JP5611039B2 - スパッタリング装置 - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリング装置に関し、特に、セルフスパッタリングを安定に行い得るＤＣマグネトロンスパッタリング装置に関する。
近年の配線パターンの微細化に伴い、カバレッジの面内均一性の向上が要求されている。このような要求を実現する方法のひとつとして、例えば、ＳＩＰ（Self-Ionized Plasma）技術を利用したＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いることが知られている。このＳＩＰ技術によれば、電子閉じ込め能力の高い磁界中で高電圧を印加することで高密度プラズマを実現している。
上記セルフスパッタリングを安定して行うための装置として、ターゲットのスパッタ面と背向する側に磁石組立体を配置してターゲットのスパッタ面前方に磁界を形成することに加え、真空チャンバ側面にコイルを配置し、当該コイルにコイル用電源を介して通電することでスパッタ面に対して垂直な磁界を発生させ、ターゲットから飛び出した原子のイオン化を促進するように構成したものが特許文献１で知られている。
然し、上記特許文献１記載の装置では、コイルに通電するために電源を別途備えているため、スパッタリング装置のコスト高を招くという問題がある。その上、磁界の向きや磁界の強さを調節には、コイルへの通電電流を制御する電流制御回路も必要となり、一層コスト高を招く。
特開２０００−１４４４１１号公報
本発明は、以上の点に鑑み、ターゲットから飛び出した原子のイオン化を促進してセルフスパッタリングを安定して行い得る低コストのスパッタリング装置を提供することをその課題とする。
上記課題を解決するため、本発明のスパッタリング装置は、真空チャンバ内で処理すべき基板に対向配置されたターゲットと、前記ターゲットのスパッタ面前方に磁界を形成する磁石組立体と、前記ターゲットに負の直流電位を印加する第１の電源とを備え、前記ターゲットのスパッタ面の裏側に第１のコイルが配置され、前記第１のコイルが、前記第１の電源と前記ターゲットとの出力間に電気的に接続され、前記第１の電源により前記ターゲットに負の直流電位を印加すると、前記第１のコイルに直流電流が流れてスパッタ面前方に磁界が発生するように構成したことを特徴とする。
本発明によれば、第１の電源により、例えばターゲットに対して予め設定された所定の負の電位を印加すると、ターゲットへの印加電位とプラズマのインピーダンスに応じた電流が第１のコイルに流れて磁界が発生する。これにより、磁石組立体によりターゲットのスパッタ面前方に発生している磁界の強さを増減できる。この場合、ターゲットへの投入電力を適宜調節して第１のコイルに流れる電流を制御したり、第１のコイルに流れる電流の向きを変えれば、任意の磁界の強さでターゲットのスパッタ面に対して垂直な磁界を発生させることができる。
このように本発明によれば、ターゲットに負の電位を印加すると、前記第１のコイルに通電される構成を採用したため、コイル用の電源は不要となり、しかも、ターゲットへの投入電力に応じて第１のコイルの電流が増減できるため、第１のコイルへの電流制御用回路も不要になり、低コスト化を図ることができる。
また、本発明においては、前記真空チャンバ内で前記ターゲットと前記基板との間でスパッタ面前方の空間を囲うように設けた電極と、前記電極に正の直流電位を印加する第２の電源とを更に備え、前記真空チャンバの側壁に沿って第２のコイルが配置され、前記第２のコイルが、前記第２の電源と前記電極との出力間に電気的に接続され、前記第２の電源により前記電極に正の電位を印加すると、前記第２のコイルに通電されてスパッタ面前方に磁界が発生するように構成してもよい。
これによれば、第２の電源により第２のコイルに電流が流れて電極に所定の正の電位が印加されることで、ターゲット及び基板間の空間に磁界を発生できる。この場合、電極への投入電力を適宜調節して第２のコイルに流れる電流を制御したり、第２のコイルに流れる電流の向きを変えれば、任意の磁界の強さでターゲットのスパッタ面に対して垂直な磁界を発生させることができる。その結果、ターゲットから飛び出した原子のイオン化を促進してセルフスパッタリングを安定して行い得る低コストのスパッタリング装置を実現できる。
なお、本発明においては、前記第１及び第２の両コイルへの通電を切り替える切替手段をそれぞれ備える構成を採用すれば、任意に第１及び第２の両コイルに通電できる構成を実現できる。この場合、通電の切替だけでなく、コイルに流す電流の向きも切り替わるように構成してもよい。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態にスパッタリング装置ついて説明する。図１に示すように、スパッタリング装置１は、セルフスパッタリングが可能な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が取付けられている。カソードユニットＣは、ターゲット３とターゲット３のスパッタ面３ａ前方に磁界を形成する磁石組立体４とを備える。
ターゲット３は、処理すべき基板Ｗ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製であり、公知の方法で所定形状に作製されている。また、ターゲット３は、第１の電源たるＤＣ電源５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。磁石組立体４は、スパッタ面３ａと背向する側に配置され、ターゲット３に平行に配置された板状のヨーク４ａと、当該ヨーク４ａの上面にターゲット側の極性を交互に変えて同心に配置したリング状の磁石４ｂ、４ｃとから構成されている。なお、磁石４ｂ、４ｃの形状や個数は、ターゲット３の前方に形成しようとする磁界に応じて適宜選択され、例えば薄片状や棒状のものまたはこれらを適宜組合わせて用いるようにしてもよい。
また、ヨーク４ａの中央部（本実施の形態では、ターゲット３の中心を通る中心線上に位置させて）には、磁性材料の円筒状の芯材６ａの周囲に導線６ｂを巻回してなる第１のコイル６が設けられている。なお、第１のコイル６の位置は、磁石組立体４ｂ、４ｃの配置に応じて適宜変更することができる。導線６ｂの両端は、ＤＣ電源５からターゲット３への出力に切替スイッチ（切替手段）７を介して電気的に接続されている。そして、ＤＣ電源５によりターゲット３に対して予め設定された所定の負の電位を印加すると、ターゲット３への印加電位とプラズマのインピーダンスに応じた電流が第１のコイル６に流れて磁界が発生する。この場合、図示省略したが、公知の構造を有する他の切替スイッチを更に設け、第１のコイル６に電流の向きが反転できるように構成しておくことが好ましい。
これにより、磁石組立体４によりターゲット３のスパッタ面３ａ前方に発生している磁界の強さが増減できる。この場合、導線６ｂの巻数を適宜設定した上、ターゲット３への投入電力を適宜調節して第１のコイル６に流れる電流を制御したり、第１のコイル６に流れる電流の向きを変えれば、所定の磁界の強さでターゲット３のスパッタ面３ａに対して垂直な磁界を発生させることができる。
このように本実施の形態では、ターゲット３に負の電位を印加するときに第１のコイル６に通電される構成を採用したため、コイル用の電源は不要となり、しかも、ターゲット３への投入電力に応じて第１のコイル６の電流が増減されるため、第１のコイル６への電流制御用回路も不要になり、低コスト化を図ることができる。
また、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８が配置され、シリコンウエハ等の処理すべき基板Ｗを位置決め保持できる。ステージ８は、公知の構造を有する高周波電源９に電気的に接続され、スパッタリング中、ステージ８、ひいては基板Ｗに所定のバイアス電位が印加できるようになっている。
さらに、真空チャンバ２内には、ターゲット３のスパッタ面３ａと基板Ｓとの間でスパッタ面３ａ前方の空間を囲うように電極たるイオンリフレクター１０が設けられている。イオンリフレクター１０は、ターゲット３の外径より大きな内径を有する略筒状のものであり、真空チャンバ２の壁面に沿うように絶縁体１０ａを介して取付けられている。イオンリフレクター１０は、第２の電極たる他のＤＣ電源１１に電気的に接続され、所定の正の電位が印加されるようになっている。
真空チャンバ２の外側壁には、ターゲット３とステージ８との間に位置させて配置した磁性材料からなるリング状のヨーク１２ａに導線１２ｂを巻回してなる第２のコイル１２が設けられている。導線１２ｂの両端は、ＤＣ電源１１からイオンリフレクター１０への出力に他の切替スイッチ（切替手段）１３を介して電気的に接続されている。そして、ＤＣ電源１１によりイオンリフレクター１０に対して所定の正の電位を印加する場合、第２のコイル１２に電流が流れてイオンリフレクター１０に所定の正の電位が印加されるようになり、スパッタ面３ａ及び基板Ｗ間の空間に磁界が発生する。この場合、図示省略したが、公知の構造を有するさらに他の切替スイッチを設け、第２のコイル１２に電流の向きが反転できるように構成しておくことが好ましい。
これにより、導線６ｂの巻数を適宜設定した上、イオンリフレクター１０への投入電力を適宜調節して第２のコイル１２に流れる電流を制御したり、第２のコイル１２に流れる電流の向きを変えれば、所定の磁界の強さでターゲット３のスパッタ面３ａに対して垂直な磁界を発生させることができる。その結果、ターゲット３から飛び出した原子のイオン化を促進してセルフスパッタリングを安定して行い得る低コストのスパッタリング装置１を実現できる。
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１４が接続され、その他端は、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。また、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１５に通じる排気管１５ａが接続されている。
次に、上記スパッタリング装置１を用いた薄膜形成について、基板Ｗ上へのＣｕ膜の形成を例に説明する。先ず、ステージ８に基板Ｗを載置した後、真空排気手段１５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）まで真空引きする。真空チャンバ２内の圧力が所定値に達すると、真空チャンバ２内にアルゴンガス等のスパッタスを所定の流量で導入しつつ、ＤＣ電源５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１０内にプラズマ雰囲気を形成する。このとき、切替スイッチ７を切り替えて第１のコイル６に通電して磁界を発生させ、磁石組立体４によりターゲット３のスパッタ面３ａ前方に発生している磁界の強さを増加させる。
それに併せて、バイアス電源９によりステージ８にバイアス電位を印加すると共に、ＤＣ電源１１によりイオンリフレクター１０に所定の正の電位を印加する。このとき、切替スイッチ１３を切り替えて第２のコイル１２に通電し、ターゲット３のスパッタ面３ａに対して垂直な磁界を発生させる。
そして、プラズマ中のアルゴンイオンをスパッタ面３ａに衝突させてスパッタ面３ａがスパッタリングされ、スパッタ面３ａから銅原子が飛散する。これにより、スパッタリング粒子である銅原子が基板Ｗに向かって飛来し、基板Ｗ表面に付着、堆積する。スパッタリング中、磁石組立体４及び第１及び第２の両コイル６、１２による磁界で、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。
尚、本実施の形態では、ターゲット３の裏面中央部に第１のコイル６を、真空チャンバ２の側壁に第２のコイル１２を配置したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、コイルの位置は適宜設定することができ、また、コイルに通電して磁界を発生するものであれば、本発明を適用することができる。
１ ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
２ 真空チャンバ
３ ターゲット
３ａ スパッタ面
４ 磁石組立体
５、１１ ＤＣ電源（第１及び第２の各電源）
６、１２ 第１及び第２の各コイル
７、１３ 切替スイッチ（切替手段）
１０ イオンリフレクター（電極）
Ｃ カソードユニット
Ｗ 基板
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Claims (3)
- 真空チャンバ内で処理すべき基板に対向配置されたターゲットと、前記ターゲットのスパッタ面前方に磁界を形成する磁石組立体と、前記ターゲットに負の直流電位を印加する第１の電源とを備え、
前記ターゲットのスパッタ面の裏側に第１のコイルが配置され、前記第１のコイルが、前記第１の電源と前記ターゲットとの出力間に電気的に接続され、前記第１の電源により前記ターゲットに負の直流電位を印加すると、前記第１のコイルに直流電流が流れてスパッタ面前方に磁界が発生するように構成したことを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記真空チャンバ内で前記ターゲットと前記基板との間でスパッタ面前方の空間を囲うように設けた電極と、前記電極に正の直流電位を印加する第２の電源とを更に備え、 前記真空チャンバの側壁に沿って第２のコイルが配置され、前記第２のコイルが、前記第２の電源と前記電極との出力間に電気的に接続され、前記第２の電源により前記電極に正の電位を印加すると、前記第２のコイルに通電されてスパッタ面前方に磁界が発生するように構成したことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
- 前記第１及び第２の両コイルへの通電を切り替える切替手段をそれぞれ備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスパッタリング装置。
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