JP6405314B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、成膜装置及び成膜方法に関するものである。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、被処理体に対して種々の処理が行われる。被処理体に施される処理の一種としては、成膜が例示される。また、成膜の一種として、スパッタリンッグが用いられることがある。

また、電子デバイスの一種として、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）素子が開発されている。ＭＴＪ素子には、トンネルバリア層としてＭｇＯ層を用いるものがある。このＭｇＯ層は、一般的には、次のような処理により成膜される。即ち、Ｍｇターゲットを有するスパッタ装置において被処理体上にＭｇを堆積させ、次いで、スパッタ装置に真空搬送装置を介して接続された酸化処理装置に被処理体を搬送し、当該酸化処理装置内において被処理体を酸化ガスに晒してＭｇを酸化させる。このようなＭｇＯ層の成膜に関しては、例えば、下記の特許文献１に記載されている。

国際公開第２０１２／０８６１８３号

ところで、電子デバイスの製造には、スループットが高いことが要求される。したがって、電子デバイスが、ＭｇＯ層といった金属酸化層を含む場合には、金属酸化層の成膜に要する時間を短くすることが必要である。

一側面においては、金属酸化層を成膜するための成膜装置が提供される。この成膜装置は、処理容器、排気装置、載置台、金属ターゲット、第１のガス供給部、電源、第２のガス供給部、ヘッド、及び、ヘッド駆動機構を備えている。排気装置は、処理容器内を減圧することができる。載置台は、処理容器内に設けられており、被処理体を載置するように構成されている。金属ターゲットは、載置台の上方に設けられている。第１のガス供給部は、処理容器内にガスを供給するように構成されている。電源は、第１のガス供給部から供給されるガス中の正イオンを金属ターゲットに衝突させるための電力を発生する。第２のガス供給部は、酸化ガスを供給する。ヘッドは、第２のガス供給部に接続されており、酸化ガスを載置台に向けて噴射するよう構成されている。ヘッド駆動機構は、載置台上において被処理体が載置される載置領域と金属ターゲットとの間の第１領域と、金属ターゲットと載置領域との間の空間から離れた第２領域との間でヘッドを移動させるよう構成されている。なお、金属ターゲットは、例えば、Ｍｇから構成されたターゲットであり得る。

この成膜装置では、ヘッドを第２領域に配置することにより、ヘッドによる干渉無く、金属ターゲットから放出される金属を、被処理体上に堆積させることができる。また、この成膜装置では、ヘッドを第１領域に配置して、酸化ガスを被処理体に向けて供給することにより、被処理体上に堆積した金属を酸化させることができる。即ち、この成膜装置を用いることにより、金属の堆積と当該金属の酸化処理とを、同一の処理容器内で行うことができる。したがって、この成膜装置によれば、金属酸化層の成膜に要する時間を短くすることが可能となる。

一形態において、成膜装置は、ヘッドに設けられたヒータを更に備えていてもよい。この形態によれば、ヘッドを通過するときに加熱された酸化ガスを被処理体に向けて供給することが可能である。これにより、金属の酸化を更に促進することができ、金属の酸化処理に要する時間を更に短くすることが可能となる。また、別の一形態において、成膜装置は、ヘッドに供給される酸化ガスを加熱するよう構成された加熱機構を更に備え、該加熱機構は処理容器の外部に設けられていてもよい。この形態によっても、金属の酸化を更に促進することができ、金属の酸化処理に要する時間を更に短くすることが可能となる。

一形態において、ヘッドは載置領域よりも大きな平面サイズを有していてもよい。この形態によれば、金属のスパッタリングの前に金属ターゲットの表面を削る処理、即ち、所謂プリスパッタリングを行う際に、被処理体をヘッドによって覆うことができる。したがって、プリスパッタリング時の被処理体の汚染を低減又は防止することが可能となる。

また、ヘッドが載置領域よりも大きな平面サイズを有している形態において、成膜装置は、載置台の上方に設けられた活性化金属製のターゲットを更に備えていてもよい。この形態によれば、金属の堆積に先立って、活性化金属によって処理容器の内側壁面をコーティングすることが可能である。そして、処理容器の内側壁面にコーティングされた活性化金属のゲッタリング作用によって、処理容器内の真空度を高めることが可能となる。その結果、高品質な金属酸化層の形成が可能となる。なお、活性化金属としては、Ｔｉ又はＴａを用いることが可能である。

また、一形態において、成膜装置は、載置台に設けられたヒータと、鉛直方向に延びる載置台の中心軸線である第１軸線中心に当該載置台を回転させる載置台駆動機構と、を更に備えていてもよい。また、ヘッド駆動機構は、載置台の側方において鉛直方向に延在する第２軸線中心にヘッドを軸支し、ヘッドには、第２軸線に対して直交する方向に配列された複数のガス噴射口が設けられていてもよい。

載置台の回転により被処理体が回転する場合には、被処理体の各位置の周速度は、第１軸線からの距離に応じて異なる。具体的に、被処理体の各位置の周速度は、被処理体の中心からの径方向の距離の増加に応じて、大きくなる。したがって、複数のガス噴射口が第１軸線に直交する方向に延在するようにヘッドを固定すると、被処理体のエッジに近い位置ほど、酸素に晒される量が少なくなり得る。かかる現象に対処するために、上記形態の成膜装置では、ヘッド駆動機構によってヘッドを載置台の上方で第２軸線中心に移動させて酸化ガスを被処理体に向けて供給することが可能である。これにより、被処理体の径方向の各位置に酸素を供給する量を調整することが可能となる。その結果、金属の酸化の面内分布を均一に調整することが可能となる。

さらに、別の一側面においては、上述した成膜装置を用いた成膜方法が提供される。この成膜方法は、ヘッドを第２領域に配置した状態で、被処理体上に、金属ターゲットから放出される金属を堆積させる工程（ａ）と、ヘッドを第１領域に配置した状態で、被処理体に向けてヘッドから酸化ガスを噴射して、被処理体上に堆積した金属を酸化させる工程（ｂ）と、を含む。この方法では、これら工程（ａ）と工程（ｂ）とが交互に繰り返される。この成膜方法によれば、金属の堆積と当該金属の酸化処理とを、同一の処理容器内で行うことができる。したがって、金属酸化層の成膜に要する時間を短くすることが可能となる。なお、金属ターゲットは、例えば、Ｍｇから構成されたターゲットであり得る。

一形態において、成膜装置がヘッドに設けられたヒータを更に備え、工程（ｂ）において、ヘッドにおいて加熱された酸化ガスにより、金属を酸化させてもよい。この形態によれば、金属の酸化が更に促進され、金属の酸化処理に要する時間を更に短くすることが可能となる。また、別の一形態において、成膜装置は、ヘッドに供給される酸化ガスを加熱するよう構成された加熱機構を更に備え、該加熱機構は処理容器の外部に設けられており、工程（ｂ）において、加熱機構により加熱された酸化ガスにより、金属を酸化させてもよい。この形態によっても、金属の酸化が更に促進され、金属の酸化処理に要する時間を更に短くすることが可能となる。

また、一形態において、ヘッドが載置領域よりも大きな平面サイズを有しており、成膜方法は、工程（ａ）を行う前に、第１領域にヘッドを配置した状態で、金属ターゲットに正イオンを衝突させる工程を更に含んでいてもよい。この形態によれば、プリスパッタリング時の被処理体の汚染を低減又は防止することが可能となる。

また、ヘッドが載置領域よりも大きな平面サイズを有している場合に、成膜装置は載置台の上方に設けられた活性化金属製のターゲットを更に備えていてもよい。この成膜装置を用いる一形態において、成膜方法は、最初に工程（ａ）を行う前に、第１領域にヘッドを配置した状態で活性化金属製のターゲットに正イオンを衝突させる工程を更に含んでいてもよい。この形態によれば、処理容器の内側壁面にコーティングされた活性化金属のゲッタリング作用によって、処理容器内の真空度を高めることが可能となる。その結果、高品質な金属酸化層の形成が可能となる。なお、活性化金属としては、Ｔｉ又はＴａを用いることが可能である。

また、成膜装置は、載置台に設けられたヒータと、鉛直方向に延びる載置台の中心軸線である第１軸線中心に当該載置台を回転させる載置台駆動機構と、を更に備え、ヘッド駆動機構は、載置台の側方において鉛直方向に延在する第２軸線中心に前記ヘッドを軸支しており、ヘッドには、第２軸線に対して直交する方向に配列された複数のガス噴射口が設けられていてもよい。この成膜装置を用いる一形態では、工程（ｂ）において、ヘッドが載置台の上方において第２軸線中心に移動されてもよい。この形態の成膜方法によれば、被処理体の径方向の各位置に酸素を供給する量を調整することが可能となる。その結果、金属の酸化の面内分布を均一に調整することが可能となる。

以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、金属酸化層の成膜に要する時間を短縮することが可能となる。

一実施形態に係る成膜装置を示す図である。 一実施形態に係る成膜装置を示す図である。 一実施形態に係る成膜装置を示す図である。 一実施形態に係る成膜装置を示す図である。 ヘッドの一例を示す平面図である。 ヘッドの別の一例を示す平面図である。 一実施形態の成膜方法を示す流れ図である。 別の実施形態に係る成膜装置を示す図である。 図８に示す成膜装置のヘッドの動作を示す図である。 ウエハの半径上の位置と酸化速度との関係を示す図である。 更に別の実施形態に係る成膜装置を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

まず、一実施形態に係る成膜装置について説明する。図１、図２、図３、及び図４は、一実施形態に係る成膜装置を示す図である。図１及び図２には、一実施形態に係る成膜装置１０の縦断面における構造が概略的に示されている。また、図１には、成膜装置１０のヘッドが第１領域に配置された状態が示されており、図２には、成膜装置１０のヘッドが第２領域に配置された状態が示されている。また、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。

図示されているように、成膜装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、接地電位に接続されている。処理容器１２は、その内部に空間Ｓを画成している。この処理容器１２の底部には、空間Ｓを減圧するための排気装置１４が、アダプタ１４ａを介して接続されている。また、処理容器１２の側壁には、被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗの搬送用の開口ＡＰが形成されており、当該側壁に沿って開口ＡＰを開閉するためのゲートバルブＧＶが設けられている。

処理容器１２内には、載置台１６が設けられている。載置台１６は、ベース部１６ａ及び静電チャック１６ｂを含んでいる。ベース部１６ａは、例えば、アルミニウムから構成されており、略円盤形状を有している。一実施形態においては、ベース部１６ａの内部に、温度制御機構が設けられていてもよい。例えば、ベース部１６ａの内部には、冷媒を循環させるための冷媒流路が形成されていてもよい。

ベース部１６ａ上には、静電チャック１６ｂが設けられている。静電チャック１６ｂは、誘電体膜と、当該誘電体膜の内層として設けられた電極と、を有する。静電チャック１６ｂの電極には、直流電源ＳＤＣが接続されている。静電チャック１６ｂ上に載置されたウエハＷは、静電チャック１６ｂが発生する静電気力によって、当該静電チャック１６ｂに吸着される。なお、静電チャック１６ｂの上面においてウエハＷが載置される領域は、ウエハＷ用の載置領域ＰＲを構成する。

載置台１６は、載置台駆動機構１８に接続されている。載置台駆動機構１８は、支軸１８ａ及び駆動装置１８ｂを含んでいる。支軸１８ａは、空間Ｓにおいて載置台１６の直下から処理容器１２の底部を通って処理容器１２の外部まで延在している。この支軸１８ａと処理容器１２の底部との間には、封止部材ＳＬ１が設けられている。封止部材ＳＬ１は、支軸１８ａが回転及び上下動可能であるように、処理容器１２の底部と支軸１８ａとの間の空間を封止する。このような封止部材ＳＬ１は、例えば、磁性流体シールであり得る。

支軸１８ａの一端には、載置台１６が結合されており、当該支軸１８ａの他端には駆動装置１８ｂが接続されている。駆動装置１８ｂは、支軸１８ａを回転及び上下動させるための駆動力を発生する。載置台１６は、支軸１８ａが回転することによって軸線ＡＸ１中心に回転し、支軸１８ａが上下動することに伴って上下動する。

載置台１６の上方には、金属ターゲット２０が設けられている。金属ターゲット２０は、ＭＴＪ素子のバリア層を成膜する場合には、Ｍｇ製のターゲットであってもよい。なお、ターゲット２０は、成膜すべき金属酸化層の種別に応じて、任意に選択され得る。この金属ターゲット２０は、金属製のホルダ２０ａによって保持されている。ホルダ２０ａは、絶縁部材２０ｂを介して処理容器１２の天部に支持されている。

一実施形態においては、載置台１６の上方に、活性化金属製のターゲット２２が更に設けられ得る。ターゲット２２は、後述するように、処理容器１２の内側壁面に活性化金属をコーティングして、当該活性化金属のゲッタリング作用によって処理容器１２内の真空度を高めるために、用いられる。このようなターゲット２２は、例えば、Ｔｉ又はＴａ製のターゲットであり得る。このターゲット２２は、金属製のホルダ２２ａによって保持されている。ホルダ２２ａは、絶縁部材２２ｂを介して処理容器１２の天部に支持されている。

ターゲット２０及び２２は、第１軸線ＡＸ１を含む仮想平面に対して略対称に設けられている。また、ターゲット２０及び２２は、上方に向かうにつれて第１軸線ＡＸ１に近づくように傾斜している。なお、第１軸線ＡＸ１は、載置台１６の略中心を通って鉛直方向に延びる当該載置台１６及び載置領域ＰＲの中心軸線であり、載置台１６の回転軸線である。

ターゲット２０には、ホルダ２０ａを介して電源２４ａが接続されている。また、ターゲット２２には、ホルダ２２ａを介して電源２４ｂが接続されている。これら電源２４ａ及び２４ｂは、直流電源であり得る。さらに、カソードマグネット２６ａが、ホルダ２０ａを介してターゲット２０と対峙するよう、処理容器１２の外側に設けられている。また、カソードマグネット２６ｂが、ホルダ２２ａを介してターゲット２２と対峙するよう、処理容器１２の外側に設けられている。カソードマグネット２６ａ及び２６ｂには、マグネット駆動部２８ａ及び２８ｂがそれぞれ接続されている。

また、成膜装置１０は、処理容器１２内にガスを供給する第１のガス供給部３０を備えている。ガス供給部３０は、一実施形態においては、ガスソース３０ａ、マスフローコントローラといった流量制御器３０ｂ、及び、ガス導入部３０ｃを備えている。ガスソース３０ａは、処理容器１２内において励起されるガスのソースであり、例えば、Ａｒガスのソースである。ガスソース３０ａは、流量制御器３０ｂを介してガス導入部３０ｃに接続している。ガス導入部３０ｃは、ガスソース３０ａからのガスを処理容器１２内に導入するガスラインである。ガス導入部３０ｃは、一実施形態では、第１軸線ＡＸ１に沿って延びている。

このガス供給部３０からガスが供給され、電源２４ａ又は２４ｂによって対応のターゲット２０又は２２に電圧が印加されると、処理容器１２内に供給されたガスが励起される。また、対応のマグネット２６ａ又は２６ｂがマグネット駆動部２８ａ又は２８ｂによって駆動されると、ターゲット２０又は２２の周囲に磁界が発生する。これにより、プラズマがターゲット２０又は２２の近傍に集中する。そして、ターゲット２０又は２２にプラズマ中の正イオンが衝突することで、ターゲット２０又は２２からターゲットを構成する物質が放出される。これにより、ターゲット２０の場合には、当該ターゲット２０を構成する金属がウエハＷ上に堆積する。一方、ターゲット２２から放出される活性化金属は、後述するように、処理容器１２の内側壁面をコーティングする。

また、成膜装置１０は、ヘッド３２を更に備えている。図５は、ヘッドの一例を示す平面図であり、当該ヘッドを下方から視た平面図である。以下、図１〜図４と共に、図５も参照する。ヘッド３２は、ウエハＷ上に堆積した金属を酸化させるための酸化ガスを、載置台１６に向けて噴射するように構成されている。

ヘッド３２は、当該ヘッド３２を軸支するヘッド駆動機構３４に接続されている。一実施形態において、ヘッド駆動機構３４は、支軸３４ａ、駆動装置３４ｂを含んでいる。支軸３４ａは、第２軸線ＡＸ２に沿って延在している。この軸線ＡＸ２は、軸線ＡＸ１と略平行であり、載置台１６の側方において鉛直方向に延びている。ヘッド３２は、一実施形態においては、略円盤形状を有している。このヘッド３２の中心位置と軸線ＡＸ２との間の距離は、軸線ＡＸ１と軸線ＡＸ２との間の距離に略一致している。

支軸３４ａは、処理容器１２の内部から処理容器１２の外部まで延在している。この支軸３４ａと処理容器１２の底部との間には、封止部材ＳＬ２が設けられている。封止部材ＳＬ２は、支軸３４ａが回転可能であるように処理容器１２の底部と支軸３４ａとの間の空間を封止する。このような封止部材ＳＬ２は、例えば、磁性流体シールであり得る。

支軸３４ａの上端は、軸線ＡＸ２に対して直交する方向に延びる連結部３４ｃの一端に接続している。連結部３４ｃの他端は、ヘッド３２の周縁部に結合している。一方、支軸３４ａの下端は、駆動装置３４ｂに接続している。駆動装置３４ｂは、支軸３４ａを回転させるための駆動力を発生する。ヘッド３２は、支軸３４ａが回転することによって、軸線ＡＸ２中心に揺動する。

具体的に、ヘッド３２は、駆動機構３４の動作に伴って領域Ｒ１と領域Ｒ２との間で移動する。領域Ｒ１は、載置台１６の上方の領域であり、ターゲット２０及び２２と載置台１６との間の空間Ｓ１内の領域である。また、領域Ｒ２は、空間Ｓ１から離れた領域、即ち、空間Ｓ１とは別の空間Ｓ２内の領域である。

支軸３４ａ、連結部３４ｃ、及びヘッド３２には、酸化ガス用のガスラインＧＬが形成されている。ガスラインＧＬの一端は、処理容器１２の外部に設けられている。このガスラインＧＬの一端には、第２のガス供給部３６が接続されている。ガス供給部３６は、ガスソース３６ａ、及び、マスフローコントローラといった流量制御器３６ｂを含んでいる。ガスソース３６ａは、酸化ガスのソースであり、例えば、Ｏ_２ガスのソースであり得る。ガスソース３６ａは、流量制御器３６ｂを介してガスラインＧＬの一端に接続されている。

ガスラインＧＬは、ヘッド３２内において、当該ヘッド３２に設けられた複数のガス噴射口３２ａに接続している。また、ヘッド３２は、一実施形態においては、載置台１６の載置領域ＰＲよりも大きな平面サイズを有している。即ち、ヘッド３２は、載置台１６とターゲット２０及び２２の間に介在して、ウエハＷを覆うことが可能なサイズを有している。また、ヘッド３２においては、複数のガス噴射口３２ａが、軸線ＡＸ２に対して直交する方向に配列されており、下方、即ち、載置台１６に向けて開口している。なお、ヘッド３２は、複数の噴射口３２ａの配列方向に延在する長尺状の平面形状を有していてもよい。

図６は、ヘッドの別の一例を示す平面図であり、当該ヘッドを下方から視た平面図である。図６に示すヘッド３２においては、複数のガス噴射口３２ａが、当該ヘッド３２の全面に分布するように設けられている点で、図５に示すヘッドとは異なっている。

また、図１に示すように、一実施形態においては、ヘッド３２には、ヒータＨＴが設けられている。ヒータＨＴは、ランプ放射、ジュール抵抗加熱、誘導加熱、マイクロ波加熱といった種々の加熱方式のうち何れかのタイプの加熱方式に基づくヒータであり得る。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されており、ヒータＨＴは、ヒータ電源ＨＰからの電力によって発熱する。

このように構成された成膜装置１０によれば、ウエハＷ上への金属の堆積と当該金属層の酸化処理とを同一の処理容器１２内において行うことが可能である。具体的に、図２及び図４に示すように、ヘッド３２を第２領域Ｒ２に配置した状態で、ターゲット２０から金属を放出させることにより、ウエハＷ上に金属を堆積させることができる。また、図１及び図３に示すように、ヘッド３２を第１領域Ｒ１に配置した状態で、酸化ガスをウエハＷに向けて供給することにより、堆積した金属を酸化させることが可能である。このように、成膜装置１０によれば、ウエハＷ上への金属の堆積と当該金属の酸化処理とを同一の処理容器１２内において行うことが可能であるので、金属酸化層の成膜に要する時間を短縮することが可能である。

また、成膜装置１０は、金属の酸化処理時に、ヒータＨＴによって酸化ガス、及びウエハＷを加熱することができる。したがって、金属の酸化を促進することができ、金属の酸化処理に要する時間をより短くすることが可能である。

また、成膜装置１０によれば、金属の堆積に先立ち、第１領域Ｒ１に配置したヘッド３２によりウエハＷを覆った状態で、ターゲット２０の表面を削る処理、即ち、プリスパッタリングを行うことができる。したがって、成膜装置１０によれば、プリスパッタリング時のウエハＷの汚染を低減又は防止することが可能である。

また、成膜装置１０によれば、金属層の形成に先立ち、第１領域Ｒ１に配置したヘッド３２によりウエハＷを覆った状態で、ターゲット２２から放出される活性化金属によって、処理容器１２の内側壁面をコーティングすることができる。そして、処理容器１２の内側壁面にコーティングされた活性化金属のゲッタリング作用によって、処理容器１２内の真空度を高めることが可能となる。その結果、高品質な金属酸化層の形成が可能となる。

以下、成膜装置１０を用いて実施することが可能な一実施形態の成膜方法について説明する。図７は、一実施形態の成膜方法を示す流れ図である。図７に示す方法ＭＴは、金属のスパッタリング、即ち、ウエハＷに金属を堆積させる工程ＳＴ３、及び、金属を酸化させる工程ＳＴ４を含んでいる。方法ＭＴでは、これら工程ＳＴ３及びＳＴ４が交互に繰り返される。また、方法ＭＴは、オプションの工程ＳＴ１及びＳＴ２を更に含み得る。以下、図７に示す流れ図に従って、方法ＭＴを説明する。

まず、方法ＭＴでは、ウエハＷが処理容器１２内に搬送され、載置台１６上に載置される。

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１が行われる。工程ＳＴ１では、活性化金属のスパッタリングが行われる。このため、工程ＳＴ１では、ヘッド３２が第１領域Ｒ１に配置される。このとき、載置台１６の鉛直方向の位置は、ヘッド３２の下方に当該載置台１６が位置するよう、設定される。また、第１のガス供給部３０から処理容器１２内にガスが供給され、電源２４ｂからターゲット２２に電圧が印加される。さらに、マグネット２６ｂによって磁界が生成される。また、工程ＳＴ１では、排気装置１４によって空間Ｓが所定の圧力に設定される。例えば、電源２４ｂからターゲット２２に供給される電力は５０〜１０００Ｗの範囲の電力であり、第１のガス供給部３０のガス流量は１０〜５００ｓｃｃｍの範囲の流量である。また、工程ＳＴ１の処理時間は、１〜６０秒の範囲の時間であり得る。なお、工程ＳＴ１では、電源２４ａによる電圧印加、マグネット２６ａによる磁界生成、第２のガス供給部３６からの酸化ガスの供給は、停止される。

この工程ＳＴ１では、ターゲット２２の下方に集中するようにプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマ中の正イオンがターゲット２２に衝突することにより、ターゲット２２から活性化金属が放出される。このように放出される活性化金属によって、処理容器１２の内側壁面がコーティングされる。この工程ＳＴ１によれば、コーティングされた活性化金属のゲッタリング作用によって、処理容器１２内の真空度を高めることが可能となる。その結果、高品質な金属酸化層の形成が可能となる。また、工程ＳＴ１では、ウエハＷがヘッド３２によって覆われているので、ウエハＷの汚染を低減又は防止することが可能である。なお、図７に示す流れ図では、工程ＳＴ１が最初に一度だけ行われているが、工程ＳＴ１は、各工程の前、又は、二つの工程の間の任意のタイミングで行われてもよい。

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、プリスパッタリングが行われる。このため、工程ＳＴ２では、ヘッド３２が第１領域Ｒ１に配置される。このとき、載置台１６の鉛直方向の位置は、ヘッド３２の下方に当該載置台１６が位置するよう、設定される。また、第１のガス供給部３０から処理容器１２内にガスが供給され、電源２４ａからターゲット２０に電圧が印加される。さらに、マグネット２６ａによって磁界が生成される。また、工程ＳＴ２では、排気装置１４によって空間Ｓが所定の圧力に設定される。例えば、工程ＳＴ２では、電源２４ａからターゲット２０に供給される電力は５０〜１０００Ｗの範囲の電力であり、第１のガス供給部３０のガス流量は１０〜５００ｓｃｃｍの範囲の流量である。また、工程ＳＴ２の処理時間は１〜６０秒の範囲の時間であり得る。なお、工程ＳＴ２では、電源２４ｂによる電圧印加、マグネット２６ｂによる磁界生成、第２のガス供給部３６からの酸化ガスの供給は、停止される。

この工程ＳＴ２では、ターゲット２０の下方に集中するようにプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマ中の正イオンがターゲット２０に衝突することにより、ターゲット２０の表面が削られる。これにより、他の工程中に汚染され得るターゲット２０の表面を除去することが可能となる。したがって、後述する工程ＳＴ３において、汚染が抑制された金属をウエハＷに堆積させることが可能となる。また、工程ＳＴ２では、ウエハＷがヘッド３２によって覆われているので、ウエハＷの汚染を低減又は防止することが可能である。

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、ウエハＷ上への金属の堆積、即ち、金属のスパッタリングが行われる。このため、工程ＳＴ３では、ヘッド３２が第２領域Ｒ２に配置される。このとき、載置台１６の鉛直方向の位置は、金属のスパッタリングに適した位置に設定される。また、駆動機構１８によって載置台１６が回転される。また、第１のガス供給部３０から処理容器１２内にガスが供給され、電源２４ａからターゲット２０に電圧が印加される。さらに、マグネット２６ａによって磁界が生成される。また、工程ＳＴ３では、排気装置１４によって空間Ｓが所定の圧力に設定される。例えば、工程ＳＴ３では、載置台１６の回転数は、３０〜３００ｒｐｍの範囲の回転数であり、電源２４ａからターゲット２０に供給される電力は５０〜１０００Ｗの範囲の電力であり、第１のガス供給部３０のガス流量は１０〜５００ｓｃｃｍの範囲の流量である。また、工程ＳＴ３の処理時間は、０．１ｎｍ〜１ｎｍの範囲の膜厚で金属を堆積させるように設定される。なお、工程ＳＴ３では、電源２４ｂによる電圧印加、マグネット２６ｂによる磁界生成、第２のガス供給部３６からの酸化ガスの供給は、停止される。

この工程ＳＴ３では、ターゲット２０の下方に集中するようにプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマ中の正イオンがターゲット２０に衝突することにより、ターゲット２０の表面から金属が放出され、放出された金属がウエハＷ上に堆積する。

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、ウエハＷ上に堆積した金属の酸化処理が行われる。このため、工程ＳＴ４では、ヘッド３２が第１領域Ｒ１に配置される。このとき、載置台１６の鉛直方向の位置は、ヘッド３２の下方に当該載置台１６が位置するよう、設定される。また、第２のガス供給部３６からヘッド３２に酸化ガスが供給される。また、一実施形態においては、ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給される。さらに、排気装置１４によって空間Ｓが所定の圧力に設定される。工程ＳＴ４では、例えば、載置台１６の回転数は、３０〜３００ｒｐｍの範囲の回転数であり、酸化ガスの流量は、例えば、１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲の流量であり、酸化ガスの温度は、５０〜３００℃の範囲の温度であり得る。また、工程ＳＴ４の処理時間は、１〜３００秒の範囲の時間であり得る。なお、工程ＳＴ４では、電源２４ａ及び２４ｂによる電圧印加、マグネット２６ａ及び２６ｂによる磁界生成、第１のガス供給部３０からのガスの供給は、停止される。

この工程ＳＴ４では、ヘッド３２から載置台１６に向けて噴射される酸化ガスによって、ウエハＷに堆積した金属が酸化される。このように、方法ＭＴでは、同一の処理容器１２内において、金属の堆積と金属の酸化処理を行うことができる。したがって、金属酸化層の成膜に要する時間を短くすることが可能となる。また、一実施形態においては、酸化ガスがヒータＨＴによって加熱されるので、金属の酸化が更に促進され、金属の酸化処理に要する時間を更に短くすることが可能となる。

そして、方法ＭＴでは、工程ＳＴ５における判定が行われる。即ち、工程ＳＴ５において、終了条件が満たされるか否かが判定され、終了条件が満たされる場合には、方法ＭＴが終了し、終了条件が満たされない場合には、工程ＳＴ２〜ＳＴ４の処理が繰り返される。なお、工程ＳＴ２〜ＳＴ４の繰り返し回数が所定回数になる場合に、終了条件が満たされるように構成されていてもよい。

以下、別の実施形態について説明する。図８は、別の実施形態に係る成膜装置を示す図である。図８には、図１と同様に、別の実施形態に係る成膜装置１０Ａの縦断面における構造が示されており、成膜装置１０Ａのヘッドが第１領域に配置された状態が示されている。また、図９は、成膜装置１０Ａのヘッドの動作を示す図であり、成膜装置１０Ａのヘッド３２Ａを上方から視た平面図である。

図８に示す成膜装置１０Ａは、載置台１６ＡにヒータＨＴＡが設けられている点において成膜装置１０と異なっている。このヒータＨＴＡは、ヒータ電源ＨＰＡに接続されている。

また、成膜装置１０Ａは、ヘッド３２Ａにヒータが設けられていない点において成膜装置１０と異なっている。さらに、ヘッド３２Ａにおいては、第２軸線ＡＸ２に直交する方向に複数のガス噴射口３２ａが設けられているが、ヘッドの中心から周縁までの半径上のみにおいて配列されている。また、複数のガス噴射口３２ａは、略一定のピッチで配置されている。

この成膜装置１０Ａを用いて実施することができる成膜方法は、図７に示した方法ＭＴと同様であるが、工程ＳＴ４において、載置台１６Ａが加熱される点に特徴がある。工程ＳＴ４における載置台１６Ａの温度は、酸化させる金属がＭｇの場合には、例えば、６０℃〜２００℃の範囲の温度、より好適には、８０℃〜２００℃の温度に設定される。６０℃以上の温度であれば、Ｍｇの酸化速度を高めることができる。一方、２００℃以下であれば、Ｍｇの蒸発を防止することが可能である。

また、成膜装置１０Ａを用いて実施することができる成膜方法は、工程ＳＴ４において、ヘッド３２Ａを載置台１６Ａ上で移動させる点に特徴がある。具体的には、図９に示すように、軸線ＡＸ１と軸線ＡＸ２を通る直線上に複数のガス噴射口３２ａが沿う位置から、二点鎖線で示す位置までヘッド３２Ａを連続的に、又は、段階的に移動させる。

ここで、図１０を参照する。図１０は、ウエハの半径上の位置と酸化速度との関係を示す図である。図１０において、横軸はウエハの中心から半径方向の位置であり、縦軸は酸化速度を示している。また、図１０の（ａ）には、図９において実線で示される位置にヘッド３２Ａが配置されているときの酸化速度分布が示されており、図１０の（ｂ）には、図９において二点鎖線で示される位置にヘッド３２Ａが配置されているときの酸化速度分布が示されている。

工程ＳＴ４の期間中、載置台１６Ａは回転され、これに伴い、ウエハＷも回転する。したがって、ウエハＷの各位置の周速度は、軸線ＡＸ１からの距離に応じて異なる。即ち、ウエハＷの各位置の周速度は、当該ウエハＷの中心からの径方向の距離の増加に応じて、大きくなる。したがって、図９において実線で示すように、複数のガス噴射口３２ａが軸線ＡＸ１に直交する方向に延在するようにヘッド３２Ａを配置すると、ウエハＷのエッジに近い位置ほど、供給される酸化ガスの量が少なくなる。その結果、図１０の（ａ）に示すように、金属の酸化速度は、ウエハＷのエッジに近いほど小さくなる。一方、図９において二点鎖線で示すようにヘッド３２Ａを配置すると、ウエハＷのエッジに近づくほど、供給される酸化ガスの量が多くなる。その結果、図１０の（ｂ）に示すように、金属の酸化速度は、ウエハＷのエッジに近いほど大きくなる。したがって、工程ＳＴ４において、ヘッド３２Ａの位置を載置台１６Ａ上で移動させることによって、金属の酸化の面内分布を均一に調整することが可能となる。

以下、更に別の実施形態について説明する。図１１は、更に別の実施形態に係る成膜装置を示す図である。図１１には、図８と同様に、更に別の実施形態に係る成膜装置１０Ｂの縦断面における構造が示されており、成膜装置１０Ｂのヘッドが第１領域に配置された状態が示されている。

図１１に示す成膜装置１０Ｂは、加熱機構３７を有する点において成膜装置１０Ａと異なっている。加熱機構３７は、処理容器１２の外部に設けられている。加熱機構３７は、第２のガス供給部３６からヘッド３２Ａに供給される酸化ガスを処理容器１２の外部で加熱するよう構成されている。例えば、加熱機構３７は、第２のガス供給部３６とガスラインＧＬとを接続する配管に取り付けられたヒータであってもよい。この成膜装置１０Ｂによれば、加熱された酸化ガスをヘッド３２Ａに供給することにより、金属の酸化を促進することができ、金属の酸化処理に要する時間をより短くすることが可能である。なお、成膜装置１０Ｂは、ヒータＨＴＡを備えていてもよく、或いは、ヒータＨＴＡを備えていなくてもよい。

この成膜装置１０Ｂを用いて実施することができる成膜方法は、図７に示した方法ＭＴと同様であるが、工程ＳＴ４において、加熱機構３７によって加熱された酸化ガスがヘッド３２Ａに供給される点に特徴を有する。なお、工程ＳＴ４において、加熱機構３７は、酸化ガスを５０〜３００℃の範囲の温度に加熱することができる。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、図５及び図６に示すヘッドでは、隣り合うガス噴射口３２ａの間のピッチは均等であるが、別の例においては、ヘッドの中心から周縁部に近づくにつれて密度が高くなるように、複数のガス噴射口３２ａが設けられていてもよい。この場合には、ウエハＷの全領域に酸化ガスを均一に供給することが可能となる。

また、図８に示す装置は、成膜装置として構成されているが、図８〜図１０を参照して説明した金属の酸化処理に関連する装置構成は、金属のスパッタリング専用の装置とは別の専用の酸化処理装置として用いることも可能である。即ち、このような酸化処理装置は、処理容器１２、排気装置１４、載置台１６Ａ、載置台駆動機構１８、ヘッド３２Ａ、ヘッド駆動機構３４、及び、第２のガス供給部３６を備える専用の装置として構成され得る。また、図１１に示す装置も、同様に、金属のスパッタリング専用の装置とは別の専用の酸化処理装置として用いることも可能である。

また、成膜装置１０Ｂでは、処理容器１２の外部で加熱機構３７によって酸化ガスが加熱されているが、これに代えて、活性化された酸化ガスがヘッド３２Ａに供給されるように構成されていてもよい。一例では、成膜装置１０Ｂには、第２のガス供給部３６から供給される酸化ガスを励起させるプラズマ発生器が設けられていてもよい。この場合には、酸化ガスに由来するラジカルといった活性種がヘッド３２Ａに供給され、当該活性種によって金属が酸化される。また、別の一例では、第２のガス供給部３６がオゾンを供給するように構成されていてもよい。この場合には、オゾンによって金属が酸化される。

１０，１０Ａ…成膜装置、１２…処理容器、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、１４…排気装置、１６，１６Ａ…載置台、ＰＲ…載置領域、１８…載置台駆動機構、２０…金属ターゲット、２２…ターゲット（活性化金属）、２４ａ，２４ｂ…電源、２６ａ，２６ｂ…カソードマグネット、３０…第１のガス供給部、３２，３２Ａ…ヘッド、３２ａ…ガス噴射口、３４…ヘッド駆動機構、３６…第２のガス供給部、ＨＴ，ＨＴＡ…ヒータ、ＡＸ１…第１軸線、ＡＸ２…第２軸線、Ｗ…ウエハ（被処理体）

Claims (17)

1. 処理容器と、
   前記処理容器内を減圧するための排気装置と、
   被処理体を載置するための載置台であり、前記処理容器内に設けられた該載置台と、
   前記載置台の上方に設けられた金属ターゲットと、
   前記処理容器内にガスを供給する第１のガス供給部と、
   前記第１のガス供給部から供給されるガス中の正イオンを前記金属ターゲットに衝突させるための電力を発生する電源と、
   酸化ガスを供給する第２のガス供給部と、
   前記酸化ガスを載置台に向けて噴射するヘッドであり、前記第２のガス供給部に接続された該ヘッドと、
   前記載置台上において被処理体が載置される載置領域と前記金属ターゲットとの間の第１領域と、前記金属ターゲットと前記載置領域との間の空間から離れた第２領域との間で前記ヘッドを移動させるヘッド駆動機構と、
   を備え、
   前記ヘッドは、前記第１領域に配置されている状態で、前記載置領域上に載置された被処理体を覆うように構成されている、
   成膜装置。
2. 前記ヘッドに設けられたヒータを更に備える、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記酸化ガスの温度が５０℃以上３００℃以下の範囲の温度に調整される、請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記載置台に設けられたヒータと、
   鉛直方向に延びる前記載置台の中心軸線である第１軸線中心に該載置台を回転させる載置台駆動機構と、
   を更に備え、
   前記ヘッド駆動機構は、前記載置台の側方において鉛直方向に延在する第２軸線中心に前記ヘッドを軸支しており、
   前記ヘッドには、前記第２軸線に対して直交する方向に配列された複数のガス噴射口が設けられている、
   請求項１に記載の成膜装置。
5. 前記載置台の温度が６０℃以上２００℃以下の範囲の温度に調整される、請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記ヘッドは、前記載置領域よりも大きな平面サイズを有する、請求項１〜５の何れか一項に記載の成膜装置。
7. 前記載置台の上方に設けられた活性化金属製のターゲットを更に備える、請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記活性化金属は、Ｔｉ又はＴａである、請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記金属ターゲットは、Ｍｇターゲットである、請求項１〜８の何れか一項に記載の成膜装置。
10. 請求項１に記載された成膜装置を用いた成膜方法であって、
    前記ヘッドを前記第２領域に配置した状態で、被処理体上に、前記金属ターゲットから放出される金属を堆積させる工程と、
    前記ヘッドを前記第１領域に配置した状態で、前記被処理体に向けて前記ヘッドから前記酸化ガスを噴射して、前記被処理体上に堆積した前記金属を酸化させる工程と、
    を交互に繰り返す、成膜方法。
11. 前記成膜装置は、前記ヘッドに設けられたヒータを更に備え、
    前記金属を酸化させる工程において、前記ヘッドにおいて加熱された前記酸化ガスにより、前記金属を酸化させる、
    請求項１０に記載の成膜方法。
12. 前記成膜装置は、
    前記載置台に設けられたヒータと、
    鉛直方向に延びる前記載置台の中心軸線である第１軸線中心に該載置台を回転させる載置台駆動機構と、
    を更に備え、
    前記ヘッド駆動機構は、前記載置台の側方において鉛直方向に延在する第２軸線中心に前記ヘッドを軸支しており、
    前記ヘッドには、前記第２軸線に対して直交する方向に配列された複数のガス噴射口が設けられており、
    前記金属を酸化させる工程において、前記ヘッドが前記載置台の上方において前記第２軸線中心に移動される、
    請求項１０に記載の成膜方法。
13. 前記ヘッドは、前記載置領域よりも大きな平面サイズを有している、請求項１０〜１２の何れか一項に記載の成膜方法。
14. 前記金属を堆積させる工程を行う前に、前記第１領域に前記ヘッドを配置した状態で、前記金属ターゲットに正イオンを衝突させる工程を更に含む、請求項１３に記載の成膜方法。
15. 前記成膜装置は、前記載置台の上方に設けられた活性化金属製のターゲットを更に備え、
    最初に前記金属を堆積させる工程を行う前に、前記第１領域に前記ヘッドを配置した状態で前記活性化金属製のターゲットに正イオンを衝突させる工程を更に含む、
    請求項１３又は１４に記載の成膜方法。
16. 前記活性化金属は、Ｔｉ又はＴａである、請求項１５に記載の成膜方法。
17. 前記金属ターゲットは、Ｍｇターゲットである、請求項１０〜１６の何れか一項に記載の成膜方法。

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