＷ
・ＴＳ距離；２３０ｍｍ
・基板の温度；３５０℃
上記条件によると、ホールの側面に対して７００オングストローム毎分程度の成膜速度で薄膜の作成ができる。この際のサイドカバレッジ率（ホール外の面に対するホールの側面への成膜速度の比）は、２５％程度である。
【００４０】
上述した各実施形態及び実施例において、必要な厚さの薄膜を底面成膜工程一回と側面成膜工程一回で作成するのでなく、複数回に分けて作成するようにしてもよい。即ち、例えば底面成膜工程の後に側面成膜工程を行い、このサイクルを複数回繰り返すようにしてもよい。このようにすると、底面成膜工程で作成された薄膜と側面成膜工程作成された薄膜とは互い違いに積層された構造が得られる。底面成膜工程で作成される薄膜と側面成膜工程で作成される薄膜に多少の特性の相違がある場合、この相違を緩和し、全体に均質な薄膜を作成できるメリットがある。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の方法及び請求項６の装置によれば、イオン化スパッタによる底面成膜工程と低圧遠隔スパッタによる側面成膜工程とを組み合わせて真空中で連続して行うので、アスペクト比７以上のホールの内面に対しても十分な厚さで成膜を行うことができる。従って、線幅０．１８μｍ以下の次世代デバイスの生産にためのブレークスルーを提供することができる。
また、請求項７の装置によれば、上記請求項６の効果に加え、スパッタチャンバーが一つで済むので、装置のコストが安くできる。
また、請求項１０の発明によれば、請求項６の効果に加え、底面成膜工程と側面成膜程とが別のスパッタチャンバーで行われるので、タクトタイムが短くなり、生産性を高くできる可能性がある。
さらに、請求項１３の発明によれば、底面成膜工程及び側面成膜工程の圧力及びＴＳ距離の条件が最適なものとなり、上記請求項６の効果をより確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２及び３の発明に属する第一の実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示した平面概略図である。
【図２】図１に示すスパッタチャンバー４の構成を示す正面概略図である。
【図３】側面成膜速度の向上について模式的に説明した図である。
【図４】第二の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図
【図５】図４に示すスパッタリング装置のＸ−Ｘにおける断面概略図である。
【図６】高アスペクト比のホールに対する成膜の技術的困難性を説明した図である。
【符号の説明】
１ セパレーションチャンバー
１１ 搬送ロボット
２ プリヒートチャンバー
３ 前処理エッチングチャンバー
４ スパッタチャンバー
４１ 排気系
４２ ターゲット
４２１ スパッタ用直流電源
４２２ スパッタ用高周波電源
４２３ スイッチ回路
４３ 磁石機構
４４ ガス導入系
４５ 基板ホルダー
４５１ ヒータ
４６ 距離変更機構
４７ 補助電極
４７１ コンデンサ
４７２ 補助電源
５ ロードロックチャンバー
６ ゲートバルブ
７ オートローダ
８１ 第一スパッタチャンバー
８２ 第二スパッタチャンバー
９ 基板
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、スパッタリングによって基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング方法及び装置に関し、特に、基板の表面に形成された微小なホールの内面への成膜に適したスパッタリング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種メモリやロジック等の半導体デバイスの製造工程において、配線用導電膜の作成や異種層の相互拡散を防止するバリア膜の作成にスパッタリングの手法が多用されている。スパッタリングプロセスに要求される特性は色々あるが、基板の表面に形成されたホールの内面を十分な厚さの薄膜で被覆できることが、最近強く求められている。
具体的に説明すると、ＦＥＴ構造を有する多くの半導体デバイスの製造では、チャンネルの上側に形成した絶縁層にコンタクトホールを設け、このコンタクトホール内を導電膜で埋め込んでチャンネル配線とすることが行われている。このようなチャンネル配線の形成工程では、配線用の導電膜と下地であるチャンネルとの相互拡散等を防止するため、コンタクトホールの内面（底面及び側面）にバリア膜を作成することが行われる。また、多層配線構造を採るデバイスの製造では、層間配線用のスルーホールの内面に同様のバリア膜を設け、層間配線と下地配線層との相互拡散を防止する場合がある。
このようなコンタクトホールやスルーホールは、デバイスの高集積度化や高機能化を背景として、そのアスペクト比がどんどん高くなる傾向にある。アスペクト比は、ホールの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比である。スパッタリングは、ターゲットをスパッタすることでターゲットの材料の粒子（以下、スパッタ粒子）をターゲットから放出させ、このスパッタ粒子を対象物の表面に到達させて成膜する技術であるが、アスペクト比が高くなると、ホールの内面にくまなくスパッタ粒子を到達させることが難しくなる。この結果、ホールの内面への成膜が不十分となる。
【０００３】
コンタクトホールやスルーホールのような微小なホールの内面への成膜の指標として、ボトムカバレッジ率という指標がある。ボトムカバレッジ率は、ホールの周囲の面（ホール外の面）への成膜速度に対するホールの底面への成膜速度の比である。上記のように、高アスペクト比のホールについては、ホールの底面へのスパッタ粒子の到達が不十分になるので、ボトムカバレッジ率が低下する問題がある。ボトムカバレッジ率が低下すると、バリア膜の場合、ホールの底面でバリア膜が薄くなり、ジャンクションリーク等のデバイス特性に致命的な欠陥を与える恐れがある。
ボトムカバレッジ率を向上させるスパッタリングの手法として、イオン化スパッタリングの手法が実用化されている。イオン化スパッタリングは、ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化するとともに、ホールの深さ方向の電界を設定し、イオン化したスパッタ粒子（以下、イオン化スパッタ粒子）を電界で基板に垂直に導いてホール内に到達させる手法である。イオン化スパッタリングでは、イオン化スパッタ粒子が基板に対して垂直に飛行して多く基板に入射するので、ボトムカバレッジ率の高い成膜ができるメリットがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、益々高くなるデバイスの集積度を背景として、ホールのアスペクト比もどんどん高くなってきている。このため、上記イオン化スパッタリングの手法でも限界があると予想される。
即ち、ＤＲＡＭ（記憶保持動作が必要な随時読み出し書き込み型メモリ）を例にすると、現在、６４メガビットクラスのＤＲＡＭの量産が本格的に開始されようとしている。６４メガビットクラスでは、回路の線幅は０．２５ミクロン前後であり、コンタクトホールのアスペクト比は４〜５程度である。この程度のホールであれば、上述したイオン化スパッタリングでも１５％程度のボトムカバレッジ率が得られ、量産対応が可能であると考えられる。
しかしながら、次世代デバイスといわれる線幅０．１８〜０．１３ミクロンのデバイスでは、アスペクト比は７〜１０程度にまで達すると予想される。この程度にまで高くなったアスペクト比のホールについては、上記イオン化スパッタリングでは十分なボトムカバレッジ率での成膜が不可能であり、技術的なブレークスルーが必要であると考えられる。
【０００５】
この点を、図６を使用してより具体的に説明する。図６は、高アスペクト比のホールに対する成膜の技術的困難性を説明した図である。図６には、次世代デバイスの製造に使用される基板の一例として、アスペクト比１０のホールを有する基板９の断面概略図が示されている。
前述した従来のイオン化スパッタリングの手法をこの図６に示すホール９０内の成膜に利用した場合、従来と同じ条件ではボトムカバレッジ率が不足し、実用化は困難である。従来のイオン化スパッタリングの延長線上で考えると、スパッタ粒子のイオン化効率を向上させたり、イオン化スパッタ粒子を導く電界の強度を高くしたりすることで、ある程度の改善が行われ、ボトムカバレッジ率の点では量産化に対応できる可能性がある。
【０００６】
しかしながら、発明者の検討によると、このような改善を行っていくと、サイドカバレッジ率の低下という問題が発生し、量産化の新たな障害となることが分かった。サイドカバレッジ率は、ホール９０外の面に対するホール９０の側面９１への成膜速度の比である。
より具体的に説明すると、イオン化効率を向上させてさらに多くのスパッタ粒子をイオン化させ、電界強度を高くしてさらに多くのイオン化スパッタ粒子をホールの深さ方向に飛行させて成膜を行うと、基板９に入射するスパッタ粒子は、殆どがホール９０の深さ方向に飛行するものになってしまう。この結果、ホール９０内に進入しても、スパッタ粒子は殆どがホール９０の底面９２に達し、ホール９０の側面９１には殆ど達しない。このため、ホール９０の側面９１への成膜速度が極端に低下してしまう。バリア膜の場合、ボトムカバレッジ率のみならずサイドカバレッジ率についても２０％程度は必要であると考えられるが、上述した従来のイオン化スパッタリングの延長線上ではこれを達成することは困難であり、根本的な解決が必要であると考えられる。
【０００７】
本願の発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、線幅が０．１８ミクロン以下となる次世代のデバイスをにらみ、７以上の高アスペクト比のホールに対してボトムカバレッジ率のみならずサイドカバレッジ率も十分高い成膜が行えるブレークスルーを提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング方法であって、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに、前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定する電界設定手段を動作させ、イオン化したスパッタ粒子を電界設定手段による電界で加速することで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われる方法であり、
側面成膜工程は、前記電界設定手段による電界設定無しに行われる工程であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記底面成膜工程での圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記側面成膜工程での圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記底面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記側面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記底面成膜工程では前記ターゲットに高周波電圧を印加してスパッタリングを行い、前記側面成膜工程では前記ターゲットに負の直流電圧を印加してスパッタリングを行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極を接地電位から絶縁するか又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する方法であり、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング方法であって、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定し、イオン化したスパッタ粒子をこの電界で加速することで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われる方法であり、
前記底面成膜工程での圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記側面成膜工程での圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記底面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記側面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、
排気系を備えたスパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に所定のガスを導入するガス導入系と、スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲットと、ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタするスパッタ電源と、スパッタによりターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設定する電界設定手段と、ターゲットと基板との間の距離を変更する距離変更機構と、排気系、ガス導入系、イオン化手段、電界設定手段及び距離変更機構を制御することが可能な制御部を備えており、
前記制御部は、前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させる際には前記スパッタチャンバー内の圧力を高い第一の圧力に保つよう前記排気系及び前記ガス導入系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を短い第一の距離になるよう距離変更手段を制御し、前記前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させない際には前記スパッタチャンバー内の圧力を第一の圧力より低い第二の圧力に保つよう前記排気系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を第一の距離より長い第二の距離になるよう距離変更手段を制御するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記スパッタ電源は高周波電源であり、この高周波電源によって設定された電界により前記スパッタ粒子をイオン化させることが可能であって前記スパッタ電源は前記イオン化手段に兼用されており、さらに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッチ回路を有している。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記スパッタ電源は高周波電源であり、さらに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッチ回路を有しており、
前記制御部は、前記ホールの内面のうちの底面に多く薄膜を堆積させる際には高周波電源である前記スパッタ電源を動作させてターゲットに高周波電圧を印加し、前記ホールの内面のうちの側面に多く薄膜を堆積させる際には負の直流電源を動作させてターゲットに負の直流電圧を印加する制御を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、上記請求項６乃至８いずれかの構成において、前記イオン化手段は、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極と、この補助電極を接地電位から絶縁することで前記スパッタ粒子をイオン化させるコンデンサ又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する高周波電源とによって構成されており、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、中央に設けられたセパレーションチャンバーの周囲に少なくとも一つのロードロックチャンバーと複数の処理チャンバーとを気密に接続したマルチチャンバータイプのスパッタリング装置であって、前記複数の処理チャンバーのうちの一つは第一スパッタチャンバーであって、他の一つは第二スパッタチャンバーであり、前記第一スパッタチャンバーには、第一スパッタチャンバー内を排気する第一排気系と、第一スパッタチャンバー内に所定のガスを導入する第一ガス導入系と、第一スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第一ターゲットと、第一ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタする第一スパッタ電源と、スパッタにより第一ターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、第一スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための第一基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設定する電界設定手段とが設けられており、第一の排気系及び第一ガス導入系は第一スパッタチャンバー内を高い第一の圧力に維持することが可能であり、また、第一基板ホルダーは基板と第一ターゲットとの間の距離が短い第一の距離となるよう基板を保持するものであり、前記第二スパッタチャンバーには、第二スパッタチャンバー内を排気する第二排気系と、第二スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第二ターゲットと、第二ターゲットに電圧を印加して第二ターゲットをスパッタする第二スパッタ電源と、第二スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための第二基板ホルダーとが設けられており、前記第二排気系は第二スパッタチャンバー内を第一の圧力より低い第二の圧力に維持することが可能であり、前記第二基板ホルダーは基板と第二ターゲットとの間の距離が第一の距離より長い第二の距離となるよう基板を保持するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１１記載の発明は、上記請求項１０の構成において、前記第一のスパッタチャンバーは、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極と、この補助電極を接地電位から絶縁することで前記スパッタ粒子をイオン化させるコンデンサ又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する高周波電源とを備えており、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１２記載の発明は、上記請求項１０又は１１の構成において、前記第一スパッタ電源は高周波電源であり、前記第二スパッタ電源は負の直流電源であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１３記載の発明は、上記請求項６乃至１２いずれかの構成において、前記第一の圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記第二の圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記第一の距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記第二の距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であるという構成を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
まず、請求項２及び３のスパッタリング装置の発明に属する第一の実施形態について説明する。図１は、請求項２及び３の発明に属する第一の実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示した平面概略図である。
図１に示すスパッタリング装置はマルチチャンバータイプの装置であり、中央に配置されたセパレーションチャンバー１と、セパレーションチャンバー１の周囲に気密に接続された複数の処理チャンバー２，３，４，８及び二つのロードロックチャンバー５からなるチャンバー配置になっている。各チャンバー１，２，３，４，５，８は専用又は兼用の不図示の排気系を備えており、所定の圧力まで排気されるようになっている。各チャンバー同士の接続箇所にはゲートバルブ６が設けられている。
【００１０】
セパレーションチャンバー１内には、チャンバー間で基板９の搬送を行うための搬送機構として搬送ロボット１１が設けられている。搬送ロボット１１は、多関節ロボットが使用されている。この搬送ロボット１１はいずれか一方のロードロックチャンバー５から基板９を一枚ずつ取り出し各処理チャンバー２，３，４，８に送って順次処理を行い、最後の処理を終了した後、いずれか一方のロードロックチャンバー５に戻すようになっている。
そして、ロードロックチャンバー５の外側にはオートローダ７が設けられている。オートローダ７は大気側にある外部カセット６２から基板９を一枚ずつ取り出し、ロードロックチャンバー５内のロック内カセット５１に収容するようになっている。
複数の処理チャンバー２，３，４，８のうち一つは、スパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタチャンバー４である。また、別の処理チャンバー２，３，８の一つは、スパッタリングの前に基板９を予備加熱するプリヒートチャンバー２であり、さらに別の一つは、スパッタリングの前に基板９の表面の自然酸化膜又は保護膜を除去するための前処理エッチングを行う前処理エッチングチャンバー３である。
【００１１】
次に、本実施形態の装置の主要部を成すスパッタチャンバー４の構成について図２を使用して説明する。図２は、図１に示すスパッタチャンバー４の構成を示す正面概略図である。
図２に示すように、スパッタチャンバー４は、内部を排気する排気系４１と、スパッタチャンバー４内に被スパッタ面を露出されるようにして設けられたターゲット４２と、ターゲット４２に所定の電力を与える二つのスパッタ電源４２１，４２２と、ターゲット４２の背後に設けられた磁石機構４３と、スパッタチャンバー４内に所定のスパッタ用ガスを導入するガス導入系４４と、ターゲット４２に対向したスパッタチャンバー４内の所定の位置に基板９を配置するための基板ホルダー４５とから主に構成されている。
【００１２】
排気系４１は、クライオポンプ等の真空ポンプ４１１を使用してスパッタチャンバー４内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。排気系４１は、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器４１２を有する。
ターゲット４２は、絶縁材４２０を介してスパッタチャンバー４に取り付けられている。ターゲット４２は、この実施形態ではチタン製である。
二つのスパッタ電源４２１，４２２は、本実施形態の装置の大きな特徴点を成している。二つのスパッタ電源の一つは負の直流電圧をターゲット４２に印加する電源（以下、スパッタ用直流電源）４２１であり、他の一つは高周波電圧を印加する電源（以下、スパッタ用高周波電源）４２２である。
スパッタ用直流電源４２１としては、−４００〜−６００Ｖ程度の電圧をターゲット４２に印加するものが使用される。スパッタ用直流電源４２１のターゲット４２への投入電力は１０〜２０ｋＷ程度である。また、スパッタ用高周波電源４２２としては、周波数が１３．５６ＭＨｚで実効値３００〜５００Ｖ程度の電圧をターゲット４２に印加するものが使用される。スパッタ用高周波電源４２２のターゲット４２への投入電力は３〜８ｋＷ程度である。尚、スパッタ用高周波電源４２２とスイッチ回路４２３の間には、整合器４２４が設けられている。
スパッタ用直流電源４２１を使用すると、通常の直流スパッタと同様にターゲット４２がスパッタされる。また、スパッタ用高周波電源４２２を使用すると、高周波スパッタの原理によりスパッタが行われる。
【００１３】
高周波スパッタについてより詳しく説明すると、ターゲット４２とスパッタ用高周波電源４２２との間には、コンデンサ等のキャパシタンスが設けられている。スパッタ用高周波電源４２２によってターゲット４２に高周波電圧を印加すると、ターゲット４２を臨む空間に高周波放電が生じ、プラズマが形成される。この際、キャパシタンスを介してターゲット４２に高周波電圧を印加すると、キャパシタンスの充放電にプラズマ中の電子と正イオンが作用し、電子と正イオンの移動度の違いによって基板９に負の自己バイアス電圧が生じる。プラズマの空間電位は０〜４０ボルト程度の正の電位であり、負の自己バイアス電圧が生じたターゲット４２とプラズマとの間にターゲット４２に向かって徐々に電位が下がる電界が設定される。プラズマ中の正イオンはこの電界によって加速されてターゲット４２に衝突し、ターゲット４２をスパッタしてスパッタ放電が持続する。
尚、スパッタ用直流電源４２１とスパッタ用高周波電源４２２とはターゲット４２に対してパラレルに接続されており、その分岐部分にはスイッチ回路４２３が設けられている。図２から分かる通り、スイッチ回路４２３は、スパッタ用直流電源４２１，スパッタ用高周波４２２のいずれかを接続するか、もしくは、その両方を同時に接続するかが選択できるよう構成されている。
【００１４】
磁石機構４３は、中心に配置された柱状の中心磁石４３１と、中心磁石４３１を取り囲むリング状の周辺磁石４３２と、中心磁石４３１と周辺磁石４３２とを繋ぐヨーク４３３とから構成されている。中心磁石４３１の前面と周辺磁石４３２の前面とは互いに異なる磁極になっており、図２に示すようなアーチ状の磁力線４３４がターゲット４２を貫いて設定されるようになっている。
スパッタ用直流電源４２１がターゲット４２を介してスパッタチャンバー４内に設定する電界は、アーチ状の磁力線４３４の頂点付近で磁界と直交する。このため、形成されるスパッタ放電において、電子はマグネトロン運動を行うようになり、マグネトロン放電が達成される。このため、中性ガス分子のイオン化の効率が高くなり、高効率でスパッタリングが行える。
【００１５】
ガス導入系４４は、本実施形態では、アルゴンガスをスパッタ用ガスとして導入するようになっている。ガス導入系４４は、アルゴンガスを溜めたボンベ４４２とスパッタチャンバー４とを繋ぐ配管４４１と、配管４４１上に設けたバルブ４４３や流量調整器４４４等から構成されている。
基板ホルダー４５は、上面に基板９を載置して保持するよう構成されている。基板ホルダー４５には、静電吸着によって基板９を所定位置に固定する静電吸着機構が必要に応じて設けられる。また、基板９を所定温度に加熱するヒータ４５１が基板ホルダー４５内に設けられている。
【００１６】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点は、基板ホルダー４５に、ターゲット４２と基板９との距離を変えるための距離変更機構４６が備えられている点である。具体的に説明すると、基板ホルダー４５は支柱４５２によって支えられている。距離変更機構４６は、この支柱４５２の下端を保持した保持板４６３と、保持板４６３を固定した被駆動体４６４と、被駆動体４６４を駆動するボールネジ４６１と、このボールネジ４６１を回転させるモータ４６２とから主に構成されている。
【００１７】
被駆動体４６４は、ボールネジ４６１の外径に適合した内径を有する筒状の部材である。被駆動体４６４の内面は、精度よくねじ切りされており、ボールネジ４６１にかみ合っている。また、被駆動体４６４は、不図示の回転止めによって回転しないようになっている。
モータ４６２によってボールネジ４６１が回転すると、この回転の力は被駆動体４６４に伝えられる。被駆動体４６４は、不図示の回転止めにより回転しないようになっているのため上下動のみ行う。この結果、被駆動体４６４に固定された保持板４６３を介して支柱４５２が上下動し、これに伴い基板ホルダー４５も上下動するようになっている。ターゲット４２はスパッタチャンバー４内に固定されているため、上記のような距離変更機構４６の動作により基板ホルダー４５に載置された基板９とターゲット４２との距離を変えることができるようになっている。
尚、支柱４５２はスパッタチャンバー４の底板を気密に貫通している。そして、支柱４５２の上下動を許容しつつ貫通部分を封止するメカニカルシール等の封止手段４５３が設けられている。
【００１８】
本実施形態の装置の別の特徴点は、スパッタチャンバー４内でイオン化スパッタが行えるようになっている点である。即ち、本実施形態の装置は、ターゲット４２から放出されるスパッタ粒子をイオン化するイオン化手段を有する。そして、このイオン化手段には前述したスパッタ用高周波電源４２２が兼用されており、イオン化手段は、スパッタ用高周波電源４２２と、イオン化スパッタを効果的に行うための補助電極４７及び電界設定手段４８等から構成されている。
【００１９】
補助電極４７は、ターゲット４２と基板ホルダー４５との間のスパッタ粒子の飛行空間を取り囲むように設けられた円筒状である。補助電極４７は、スパッタチャンバー４外に設けられたコンデンサ４７１を介して接地されている。また、コンデンサ４７１と並列に補助電源４７２が設けられている。そして、補助電源４７２への線路とコンデンサ４７１への線路とが分岐する部分には、スイッチ４７３が設けられており、コンデンサ４７１を介して補助電極４７を接地するか、補助電源４７２を介して接地するかが選択できるようになっている。補助電源４７２は高周波電源であり、例えば周波数１３．５６ＭＨｚ出力２ｋＷ程度のものである。尚、スパッタチャンバー４は接地されており、補助電極４７とスイッチ４７３とを結ぶ線路がスパッタチャンバー４の器壁を気密に貫通する部分には不図示の絶縁材が設けられている。
【００２０】
ガス導入系４４によってスパッタ用ガスがスパッタチャンバー４に導入されている状態でスパッタ用高周波電源４２２を動作させると、前述したように、ターゲット４２が高周波スパッタされる。この際、高周波電界によってガスがプラズマ化してプラズマが形成される。ターゲット４２から放出される中性スパッタ粒子は、このプラズマ中を通過する際に、プラズマ中のイオンや電子と衝突してイオン化する（以下、イオン化スパッタ粒子）ようになっている。
このイオン化スパッタ粒子は、電界設定手段４８が設定する電界によって加速されてプラズマから引き出され、基板９に対してより垂直に近い角度で飛行して基板９に入射するようになっている。具体的には、電界設定手段４８には、基板ホルダー４５に高周波電圧を印加して高周波とプラズマとの相互作用により基板９に負の自己バイアス電圧を与える高周波電源４８１が採用されている。高周波電源４８１としては、例えば１３．５６ＭＨｚ出力１ｋＷ程度のものが使用できる。高周波電源４８１と基板ホルダー４５との間には、整合器４８２が設けられている。さらに、基板９及び基板ホルダー４５がいずれも導体である場合、高周波の伝送経路に所定のコンデンサが設けられ、コンデンサを介して基板９に高周波電圧を印加するよう構成される。
【００２１】
前述したスパッタ用高周波電源４２２の場合と同様に、キャパシタンスを介して基板９に高周波電圧を印加すると、基板９に自己バイアス電圧が生じ、基板９とプラズマとの間に基板９に向かって徐々に電位が下がる電界が設定される。この電界の向きは基板９に対して垂直であり、正にイオン化されたスパッタ粒子はこの電界によって加速されて基板９に垂直に入射するようになっている。
上記イオン化スパッタにおいて、プラズマ中のイオンは、電界の向きの周期的な変化に追従するようにして運動方向を変える。この際、補助電極４７はコンデンサ４７１によって接地電位から絶縁されるか補助電源４７２が接続されるため、補助電極４７付近にも電界が設定される。この結果、イオンは広い範囲にわたって運動を行うようになっており、イオンが中性スパッタ粒子に衝突してイオン化する確率が高い。つまり、補助電極４７は、スパッタ粒子のイオン化効率を高める作用を持っている。
【００２２】
また、本実施形態の装置は、スパッタチャンバー４内の動作を制御する不図示の制御部を有している。この制御部は、排気系４１、スパッタ電源４２１，４２２、スイッチ回路４２３、ガス導入系４４、ヒータ４５１、距離変更機構４６及びイオン化手段４７等に制御信号を送って、後述する動作を各部が行うよう構成されている。
【００２３】
次に、請求項１のスパッタリング方法の実施形態の説明も兼ね、このスパッタチャンバー４内における装置の動作について、図２を使用して説明する。
まず、基板９は搬送ロボット１１によってセパレーションチャンバー１からゲートバルブ６を通してスパッタチャンバー４内に搬入される。スパッタチャンバー４内は、排気系４１によって所定圧力まで予め排気されており、基板９は基板ホルダー４５に載置される。基板ホルダー４５内のヒータ４５１が予め動作しており、基板ホルダー４５に載置された基板９は、ヒータ４５１の熱によって所定温度まで急速に加熱され、その温度が維持される。
そして、ゲートバルブ６を閉じた後、ガス導入系４４が動作してスパッタリングが行われる。本実施形態の装置及び方法の大きな特徴点は、表面に微細なホールが形成された基板９に対して成膜を行うに際し、ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、ホールの側面への成膜速度を高めた側面成膜工程とを分けて行う点である。特に順序は問わないが、以下の例では、最初に底面成膜工程を行い、次に側面成膜工程を行うとして説明する。
【００２４】
まず、底面成膜工程を行う場合、排気速度調整器４１２及び流量調整器４４４を制御してスパッタチャンバー４内を高い第一の圧力に保つ。また、距離変更機構４６は、ターゲット４２と基板９との距離（以下、ＴＳ距離）が短い第一の距離になるよう予め基板ホルダー４５を移動させている。この状態で、スパッタ用高周波電源４２２及び電界設定手段４８を動作させ、イオン化スパッタを行う。即ち、前述したように、スパッタ用高周波電源４２２がターゲット４２に与える電圧により高周波スパッタを行うとともにプラズマ中でスパッタ粒子をイオン化させる。そして、電界設定手段４８が設定した電界によりイオン化スパッタ粒子を引き出して基板９により垂直に入射させる。スパッタ粒子が基板９により垂直に入射するようになると、スパッタ粒子はホールの底面まで到達し易くなるから、ホールの底面での膜堆積が促進される。即ち、ホールの底面の成膜速度が増加する。尚、このように圧力を低くし、且つ、ＴＳ距離を長くして行うスパッタは、「低圧遠隔スパッタ」と呼ばれる。
【００２５】
次に、側面成膜工程を行う。具体的には、距離変更機構４６を動作させ、ＴＳ距離が長い第二の距離になるよう予め基板ホルダー４５を移動させる。また、排気速度調整器４１２及び流量調整器４４４を制御してスパッタチャンバー４内を低い第二の圧力に保つ。この状態で、スパッタ用直流電源４２１を動作させ、直流スパッタを行う。この際、ＴＳ距離が長く圧力が低いので、ホールの側面への膜堆積が促進され、側面成膜速度の高いスパッタリングが行える。そして、このスパッタリングを所定時間行った後、スパッタ用高周波電源４２２、電界設定手段４８、ガス導入系４４等の動作を止め、基板９をスパッタチャンバー４から取り出す。
【００２６】
上述したスパッタチャンバー４内での動作における側面成膜速度の向上について、図３を使用してさらに詳しく説明する。図３は、側面成膜速度の向上について模式的に説明した図である。
図３に示すように、ＴＳ距離をＬ１からＬ２へと長くした場合、ホール９０の側面の一点Ｐから見ることのできるターゲット４２の被スパッタ面の面積は、Ｌ１に比べてＬ２の場合の方が大きくなる（Ｓ１＜Ｓ２）。ターゲット４２の被スパッタ面の面積（Ｓ１，Ｓ２）は、ホールの側面の一点Ｐに到達することが可能なスパッタ粒子の放出部分の面積であるから、Ｌ１に比べてＬ２の場合の方が点Ｐに到達するスパッタ粒子の量が多くなる。このため、側面成膜速度を高くできるのである。また、圧力を低くすると、このようにホール９０の側面に向かって飛行するスパッタ粒子がガス分子に散乱されることが少なくなる。このため、スパッタ粒子がより確実にホール９０の側面に到達し、側面成膜速度の向上に寄与する。
【００２７】
上記スパッタチャンバー４における動作において、高い第一の圧力は１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒの範囲とすることが好ましい。この範囲より高くなると、多数のガス分子の存在によってイオン化スパッタ粒子が散乱され、基板９に十分到達できない問題がある。また、この範囲より低くなると、プラズマ密度が低下してイオン化効率が十分でなくなる問題がある。また、低い第二の圧力は、放電が持続する範囲内で１ｍＴｏｒｒ以下とすることが好ましい。この圧力より高くなると、前述した低圧遠隔スパッタの効果が十分得られなくなる問題がある。
さらに、短い第一の距離は、具体的には、基板９の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離とすることが好ましい。尚、基板９の「最大幅」とは、最も幅が広くなる方向で見た基板９の幅の意味であり、基板９が円形であれば直径である。第一の距離が上記範囲より短くなると、膜厚等の膜特性の面内分布が悪化する恐れがある。また、この範囲より長くなると、基板９に到達できないスパッタ粒子がいたずらに多くなり、効率が悪くなる。
また、長い第二の距離は、基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離とすることが好ましい。この範囲より長くなると、成膜の効率があまりにも悪くなって好適ではない。また、この範囲より短くなると、上記低圧遠隔スパッタの効果が得られない。
【００２８】
次に、図１に戻り、本実施形態のスパッタリング装置の他の構成について説明する。
図１に示す前処理エッチングチャンバー３は、成膜に先だって基板９をエッチングして基板９の表面の自然酸化膜や保護膜を除去するよう構成されている。前処理エッチングチャンバー３は、内部にプラズマを形成し、プラズマ中のイオンを基板９の表面に衝突させて自然酸化膜や保護膜をエッチング除去するようになっている。
また、プリヒートチャンバー２は、成膜に先だって基板９を加熱して、基板９の吸蔵ガスを放出させるよう構成されている。この吸蔵ガスの放出を行わない場合、成膜時の熱により吸蔵ガスが急激に放出され、発泡によって膜の表面が粗くなる問題がある。プリヒートチャンバー２内には、所定の温度に加熱維持される不図示のヒートステージが設けられている。基板９はこのヒートステージに載置され、所定の温度に加熱されることによりプリヒートされる。
【００２９】
次に、本実施形態のスパッタリング装置の全体の動きについて説明する。
外部カセット６２に収容された基板９は、オートローダ７によってロードロックチャンバー５内のロック内カセット５１に搬入される。ロック内カセット５１に搬入された基板９は、セパレーションチャンバー１に設けられた搬送ロボット１１により、まずプリヒートチャンバー２に搬入される。プリヒートチャンバー２内に搬入された基板９は、不図示のヒートステージに載置され、所定の温度に加熱される。これによって基板９は予備加熱され、基板９中の吸蔵ガスが放出される。次に、基板９は前処理エッチングチャンバー３に搬送され、基板９の表面の自然酸化膜又は保護膜がエッチングされる。その後、基板９は下地膜作成チャンバー８に搬入され、下地膜としてチタン薄膜が薄く作成される。
そして、基板９はスパッタチャンバー４に搬入される。そして、スパッタチャンバー４内で上述したように底面成膜工程と側面成膜工程とを行う。この結果、基板９がアスペクト比の高いホールを有する場合でも、ホールの底面及び側面に十分な厚さの薄膜が作成される。
【００３０】
その後、基板９はスパッタチャンバー４から搬出され、必要に応じて反射防止膜の作成や冷却等の処理をした後、搬送ロボット１１によりロードロックチャンバー５内のロック内カセット５１に収容される。その後、ロック内カセット５１に所定数の処理済みの基板９が収容されると、オートローダ７が動作し、処理済みの基板９を外部カセット６２に搬出する。
【００３１】
成膜の一例について説明すると、本実施形態の装置は、バリア膜の作成に使用されると好適である。具体的には、チタン製のターゲット４２を使用してスパッタリングを行う。最初はアルゴンガスを導入してチタン薄膜を作成し、その後、窒素ガスを導入して窒素とチタンとの反応を補助的に利用しながら窒化チタン薄膜を作成するようにする。この結果、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜を積層したバリア膜の構造が得られる。
尚、上述した本実施形態の装置において、スパッタ用直流電源４２１とスパッタ用高周波電源４２２とを同時に動作させても、一定のメリットが得られる場合がある。これらを同時に動作させると、スパッタ用高周波電源４２２の高周波電圧にスパッタ用直流電源４２１の負の直流電圧を重畳させてターゲット４２に印加することになる。
例えば側面成膜工程で上記重畳を行うと、低圧遠隔スパッタを行いながらスパッタ粒子の一部をイオン化してイオン化スパッタを補助的に利用しながら成膜を行うことができる。あまり圧力が低いとイオン化効率が悪くなるし、圧力が高くなると低圧遠隔スパッタの効果が薄れるので、この際の圧力選定が難しいが、例えば１〜１．５ｍＴｏｒｒ程度でよい。また、底面成膜工程で上記重畳を行うと、前述した自己バイアス電圧に加えてスパッタ用直流電源４２１の電圧によってもイオンが加速されるので、全体のスパッタリングの効率が良くなる効果がある。
【００３２】
また、本実施形態の装置では、スパッタ用高周波電源４２２がイオン化手段に兼用されているが、スパッタ用の電源とは別の電源を使用してイオン化を行ってもよい。具体的には、補助電極４７に設けた補助電源４７２を動作させてこの補助電源４７２からの高周波エネルギーを主に利用してイオン化を行ってもよい。
【００３３】
次に、請求項４の発明に属する第二の実施形態について説明する。
図４は、第二の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図、図５は、図４に示すスパッタリング装置のＸ−Ｘにおける断面概略図である。
上述した第一の実施形態の装置では、一つのスパッタチャンバー４内で底面成膜工程と側面成膜工程とが連続して行われた。しかしながら、スパッタチャンバーを二つ設け、一方のスパッタチャンバーで底面成膜工程を行い、他方のスパッタチャンバーで側面成膜工程を行うようにすることができる。図４及び図５に示す装置は、この構成である。
具体的には、図４に示すように、複数の処理チャンバーのうちの二つがスパッタチャンバー８１，８２である。そして、二つのスパッタチャンバーのうちの一つが底面成膜工程を行う第一スパッタチャンバー８１であり、他の一つが側面成膜工程を行う第二スパッタチャンバー８２である。
【００３４】
図５に示すように、二つのスパッタチャンバー８１，８２とも、図２に示す第一の実施形態のスパッタチャンバーとほぼ同じ構成である。即ち、第一スパッタチャンバー８１は、内部を排気する第一排気系８１１と、被スパッタ面を内部に露出させた第一ターゲット８１２と、第一ターゲット８１２をスパッタするための第一スパッタ電源８１３と、内部にガスを導入する第一ガス導入系８１４と、内部の所定位置に基板９を保持する第一基板ホルダー８１５とを備えている。また、第二スパッタチャンバー８２は、内部を排気する第二排気系８２１と、被スパッタ面を内部に露出させた第二ターゲット８２２と、第二ターゲット８２２をスパッタするための第二スパッタ電源８２３と、内部にガスを導入する第二ガス導入系８２４と、内部の所定位置に基板９を保持する第二基板ホルダー８２５とを備えている。
【００３５】
また、第一スパッタ電源８１３は、第一の実施形態におけるスパッタ用高周波電源４２２と同様の高周波電源である。そして、第一スパッタ電源８１３と第一ターゲット８１２との間には不図示の整合器が設けられている。また、第一基板ホルダー８１５は、ＴＳ距離が短い第一の距離になるように基板９を保持するよう構成されている。
さらに、第一スパッタチャンバー８１内には、第一の実施形態の補助電極４７と同様の補助電極８１７が設けられており、基板ホルダー８１５には第一の実施形態の電界設定手段４８と同様の電界設定手段８１８が設けられている。
また一方、第二スパッタチャンバー８２の第二スパッタ電源８２３は、第一の実施形態におけるスパッタ用直流電源４２１と同様の負の直流電源である。また、第二基板ホルダー８２５は、ＴＳ距離が長い第二の距離になるように基板９を保持するよう構成されている。
【００３６】
上記構成に係る第二の実施形態の装置では、基板９は、第一スパッタチャンバー８１においてイオン化スパッタによりホールの底面の成膜速度を高くした成膜が行われ、第二スパッタチャンバー８２において低圧遠隔スパッタによりホールの側面の成膜速度を高くした成膜が行われる。この場合も、第一の実施形態の場合と同様に、アスペクト比７以上の非常に高いアスペクト比のホールの内面に対して十分な厚さで成膜を行うことができる。
尚、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われるので、両工程の間で基板９が汚損されることがなく、良質な薄膜が作成できる。また、底面成膜工程と側面成膜工程とが別のスパッタチャンバー８１，８２で行われるので、タクトタイムを短くできる点である。従って、前述した第一の実施形態で、各処理チャンバーのうちスパッタチャンバー４内での処理が最も時間を要している場合、この第二の実施形態によると生産性の向上が望める。但し、スパッタチャンバーが二つになるので、装置のコストとしては高くなる。逆に言うと、前述した第一の実施形態は、装置のコストの点では有利である。
【００３７】
【実施例】
次に、上記実施形態の発明の実施例を説明する。
まず、底面成膜工程及び側面成膜工程の双方に共通した条件は、以下の通りである。
・基板；直径２００ｍｍのシリコンウェーハ
・ホール；開口直径０．４μｍ，深さ２μｍ，アスペクト比５
・ターゲット；直径３００ｍｍのチタン製
【００３８】
また、底面成膜工程の条件は、以下の条件で行える。
・成膜圧力；６０ｍＴｏｒｒ
・放電用ガス；アルゴン又は窒素
・ガス流量；６０ｃｃ／分
・スパッタ電源：周波数１３．５６ＭＨｚ出力３ｋＷ
・ターゲットへの印加電圧；３００Ｖ
・ＴＳ距離；９０ｍｍ
・基板の温度；３５０℃
・基板の自己バイアス電圧；１００Ｖ
上記条件によると、ホールの底面に対して３５０オングストローム毎分程度の成膜速度で薄膜の作成ができる。この際のボトムカバレッジ率（ホール外の面に対するホールの底面への成膜速度の比）は、７０％程度である。
【００３９】
また、側面成膜工程は、以下の条件で行える。
・成膜圧力；０．３ｍＴｏｒｒ
・放電用ガス；アルゴン又は窒素
・ガス流量；１０ｃｃ／分
・スパッタ電源；−６００Ｖ
・ターゲットへの投入電力；１２ｋＷ
・ＴＳ距離；２３０ｍｍ
・基板の温度；３５０℃
上記条件によると、ホールの側面に対して７００オングストローム毎分程度の成膜速度で薄膜の作成ができる。この際のサイドカバレッジ率（ホール外の面に対するホールの側面への成膜速度の比）は、２５％程度である。
【００４０】
上述した各実施形態及び実施例において、必要な厚さの薄膜を底面成膜工程一回と側面成膜工程一回で作成するのでなく、複数回に分けて作成するようにしてもよい。即ち、例えば底面成膜工程の後に側面成膜工程を行い、このサイクルを複数回繰り返すようにしてもよい。このようにすると、底面成膜工程で作成された薄膜と側面成膜工程作成された薄膜とは互い違いに積層された構造が得られる。底面成膜工程で作成される薄膜と側面成膜工程で作成される薄膜に多少の特性の相違がある場合、この相違を緩和し、全体に均質な薄膜を作成できるメリットがある。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の方法及び請求項６の装置によれば、イオン化スパッタによる底面成膜工程と低圧遠隔スパッタによる側面成膜工程とを組み合わせて真空中で連続して行うので、アスペクト比７以上のホールの内面に対しても十分な厚さで成膜を行うことができる。従って、線幅０．１８μｍ以下の次世代デバイスの生産にためのブレークスルーを提供することができる。
また、請求項７の装置によれば、上記請求項６の効果に加え、スパッタチャンバーが一つで済むので、装置のコストが安くできる。
また、請求項１０の発明によれば、請求項６の効果に加え、底面成膜工程と側面成膜程とが別のスパッタチャンバーで行われるので、タクトタイムが短くなり、生産性を高くできる可能性がある。
さらに、請求項１３の発明によれば、底面成膜工程及び側面成膜工程の圧力及びＴＳ距離の条件が最適なものとなり、上記請求項６の効果をより確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２及び３の発明に属する第一の実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示した平面概略図である。
【図２】図１に示すスパッタチャンバー４の構成を示す正面概略図である。
【図３】側面成膜速度の向上について模式的に説明した図である。
【図４】第二の実施形態のスパッタリング装置の構成を説明する平面概略図
【図５】図４に示すスパッタリング装置のＸ−Ｘにおける断面概略図である。
【図６】高アスペクト比のホールに対する成膜の技術的困難性を説明した図である。
【符号の説明】
１ セパレーションチャンバー
１１ 搬送ロボット
２ プリヒートチャンバー
３ 前処理エッチングチャンバー
４ スパッタチャンバー
４１ 排気系
４２ ターゲット
４２１ スパッタ用直流電源
４２２ スパッタ用高周波電源
４２３ スイッチ回路
４３ 磁石機構
４４ ガス導入系
４５ 基板ホルダー
４５１ ヒータ
４６ 距離変更機構
４７ 補助電極
４７１ コンデンサ
４７２ 補助電源
５ ロードロックチャンバー
６ ゲートバルブ
７ オートローダ
８１ 第一スパッタチャンバー
８２ 第二スパッタチャンバー
９ 基板
Claims (13)
- 基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング方法であって、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに、前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定する電界設定手段を動作させ、イオン化したスパッタ粒子を電界設定手段による電界で加速することで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われる方法であり、
側面成膜工程は、前記電界設定手段による電界設定無しに行われる工程であることを特徴とするスパッタリング方法。 - 前記底面成膜工程での圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記側面成膜工程での圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記底面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記側面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング方法。
- 前記底面成膜工程では前記ターゲットに高周波電圧を印加してスパッタリングを行い、前記側面成膜工程では前記ターゲットに負の直流電圧を印加してスパッタリングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング方法。
- 前記ターゲットとは別に設けられた補助電極を接地電位から絶縁するか又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する方法であり、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のスパッタリング方法。
- 基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング方法であって、
ターゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させるとともに前記ホールの深さ方向に成分を持つ電界を設定し、イオン化したスパッタ粒子をこの電界で加速することで前記ホールの底面への成膜速度を高めた底面成膜工程と、底面成膜工程に比べてターゲットと基板との距離を長くするとともに圧力を低くしてスパッタリングを行って前記ホールの側面への成膜速度を高める側面成膜工程とを含み、底面成膜工程と側面成膜工程とが真空中で連続して行われる方法であり、
前記底面成膜工程での圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記側面成膜工程での圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記底面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記側面成膜工程でのターゲットと基板との距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であることを特徴とするスパッタリング方法。 - 基板の表面に形成されたホールの内面にスパッタリングによって所定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、
排気系を備えたスパッタチャンバーと、スパッタチャンバー内に所定のガスを導入するガス導入系と、スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられたターゲットと、ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタするスパッタ電源と、スパッタによりターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設定する電界設定手段と、ターゲットと基板との間の距離を変更する距離変更機構と、排気系、ガス導入系、イオン化手段、電界設定手段及び距離変更機構を制御することが可能な制御部を備えており、
前記制御部は、前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させる際には前記スパッタチャンバー内の圧力を高い第一の圧力に保つよう前記排気系及び前記ガス導入系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を短い第一の距離になるよう前記距離変更機構を制御し、前記イオン化手段及び前記電界設定手段を動作させない際には前記スパッタチャンバー内の圧力を第一の圧力より低い第二の圧力に保つよう前記排気系を制御するとともに前記ターゲットと基板との距離を第一の距離より長い第二の距離になるよう前記距離変更機構を制御するものであることを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記スパッタ電源は高周波電源であり、この高周波電源によって設定された電界により前記スパッタ粒子をイオン化させることが可能であって前記スパッタ電源は前記イオン化手段に兼用されており、さらに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッチ回路を有していることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装置。
- 前記スパッタ電源は高周波電源であり、さらに、前記ターゲットに負の直流電圧を印加する負の直流電源が設けられており、高周波電源の電圧と負の直流電源の電圧とが選択的に又は同時に前記ターゲットに印加されるようにするスイッチ回路を有しており、
前記制御部は、前記ホールの内面のうちの底面に多く薄膜を堆積させる際には高周波電源である前記スパッタ電源を動作させてターゲットに高周波電圧を印加し、前記ホールの内面のうちの側面に多く薄膜を堆積させる際には負の直流電源を動作させてターゲットに負の直流電圧を印加する制御を行うものであることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装置。 - 前記イオン化手段は、前記ターゲットとは別に設けられた補助電極と、この補助電極を接地電位から絶縁することで前記スパッタ粒子をイオン化させるコンデンサ又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する高周波電源とによって構成されており、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載のスパッタリング装置。
- 中央に設けられたセパレーションチャンバーの周囲に少なくとも一つのロードロックチャンバーと複数の処理チャンバーとを気密に接続したマルチチャンバータイプのスパッタリング装置であって、
前記複数の処理チャンバーのうちの一つは第一スパッタチャンバーであって、他の一つは第二スパッタチャンバーであり、
前記第一スパッタチャンバーには、第一スパッタチャンバー内を排気する第一排気系と、第一スパッタチャンバー内に所定のガスを導入する第一ガス導入系と、第一スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第一ターゲットと、第一ターゲットに電圧を印加してターゲットをスパッタする第一スパッタ電源と、スパッタにより第一ターゲットから放出されたスパッタ粒子をイオン化するためのイオン化手段と、第一スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための第一基板ホルダーと、イオン化手段によりイオン化されたスパッタ粒子を基板に垂直に加速するための電界を設定する電界設定手段とが設けられており、第一の排気系及び第一ガス導入系は第一スパッタチャンバー内を高い第一の圧力に維持することが可能であり、また、第一基板ホルダーは基板と第一ターゲットとの間の距離が短い第一の距離となるよう基板を保持するものであり、
前記第二スパッタチャンバーには、第二スパッタチャンバー内を排気する第二排気系と、第二スパッタチャンバー内に被スパッタ面が露出するようにして設けられた第二ターゲットと、第二ターゲットに電圧を印加して第二ターゲットをスパッタする第二スパッタ電源と、第二スパッタチャンバー内の所定位置に基板を保持するための第二基板ホルダーとが設けられており、前記第二排気系は第二スパッタチャンバー内を第一の圧力より低い第二の圧力に維持することが可能であり、前記第二基板ホルダーは基板と第二ターゲットとの間の距離が第一の距離より長い第二の距離となるよう基板を保持するものであることを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記第一のスパッタチャンバーは、前記ターゲットとは別に設けら れた補助電極と、この補助電極を接地電位から絶縁することで前記スパッタ粒子をイオン化させるコンデンサ又は当該補助電極に対して高周波電圧を与えることで前記スパッタ粒子をイオン化する高周波電源とを備えており、補助電極は、前記ターゲットと前記基板との間の前記スパッタ粒子の飛行空間を取り囲む円筒状であることを特徴とする請求項１０記載のスパッタリング装置。
- 前記第一スパッタ電源は高周波電源であり、前記第二スパッタ電源は負の直流電源であることを特徴とする請求項１０又は１１記載のスパッタリング装置。
- 前記第一の圧力は１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの範囲内であって前記第二の圧力は１ｍＴｏｒｒ以下であり、前記第一の距離は基板の最大幅の１／２．５から１／１の範囲内の距離であって前記第二の距離は基板の最大幅の１から１．５倍の範囲内の距離であることを特徴とする請求項６乃至１２いずれかに記載のスパッタリング装置。
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