JP2018076561A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる成膜方法及び成膜装置を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る成膜方法は、真空槽内にトレンチ等が設けられた基板とターゲット材とを対向させ、前記ターゲット材をスパッタリングすることにより、前記トレンチ等内と、前記トレンチ等外の前記基板の表面とに成膜層が形成されることを含む。前記基板の中心よりも前記基板の外周が強い磁場が磁気コイルによって発生させながら前記真空槽内にプラズマを発生させることにより、前記トレンチ等の底面及び前記トレンチ等外の前記基板の前記表面に形成された前記成膜層がエッチバックされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。

近年の微細化プロセスの進展に伴い、基板に高アスペクト比のトレンチまたは孔（以下、トレンチ等）を形成し、このトレンチ等内にカバレッジが良好な層を成膜する技術が要求されている。このような状況の中、いわゆるマグネトロンスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲットと被処理体の間に磁力線を発生させる磁気コイルを用いることで良好な被覆性が得られることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２０１１／００７８３４号公報

しかし、このような技術においては、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になることが求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる成膜方法及び成膜装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、真空槽内にトレンチ等が設けられた基板とターゲット材とを対向させ、前記ターゲット材をスパッタリングすることにより、前記トレンチ等内と、前記トレンチ等外の前記基板の表面とに成膜層が形成されることを含む。
前記基板の中心よりも前記基板の外周が強い磁場が磁気コイルによって発生させながら前記真空槽内にプラズマを発生させることにより、前記トレンチ等の底面及び前記トレンチ等外の前記基板の前記表面に形成された前記成膜層がエッチバックされる。
これにより、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

上記の成膜方法において、前記成膜層は、前記基板の周りに配置された環状の導電体が前記基板を支持する支持台に電気的に接続された状態でエッチバックされてもよい。
これにより、成膜層がエッチバックされるときには基板の外周における電解集中が緩和されて、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

上記の成膜方法において、前記導電体は、前記基板よりも前記ターゲット材に向かって突出された状態で配置されてもよい。
これにより、成膜層がエッチバックされるときには基板の外周における電解集中がより緩和されて、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

上記の成膜方法において、前記ターゲット材は、ＶＨＦ電源によって発生させたプラズマによりスパッタリングされてもよい。
これにより、高圧高密度プラズマによるスパッタ成膜が可能になり、基板の面内において、トレンチ等内における成膜層の厚さがより均一になる。

上記の成膜方法において、前記成膜層は、前記基板にバイアス電位が印加されながら前記基板に形成されてもよい。
これにより、高圧高密度プラズマ中のイオン成分の方向が基板に対してより垂直になり、基板の面内において、トレンチ等内における成膜層の厚さがより均一になる。

本発明の一形態に係る成膜方法は、真空槽と、支持台と、ターゲット材と、第１のプラズマ発生源と、第２のプラズマ発生源と、磁気コイルとを具備する。
前記真空槽は、減圧状態を維持することができる。
前記支持台は、前記真空槽内に設けられ、基板を支持することができる。
前記真空槽内に設けられ、前記支持台に対して対向して配置された前記ターゲット材と、
前記第１のプラズマ発生源は、前記ターゲット材をスパッタリングすることにより前記基板に成膜層を形成することができる。
前記第２のプラズマ発生源は、前記真空槽内にプラズマを発生させることにより、前記基板に形成された前記成膜層をエッチバックすることができる。
前記磁気コイルは、前記成膜層がエッチバックされているときに、前記基板の中心よりも前記基板の外周が強い磁場を発生させることができる。
これにより、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

上記の成膜装置において、前記基板から前記ターゲット材に向かう方向において、前記磁気コイルの長さは、前記基板と前記ターゲット材との間の距離以上でもよい。
これにより、真空槽内におけるプラズマが基板の中心から外周に向かってより広がり、エッチバック後における基板の面内における成膜層の厚さがより均一になる。

上記の成膜装置は、環状の導電体と、ガード部材と、絶縁体と、リング部材とをさらに具備する。
前記環状の導電体は、前記基板の周りに配置され、前記支持台に電気的に接続されてもよい。
前記ガード部材は、前記支持台の周りに配置され、接地電位に接続されてもよい。
前記絶縁体は、前記ガード部材上に配置されてもよい。
前記リング部材は、前記導電体の周りに配置され、前記絶縁体上に配置されてもよい。
これにより、成膜層がエッチバックされるときには基板の外周における電解集中が緩和されて、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

上記の成膜装置において、前記導電体は、前記基板よりも前記ターゲット材に向かって突出するように構成されてもよい。
これにより、成膜層がエッチバックされるときには基板の外周における電解集中がより緩和されて、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

以上述べたように、本発明によれば、基板の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに、基板の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

図Ａは、本実施形態に係る成膜方法に適用される成膜装置の概略構成図である。図Ｂは、図Ａの矢印Ｐで示す部分の概略構成図である。 本実施形態に係る成膜方法の概略的なフロー図である。 図Ａは、比較例に係る成膜装置の概略構成図である。図Ｂは、図Ａの矢印Ｐで示す部分の概略構成図である。 図Ａは、比較例に係る成膜装置を用い、基板上にスパッタリングにより成膜層を形成した場合の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。図Ｂは、比較例に係る成膜装置を用い、成膜層にエッチバックを行った後の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。 図Ａは、比較例に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの真空槽内に形成されるプラズマを示す概略構成図である。図Ｂは、比較例に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの基板外周における電界集中の様子を示す概略構成図である。 図Ａは、比較例に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板中心のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。図Ｂは、比較例に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板外周のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。 図Ａは、本実施形態に係る成膜装置を用い、基板上にスパッタリングにより成膜層を形成した場合の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。図Ｂは、本実施形態に係る成膜装置を用い、成膜層にエッチバックを行った後の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。 図Ａは、本実施形態に係る成膜装置の磁気コイルに電流を通電させた場合の真空槽内における磁場の様子を示す概略構成図である。図Ｂは、磁気コイルに電流を通電させた場合のプラズマ形成空間のＺ軸方向における磁場の強さの分布を示す概略グラフ図である。 図Ａは、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの真空槽内に形成されるプラズマを示す概略構成図である。図Ｂは、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの基板外周における電界集中の様子を示す概略構成図である。 図Ａは、本実施形態に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板中心のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。図Ｂは、本実施形態に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板外周のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。 本実施形態に係る成膜装置の変形例の概略構成図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。

［成膜装置］
図１Ａは、本実施形態に係る成膜方法に適用される成膜装置の概略構成図である。図１Ｂは、図１Ａの矢印Ｐで示す部分の概略構成図である。

図１Ａに示す成膜装置１は、真空槽１０と、支持台２０と、ターゲット材３０と、ホルダ（バッキングプレート）３１と、プラズマ発生源（第１のプラズマ発生源）４０と、プラズマ発生源（第２のプラズマ発生源）５０と、磁気コイル６０とを具備する。さらに、成膜装置１は、導電体７０と、ガード部材８０と、リング部材９０と、絶縁体９１と、を具備する。

真空槽１０は、減圧状態を維持可能な容器である。真空槽１０には、例えば、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ（不図示）が接続されている。この真空ポンプによって真空槽１０内の雰囲気が所定の圧力に維持される。真空槽１０の側壁１０ｗには、ガス供給源１５が設置されている。ガス供給源１５は、真空槽１０内にプラズマ放電用のガスを供給する。このガスは、例えば、不活性ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ等）である。また、ガス供給源１５には、ガス流量を調整するガス流量計が設置されてもよい。また、真空槽１０には、真空槽１０内の圧力を計測する圧力計が設置されてもよい。

支持台２０は、真空槽１０内に設置されている。処理対象の基板Ｓ１は、支持台２０によって支持される。支持台２０は、例えば、金属を含む構成を有する。支持台２０において、基板Ｓ１が載置される載置面２０ａは、導電体でもよく、絶縁体でもよい。例えば、支持台２０において、載置面２０ａには、静電チャックが設置されてもよい。また、支持台２０には、導電体７０を支持する別の載置面２０ｂが設けられている。載置面２０ｂは、環状であり、載置面２０ａの周りに設けられている。載置面２０ｂは、載置面２０ａより低い位置に設けられている。基板Ｓ１の外周は、載置面２０ｂにまで突出している。また、支持台２０には、基板Ｓ１を所定温度に冷却または加熱する温度調節機構が内蔵されてもよい。

基板Ｓ１は、例えば、半導体基板、絶縁基板、金属基板等のいずれかである。半導体基板は、シリコンウェーハ、絶縁膜が表面に形成されたシリコンウェーハ等である。絶縁膜は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物等である。基板Ｓ１の径は、例えば、１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。但し、基板Ｓ１の径は、この例に限らない。また、絶縁基板は、ガラス基板、石英基板等である。

ターゲット材３０は、真空槽１０内に設けられている。ターゲット材３０は、支持台２０に対して対向するように配置されている。例えば、基板Ｓ１とターゲット材３０との間の距離（Ｔ／Ｓ距離）は、４０ｍｍ以上６００ｍｍ以下である。基板Ｓ１とターゲット材３０との間の距離は、基板Ｓ１と保護板１６との間の距離よりも短い。ターゲット材３０は、基板Ｓ１に形成される成膜層の組成に応じて、その材料が適宜選択される。例えば、ターゲット材３０の材料は、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはタンタル（Ｔａ）等の少なくともいずれかを含む。ターゲット材３０においては、そのスパッタ面３０ｓの面積が基板Ｓ１の面積より大きくなるように構成されている。また、ターゲット材３０の平面形状は、基板Ｓ１の平面形状に対応させて適宜調整される。

ホルダ３１は、ターゲット材３０を支持する。ホルダ３１は、絶縁体３７を介して真空槽１０に設置されている。ホルダ３１は、その内部において、ターゲット材３０に平行に配置されたヨーク３２と、ヨーク３２の下面に設けられた磁石３３、３４とを有する。磁石３３、３４は、ターゲット材３０のスパッタ面３０ｓとは反対側に配置されている。例えば、図１Ａの例では、磁石３３においてＮ極がターゲット材３０に対向し、Ｓ極がヨーク３２に対向するように配置されている。一方、磁石３４においてＳ極がターゲット材３０に対向し、Ｎ極がヨーク３２に対向するように配置されている。これにより、ターゲット材３０のスパッタ面３０ｓの付近には、磁石３３のＮ極から磁石３４のＳ極に向かう磁場が形成される。

磁石３３、３４の形状、個数は、放電の安定性、基板Ｓ１の成膜層の面内分布またはターゲット材３０の使用効率向上の観点から適宜調整される。例えば、図１Ａの例では、磁石３３、３４の形状としては、薄片形状のものが示されている。磁石３３、３４の形状としては、棒形状であってもよく、薄片形状と棒形状とを組み合わせた形状でもよい。さらに、また、ヨーク３２は、軸部３８を介してモータ３９に接続されている。これにより、軸部３８を中心に、磁石３３、３４をホルダ３１内で回転させることができる。

プラズマ発生源４０（第１のプラズマ発生源）は、ターゲット材３０をスパッタリングすることにより基板Ｓ１に成膜層を形成することができる。例えば、プラズマ発生源４０は、高周波電源４１と、直流電源４２と、整合回路４３とを有する。プラズマ発生源４０は、ホルダ３１に接続されている。整合回路４３は、ホルダ３１と高周波電源４１との間に設置される。高周波電源４１は、ホルダ３１を介してターゲット材３０に電力を供給する。高周波電源４１は、例えば、ＶＨＦ電源（周波数：６０ＭＨｚ）である。高周波電源４１は、ＲＦ電源でもよい。

例えば、真空槽１０内にＡｒガスが導入され、ターゲット材３０に高周波電源４１から所定の電力が投入されると、容量結合方式により真空槽１０内のプラズマ形成空間１０ｐにプラズマが発生する。高周波電源４１としてＶＨＦ電源を用いたことにより、プラズマ形成空間１０ｐには、高圧（例えば、１０Ｐａ以上３０Ｐａ以下）で高密度のプラズマ（以下、高圧高密度プラズマ）が発生する。但し、圧力は、１０Ｐａ以下であってもよい。また、プラズマ形成空間１０ｐに高密度のプラズマが発生することにより、基板Ｓ１に対して自己バイアス電位が印加されやすくなる。また、基板Ｓ１に印加する電圧は、高周波電源５０によって調整してもよい。

プラズマ中のＡｒイオンがスパッタ面３０ｓに衝突し、スパッタ面３０ｓがＡｒイオンによりスパッタリングされると、スパッタ面３０ｓから基板Ｓ１に向かってスパッタ粒子が飛散する。これにより、基板Ｓ１には、成膜層が形成される。この場合、成膜装置１は、基板Ｓ１上に成膜層を形成する成膜装置として機能する。また、このプラズマは、高圧高密度プラズマであるため、プラズマ中には正電荷を有するイオンが多く発生している。さらに、基板Ｓ１には、高周波電源５０によってバイアス電位を印加することができる。

これにより、イオンの飛散する方向が基板Ｓ１に対して垂直になりやすくなり、基板Ｓ１の全面において厚さが実質的に均一な成膜層が形成される。さらに、基板Ｓ１の全面において微細なトレンチ等（アスペクト比：４以上）に良好な被覆性で成膜層が形成される。この成膜層は、一例として、鍍金層のシード層として利用することができる。なお、ターゲット材３０のスパッタリング効率を上昇させるために、直流電源４２によってターゲット材３０に所定の負の電位を印加してもよい。また、プラズマ発生源４０は、容量結合方式のプラズマ源に限らず、誘導結合方式のプラズマ源でもよい。

プラズマ発生源５０（第２のプラズマ発生源）は、真空槽１０内にプラズマを発生させることにより、基板Ｓ１に形成された成膜層をエッチバックすることができる。プラズマ発生源５０は、高周波電源５０を有する。高周波電源５０は、例えば、ＲＦ電源（周波数：１３．５６ＭＨｚ）である。高周波電源５０は、ＶＨＦ電源でもよい。このプラズマは、容量結合方式により形成される。

高周波電源５０は、支持台２０に接続されている。高周波電源５０は、支持台２０を介して基板Ｓ１に電力を供給することができる。真空槽１０内に、例えば、Ａｒガスが導入されて、プラズマ発生源５０によってプラズマ形成空間１０ｐにプラズマが発生すると、基板Ｓ１に形成された成膜層がプラズマによってエッチバックされる。この場合、成膜装置１は、基板Ｓ１に形成された成膜層を除去するエッチング装置として機能する。なお、本実施形態において、エッチバックとは、成膜層の全領域において、成膜層の表面から成膜層の少なくとも一部をエッチングにより除去する意味で用いられる。但し、成膜層の一部の領域を例えばマスク層から露出させて、成膜層の表面からこの一部における成膜層を選択的にエッチングすることもエッチバックとして意味する場合もある。

磁気コイル６０は、例えば、真空槽１０の外周を旋回している。磁気コイル６０は、螺旋状の導線であって、この導線がコイル支持体（不図示）に支持されている。磁気コイル６０は、真空槽１０に接近させて配置される。磁気コイル６０は、真空槽１０の内側に配置してもよい。例えば、磁気コイル６０は、成膜層がエッチバックされているときに、基板Ｓ１の中心よりも基板Ｓ１の外周が強い磁場を発生させることができる。これにより、真空槽１０内において、基板Ｓ１とターゲット材３０との間において発生するプラズマが基板Ｓ１の中心から外周に向かってより広がる。この結果、エッチング中の基板Ｓ１の面内における成膜層のエッチング速度がより均一になり、エッチバック後において、基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さがより均一になる。

磁気コイル６０においては、例えば、基板Ｓ１からターゲット材３０に向かう方向（Ｚ軸方向）において、その長さが基板Ｓ１とターゲット材３０との間の距離以上になるように構成されている。これにより、プラズマ形成空間１０ｐに満遍なく磁場を発生することができる。

磁気コイル６０には、電流を通電させることが可能な電源（不図示）が接続されている。この電源は、磁気コイル６０に供給される電流値及び電流の向きを任意に変更できる。例えば、成膜装置１においては、基板Ｓ１からターゲット材３０に向かう方向に磁場（電流磁場）を発生させたり、ターゲット材３０から基板Ｓ１に向かう方向に磁場を発生させたりすることができる。磁気コイル６０が真空槽１０の外周を旋回する巻き数、径は図示する数に限らない。磁気コイル６０の巻き数、径は、例えば、ターゲット材３０の寸法、ターゲット材３０と基板Ｓ１の間の距離等に応じて適宜設定される。

導電体７０は、環状の導体であり、基板Ｓ１の周りに配置される。導電体７０は、基板Ｓ１と離間して支持台２０の載置面２０ｂ上に設置されている。導電体７０は、支持台２０に電気的に接続されている。すなわち、導電体７０の電位は、支持台２０の電位と同電位になることができる。

導電体７０は、載置面２０ｂに接する第１導電体７０ａと、第１導電体７０ａ上に設けられた第２導電体７０ｂとを有する（図１Ｂ）。Ｘ軸方向（または、Ｙ軸方向）において、第２導電体７０ｂの幅は、第１導電体７０ａの幅よりも狭い。第２導電体７０ｂの上端７０ｔは、例えば、基板Ｓ１の成膜面Ｓ１ｄと同じ高さに位置する。基板Ｓ１の外周は、第１導電体７０ａ上に位置する。

ガード部材８０は、支持台２０の周りに配置されている。ガード部材８０は、例えば、金属を含む構成を有する。ガード部材８０は、接地電位に接続されている。ガード部材８０は、支持台２０と離間して設けられている。ガード部材８０の上端８０ｔは、例えば、支持台２０の載置面２０ｂと同じ高さに位置する。

リング部材９０は、環状の導体であり、導電体７０の周りに配置されている。リング部材９０は、絶縁体９１上に配置されている。リング部材９０は、導電体７０と離間して設けられている。これにより、リング部材９０の電位は、電気的に浮遊している。

リング部材９０は、絶縁体９１に接する第１リング部材９０ａと、第１リング部材９０ａ上に設けられた第２リング部材９０ｂとを有する。Ｘ軸方向（または、Ｙ軸方向）において、第２リング部材９０ｂの幅は、第１リング部材９０ａの幅よりも広い。第２リング部材９０ｂの上端９０ｔは、例えば、第２導電体７０ｂの上端７０ｔと同じ高さに位置する。第２リング部材９０ｂの一部は、第２導電体７０ｂ上に位置する。

絶縁体９１は、ガード部材８０上に配置されている。絶縁体９１は、例えば、導電体７０の周りに配置されている。絶縁体９１は、リング部材９０とガード部材８０との間に配置されている。また、成膜装置１においては、プラズマ形成空間１０ｐ及びリング部材９０は、保護板１６によって囲まれている。保護板１６は、接地電位に接続されている。

成膜装置１においては、基板Ｓ１の周りに、支持台２０に電気的に接続された導電体７０が設けられている。これにより、成膜層がエッチバックされるときには基板Ｓ１の外周における電解集中が緩和される。これにより、エッチバック後における基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さがさらに均一になり、さらには、基板Ｓ１の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

図２は、本実施形態に係る成膜方法の概略的なフロー図である。
例えば、本実施形態では、真空槽１０内にトレンチ等が設けられた基板Ｓ１とターゲット材３０とを対向させる。そして、ターゲット材３０をプラズマ発生源４０によってスパッタリングすることにより、トレンチ等内と、トレンチ等外の基板Ｓ１の表面とに成膜層が形成される（ステップＳ１０）。

次に、基板Ｓ１の中心よりも基板Ｓ１の外周が強い磁場を磁気コイル６０によって発生させる。そして、真空槽１０内にプラズマ発生源５０によりプラズマを発生させることにより、トレンチ等の底面及びトレンチ等外の基板Ｓ１の表面に形成された成膜層がエッチバックされる（ステップＳ２０）。
これにより、エッチバック後における基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さがより均一になり、さらに基板Ｓ１の面内におけるトレンチ等における成膜層のカバレッジの状態がより均一になる。

上記の図２のフローをより具体的に説明する前に、比較例に係る成膜装置を説明する。
図３Ａは、比較例に係る成膜装置の概略構成図である。図３Ｂは、図３Ａの矢印Ｐで示す部分の概略構成図である。

比較例に係る成膜装置５においては、上記の磁気コイル６０及び導電体７０が設けられていない（図３Ａ）。また、成膜装置５においては、絶縁体９１上に設けられたリング部材９５が基板Ｓ１に接近している（図３Ｂ）。例えば、リング部材９５は、その一部が支持台２０の載置面２０ｂ上に延在し、基板Ｓ１の外周に接近して設けられている。リング部材９５の電位は、電気的に浮遊電位にある。リング部材９５の上端９５ｔは、例えば、基板Ｓ１の成膜面Ｓ１ｄと同じ高さに位置している。

図４Ａは、比較例に係る成膜装置を用い、基板上にスパッタリングにより成膜層を形成した場合の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。図４Ｂは、比較例に係る成膜装置を用い、成膜層にエッチバックを行った後の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。ここで、図４Ａ、Ｂの横軸には、基板Ｓ１の中心と外周の位置が示され、縦軸には成膜層の厚さ（規格値）が示されている。

図４Ａに示すように、成膜装置５を用いてスパッタリングにより基板Ｓ１上に成膜層を形成した場合は、基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さが実質的に均一になり、基板Ｓ１の中心における成膜層の厚さと、基板Ｓ１の外周における成膜層の厚さとが実質的に同じになる。これは、基板Ｓ１上に形成される成膜層の厚さが実質的に均一になるように、ホルダ３１内の磁石３３、３４を適宜配置したこと、または、高圧高密度プラズマを用いて基板Ｓ１にバイアスを印加しながら成膜層を形成したこと等に因る。

しかし、成膜装置５を用いて成膜層にエッチバックを施すと、基板Ｓ１の中心におけるエッチング速度と、基板Ｓ１の外周におけるエッチング速度とが相対的に速くなる。この結果、エッチバック後の成膜層の厚さは、基板Ｓ１の中心と、基板Ｓ１の外周とにおいて相対的に薄くなる（図４Ｂ）。この理由を図５Ａ、Ｂを用いて説明する。

図５Ａは、比較例に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの真空槽内に形成されるプラズマを示す概略構成図である。図５Ｂは、比較例に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの基板外周における電界集中の様子を示す概略構成図である。

図５Ａに示すように、成膜装置５を用いて成膜層にエッチバックを施しているときには、例えば、プラズマ発生源５０によりプラズマ１１がプラズマ形成空間１０ｐに形成される。ここで、基板Ｓ１とターゲット材３０との間の距離は、基板Ｓ１と保護板１６との間の距離よりも短い。これにより、プラズマ１１の密度は、基板Ｓ１の中心上において相対的に高くなり、エッチング速度が基板Ｓ１の中心において相対的に速くなる。

また、エッチバック時には、基板Ｓ１に自己バイアスが印加されている。さらに、成膜装置５においては、浮遊電位であるリング部材９５が基板Ｓ１の外周に接近している。これにより、エッチバック時には、図５Ｂに示すように、電界が基板Ｓ１の外周に集中しやすくなる。これは、リング部材９５によって支持台２０の載置面２０ｂに向かう電界が遮蔽され、この電界が基板Ｓ１の外周に集中するからである。例えば、図５Ｂには、エッチバック時の基板Ｓ１に向かう電界が矢印Ｅ５として表されている。これにより、成膜装置５においては、電束密度が高くなった基板Ｓ１の外周においてもプラズマが集中し、エッチング速度が相対的に速くなる。

このように、成膜装置５においては、基板Ｓ１の中心におけるエッチング速度と、基板Ｓ１の外周におけるエッチング速度とが相対的に速くなり、エッチバック後において、基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さが不均一になりやすい。

さらに、成膜装置５においては、エッチバック後において、基板Ｓ１の外周に形成されたトレンチ等内における成膜層の厚さが非対称になる。この理由を次の図６Ａ、Ｂを用いて説明する。

図６Ａは、比較例に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板中心のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。図６Ｂは、比較例に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板外周のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。図６Ａ、Ｂにおいては、左にエッチバック前の成膜層が示され、右にエッチバック後の成膜層が示されている。

まず、基板Ｓ１の中心におけるトレンチＳ１ｔ内におけるエッチバック前後の成膜層１００の変化を説明する。

例えば、真空槽１０にＡｒガスを供給し、プラズマ発生源４０によって、ターゲット材３０に電力を供給する。ターゲット材３０は、例えば、銅ターゲットとする。さらに、高周波電源５０によって、基板Ｓ１にはバイアス電位が供給される。これにより、ターゲット材３０がスパッタリングされて、トレンチＳ１ｔ内と、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに成膜層１００が形成される（図６Ａ左図）。成膜層１００は、例えば、銅（Ｃｕ）を含む。

銅イオンは、基板Ｓ１に対して垂直に入射しやすくなっている。これにより、基板Ｓ１の表面Ｓ１ｕ及びトレンチＳ１ｔ内には良好な被覆性で成膜層１００が形成される。ここで、トレンチＳ１ｔの側面Ｓ１ｗに形成される成膜層１００の厚さは、基板Ｓ１の表面Ｓ１ｕ及びトレンチＳ１ｔの底面Ｓ１ｂに形成される成膜層１００の厚さよりも薄くなる。これは、トレンチＳ１ｔの側面Ｓ１ｗは、銅イオンの飛散する方向に対して平行に近いためである。

次に、図６Ａ右図に示すように、成膜層１００にエッチバックを施す。例えば、真空槽１０にＡｒガスを供給し、プラズマ発生源５０によって、基板Ｓ１に電力を供給する。これにより、基板Ｓ１の表面には、Ａｒガスプラズマが発生する。ここで、基板Ｓ１の中心付近では、基板Ｓ１に印加されたバイアス電位によりプラズマ中のＡｒイオンが基板Ｓ１に対して垂直に入射しやすくなっている。これにより、トレンチＳ１ｔ内の底面Ｓ１ｂと、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに形成された成膜層１００がＡｒイオンによって優先的にエッチバックされる。

ここで、トレンチＳ１ｔの側面Ｓ１ｗには、底面Ｓ１ｂに形成された成膜層１００がリスパッタリングされて、底面Ｓ１ｂに形成された成膜層１００の一部が再び成膜される。すなわち、エッチバック後においては、トレンチＳ１ｔの底面Ｓ１ｂ及びトレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕに形成された成膜層１００の厚さが減り、トレンチＳ１ｔの側面Ｓ１ｗに形成された成膜層１００の厚さが増える。これにより、トレンチＳ１ｔ内と、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに形成される成膜層１００の厚さが実質的に均一になる。また、トレンチＳ１ｔ内における成膜層１００の厚さは、対称になる。

次に、基板Ｓ１の外周におけるトレンチＳ１ｔ内におけるエッチバック前後の成膜層１００の変化を説明する。

例えば、スパッタリングによる成膜では、基板Ｓ１の外周においても、図６Ａ左図と略同じ形状の成膜層１００が形成される（図６Ｂ左図）。

次に、図６Ｂ右図に示すように、成膜層１００にエッチバックを施す。ここで、基板Ｓ１の外周においては、基板Ｓ１に対して斜めに入射する電界Ｅ５が集中している（図５Ｂ）。これにより、基板Ｓ１の外周においては、Ａｒイオンの飛散する方向が電界Ｅ５の影響を受けて斜めになっている。この結果、一方の側面Ｓ１ｗに形成された成膜層１００が優先的にエッチングされる。このように、成膜装置５では、基板Ｓ１の外周では、エッチバック後において、トレンチＳ１ｔ内における成膜層１００の厚さが非対称になる。

これに対して、本実施形態に係る成膜装置１を用いた成膜方法を以下に説明する。

図７Ａは、本実施形態に係る成膜装置を用い、基板上にスパッタリングにより成膜層を形成した場合の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。図７Ｂは、本実施形態に係る成膜装置を用い、成膜層にエッチバックを行った後の基板面内における成膜層の厚さ分布を示す概略グラフ図である。ここで、図７Ａ、Ｂの縦軸には、成膜層の厚さ（規格値）が示されている。

図７Ａに示すように、成膜装置１を用いてスパッタリングにより基板Ｓ１上に成膜層を形成した場合は、基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さが実質的に均一になり、基板Ｓ１の中心における成膜層の厚さと、基板Ｓ１の外周における成膜層の厚さとが実質的に同じになる。この理由は、図４Ａを例に説明した理由と同じである。スパッタリング条件は、一例として、高周波電源（ＶＨＦ電源）４１：５ｋＷ、直流電源４２：３．２ｋＷ、高周波電源（ＲＦ電源）５０：１００Ｗ、ターゲット材３０：銅ターゲット、放電ガス：アルゴンである。

さらに、成膜装置１を用いて成膜層にエッチバックを施すと、基板Ｓ１の面内におけるエッチング速度がより均一になり、基板Ｓ１の中心におけるエッチング速度と、基板Ｓ１の外周におけるエッチング速度とがより均一になる。この結果、エッチバック後において、成膜層の厚さは、基板Ｓ１の中心と、基板Ｓ１の外周とにおいてより均一になる（図７Ｂ）。この理由を図８Ａ〜図９Ｂにより説明する。

図８Ａは、本実施形態に係る成膜装置の磁気コイルに電流を通電させた場合の真空槽内における磁場の様子を示す概略構成図である。図８Ｂは、磁気コイルに電流を通電させた場合のプラズマ形成空間のＺ軸方向における磁場の強さの分布を示す概略グラフ図である。ここで、図８Ｂの縦軸には、磁場（Ｂｚ）の強さ（規格値）が示されている。

真空槽１０の周りに配置された磁気コイル６０に所定の電流を通電すると、プラズマ形成空間１０ｐに基板Ｓ１からターゲット材３０に向かう磁場（Ｂｚ）が発生する（図８Ａ）。この磁場は、例えば、成膜層１００にエッチバックを施しているときに発生させる。成膜時には、磁気コイル６０による磁場は発生させない。磁場の向きは、ターゲット材３０から基板Ｓ１に向かってもよい。プラズマ形成空間１０ｐにおける磁場の平均的な強さは、例えば、１ｍＴ以上１０ｍＴ以下である。である。但し、磁場の強さは、例えば、基板Ｓ１の中心から保護板１６に向かうほど強くなるように設定される（図８Ｂ）。

図９Ａは、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの真空槽内に形成されるプラズマを示す概略構成図である。図９Ｂは、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜層にエッチバックを施しているときの基板外周における電界集中の様子を示す概略構成図である。エッチング条件は、一例として、高周波電源５０（ＲＦ電源）：１．２ｋＷ、放電ガス：アルゴン、磁気コイル：６Ａである。

図９Ａに示すように、成膜装置１を用いて成膜層にエッチバックを施しているときには、例えば、プラズマ発生源５０によりプラズマ１２がプラズマ形成空間１０ｐに形成される。さらに、磁気コイル６０によってプラズマ形成空間１０ｐに基板Ｓ１からターゲット材３０に向かう磁場が印加される。これにより、プラズマ１２は、比較例で形成されたプラズマ１１よりも基板Ｓ１の中心から保護板１６に向かって広がる。これにより、プラズマ１２の密度は、基板Ｓ１の全面上においてより均一になる。

さらに、成膜装置１においては、支持台２０に接続された導電体７０が基板Ｓ１の外周に接近している。これにより、エッチバック時には、図９Ｂに示すように、導電体７０の外周７０ｅに電界が集中しやすくなる。例えば、支持台２０の載置面２０ｂに向かう電界は、リング部材９５によって遮蔽され、電界が導電体７０の外周７０ｅに集中する。図９Ｂには、エッチバック時の基板Ｓ１及び導電体７０に向かう電界が矢印Ｅ１として表されている。換言すれば、成膜装置１においては、基板Ｓ１の外周に集中する電界が緩和されて、基板Ｓ１の外周にプラズマが集中する現象も抑制される。

これにより、成膜装置１においては、基板Ｓ１の面内におけるエッチング速度がより均一になり、基板Ｓ１の中心におけるエッチング速度と、基板Ｓ１の外周におけるエッチング速度とがより均一になる。この結果、エッチバック後において、基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さがより均一になる（図７Ｂ）。

さらに、成膜装置１においては、エッチバック後において、基板Ｓ１の外周に形成されたトレンチ等内における成膜層の厚さがより対称になる。この理由を次の図１０Ａ、Ｂを用いて説明する。

図１０Ａは、本実施形態に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板中心のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。図１０Ｂは、本実施形態に係る成膜装置を用いてエッチバックを行う前とエッチバックを行った後において、基板外周のトレンチ内における成膜層を示す概略構成図である。図１０Ａ、Ｂにおいては、左にエッチバック前の成膜層が示され、右にエッチバック後の成膜層が示されている。

まず、基板Ｓ１の中心におけるトレンチＳ１ｔ内におけるエッチバック前後の成膜層１００の変化を説明する。トレンチＳ１ｔの深さは、一例として、２００ｎｍ、底面Ｓ１ｂの幅は、４５ｎｍである。

例えば、ターゲット材３０をスパッタリングすることにより、トレンチＳ１ｔ内と、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに成膜層１００が形成される（図１０Ａ左図）。上述したように、基板Ｓ１の表面Ｓ１ｕ及びトレンチＳ１ｔ内には良好な被覆性で成膜層１００が形成される。また、トレンチＳ１ｔの側面Ｓ１ｗに形成される成膜層１００の厚さは、基板Ｓ１の表面Ｓ１ｕ及びトレンチＳ１ｔの底面Ｓ１ｂに形成される成膜層１００の厚さよりも薄くなる。

次に、図１０Ａ右図に示すように、成膜層１００にエッチバックを施す。上述したように、Ａｒイオンによって、トレンチＳ１ｔ内の底面Ｓ１ｂと、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに形成された成膜層１００が優先的にエッチバックされる。また、トレンチＳ１ｔの側面Ｓ１ｗに形成された成膜層１００上には、底面Ｓ１ｂに形成された成膜層１００の一部がリスパッタリングにより成膜される。これにより、トレンチＳ１ｔ内と、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに形成される成膜層１００の厚さが実質的に均一になる。また、トレンチＳ１ｔ内における成膜層１００の厚さは、対称になる。

次に、基板Ｓ１の外周におけるトレンチＳ１ｔ内におけるエッチバック前後の成膜層１００の変化を説明する。

例えば、スパッタリングによる成膜では、基板Ｓ１の外周においても、図１０Ａ左図と略同じ形状の成膜層１００が形成される（図１０Ｂ左図）。

次に、図１０Ｂ右図に示すように、成膜層１００にエッチバックを施す。ここで、成膜装置１では、基板Ｓ１の外周に、支持台２０に接続された導電体７０が設けられ、この導電体７０に電界Ｅ１を集中させる（図９Ｂ）。これにより、基板Ｓ１の外周においては、基板Ｓ１の中心と同様に、Ａｒイオンの飛散する方向が基板Ｓ１に対して垂直になりやすくなる。この結果、基板Ｓ１の外周においても、トレンチＳ１ｔ内と、トレンチＳ１ｔ外の基板Ｓ１の表面（上面）Ｓ１ｕとに形成される成膜層１００の厚さが実質的に均一になる。また、基板Ｓ１の中心と同様にトレンチＳ１ｔ内における成膜層１００の厚さがより対称になる。すなわち、成膜装置１を用いれば、基板Ｓ１の面内におけるトレンチＳ１ｔにおける成膜層１００のカバレッジの状態がより均一になる。

また、成膜装置１を用いた成膜方法では、トレンチＳ１ｔ内における成膜層１００の厚さを調整するために、基板Ｓ１に対しての成膜工程と、エッチング工程とが交互に繰り返されてもよい。なお、上記の例では、トレンチＳ１ｔが例示されたが、基板Ｓ１に形成された孔に対しても、トレンチＳ１ｔと同様の効果が得られる。

［成膜装置の変形例］
図１１は、本実施形態に係る成膜装置の変形例の概略構成図である。図１１は、図１Ａの矢印Ｐで示す部分に対応した場所が例示されている。

成膜装置２においては、支持台２０に接続された導電体７０が基板Ｓ１よりもターゲット材３０に向かって突出するように構成されている。例えば、導電体７０の上端７０ｔは、基板Ｓ１の成膜面Ｓ１ｄ及びリング部材９０の上端９０ｔよりも０．５ｍｍ以上３ｍｍ高い位置に位置する。また、導電体７０の上端７０ｔは、平坦に限らず、曲面、三角状であってもよい。

これにより、エッチバック時には、導電体７０の外周７０ｅに電界がさらに集中しやすくなる（矢印Ｅ２）。成膜装置２においては、基板Ｓ１の外周に集中する電界がさらに緩和されて、基板Ｓ１の外周にプラズマが集中する現象がさらに抑制される。

これにより、成膜装置２においては、基板Ｓ１の面内におけるエッチング速度がさらに均一になり、基板Ｓ１の中心におけるエッチング速度と、基板Ｓ１の外周におけるエッチング速度とがさらに均一になる。この結果、エッチバック後において、基板Ｓ１の面内における成膜層の厚さがさらに均一になる。

また、成膜装置２においては、導電体７０の外周７０ｅに電界をさらに集中させたため、エッチバック後において、基板Ｓ１の外周に形成されたトレンチ等内における成膜層の厚さがさらに対称になる。基板Ｓ１の面内におけるトレンチＳ１ｔにおける成膜層１００のカバレッジの状態がさらに均一になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

１、２、５…成膜装置
１０…真空槽
１０ｗ…側壁
１０ｐ…プラズマ形成空間
１１、１２…プラズマ
１５…ガス供給源
１６…保護板
２０…支持台
２０ａ、２０ｂ…載置面
３０…ターゲット材
３０ｓ…スパッタ面
３１…ホルダ
３２…ヨーク
３３、３４…磁石
３７…絶縁体
３８…軸部
３９…モータ
４０…プラズマ発生源
４１…高周波電源
４２…直流電源
４３…整合回路
５０…プラズマ発生源
６０…磁気コイル
７０…導電体
７０ａ…第１導電体
７０ｂ…第２導電体
７０ｅ…外周
７０ｔ…上端
８０…ガード部材
８０ｔ…上端
９０、９５…リング部材
９０ａ…第１リング部材
９０ｂ…第２リング部材
９０ｔ…上端
９５…リング部材
９５ｔ…上端
９１…絶縁体
１００…成膜層
Ｓ１…基板
Ｓ１ｔトレンチ
Ｓ１ｗ…側面
Ｓ１ｂ…底面
Ｓ１ｄ…成膜面
Ｓ１ｕ…表面

Claims (9)

1. 真空槽内にトレンチまたは孔が設けられた基板とターゲット材とを対向させ、前記ターゲット材をスパッタリングすることにより、前記トレンチ内または前記孔内と、前記トレンチ外または前記孔外の前記基板の表面とに成膜層を形成し、
   前記基板の中心よりも前記基板の外周が強い磁場を磁気コイルによって発生させながら前記真空槽内にプラズマを発生させることにより、前記トレンチの底面または前記孔の底面及び前記トレンチ外または前記孔外の前記基板の前記表面に形成された前記成膜層をエッチバックする
   成膜方法。
2. 請求項２に記載された成膜方法であって、
   前記成膜層は、前記基板の周りに配置された環状の導電体が前記基板を支持する支持台に電気的に接続された状態でエッチバックされる
   成膜方法。
3. 請求項２に記載された成膜方法であって、
   前記導電体は、前記基板よりも前記ターゲット材に向かって突出された状態で配置されている
   成膜方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載された成膜方法であって、
   前記ターゲット材は、ＶＨＦ電源によって発生させたプラズマによりスパッタリングされる
   成膜方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載された成膜方法であって、
   前記成膜層は、前記基板にバイアス電位が印加されながら前記基板に形成される
   成膜方法。
6. 減圧状態を維持可能な真空槽と、
   前記真空槽内に設けられ、基板を支持することが可能な支持台と、
   前記真空槽内に設けられ、前記支持台に対して対向して配置されたターゲット材と、
   前記ターゲット材をスパッタリングすることにより前記基板に成膜層を形成することが可能な第１のプラズマ発生源と、
   前記真空槽内にプラズマを発生させることにより、前記基板に形成された前記成膜層をエッチバックすることが可能な第２のプラズマ発生源と、
   前記成膜層がエッチバックされているときに、前記基板の中心よりも前記基板の外周が強い磁場を発生させることが可能な磁気コイルと
   を具備する成膜装置。
7. 請求項６に記載された成膜装置であって、
   前記基板から前記ターゲット材に向かう方向において、
   前記磁気コイルの長さは、前記基板と前記ターゲット材との間の距離以上である
   成膜装置。
8. 請求項６または７に記載された成膜装置であって、
   前記基板の周りに配置され、前記支持台に電気的に接続された環状の導電体と、
   前記支持台の周りに配置され、接地電位に接続されたガード部材と、
   前記ガード部材上に配置された絶縁体と、
   前記導電体の周りに配置され、前記絶縁体上に配置されたリング部材と
   をさらに具備する成膜装置。
9. 請求項８に記載された成膜装置であって、
   前記導電体は、前記基板よりも前記ターゲット材に向かって突出するように構成されている
   成膜装置。