JP2019014924A - Sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents
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Abstract
【課題】ターゲットと成膜対象物との間にコリメータを設けた場合でも、スパッタガスの導入停止後に自己放電が維持できるスパッタリング装置の提供。【解決手段】ターゲット21と成膜対象物Wとを対向配置する真空チャンバ1を有し、磁石ユニット4をターゲット21の中心を回転中心として回転駆動しターゲット21下方空間に漏洩磁場を発生する磁場発生手段3と、スパッタガス導入手段10と、ターゲット21に電力投入する電源E1とを備え、ターゲット21と成膜対象物Wとの間にコリメータ8と、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線MFを発生させて、スパッタガスの導入停止後に自己放電できる磁力線発生手段9を更に備える、スパッタリング装置SM1。好ましくは、磁力発生手段9が、真空チャンバ1の側壁部分に巻回されたコイルに通電する電源によって構成され、20〜80Gの磁力線MFを発生させるスパッタリング装置SM1。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus capable of maintaining self-discharge even when a collimator is provided between a target and a film-forming object, even after the introduction of a sputtering gas is stopped. SOLUTION: The magnetic field has a vacuum chamber 1 in which a target 21 and a film forming object W are arranged to face each other, and a magnet unit 4 is rotationally driven around the center of the target 21 to generate a leakage magnetic field in the space below the target 21. A space between the collimator 8 and the collimator 8 between the target 21 and the film forming object W is provided with the generating means 3, the sputter gas introducing means 10, and the power supply E1 for supplying power to the target 21. SM1 is a sputtering apparatus further comprising a magnetic field line generating means 9 capable of generating a downward magnetic field line MF and self-discharging after the introduction of the sputter gas is stopped. Preferably, the magnetic force generating means 9 is configured by a power source that energizes a coil wound around the side wall portion of the vacuum chamber 1, and is a sputtering device SM1 that generates a magnetic force line MF of 20 to 80 G. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、スパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method.
半導体デバイスの製造工程には、ビアホールやコンタクトホールの内面(内壁面及び底面)にシード層としてCu膜等の金属膜を成膜する工程があり、このような金属膜の成膜にスパッタリング装置を用いることが一般に知られている。そして、近年の配線パターンの更なる微細化に伴い、高アスペクト比のビアホール等に対して処理すべき基板全面に亘って被覆性よく成膜すること、即ち、カバレッジの向上の要求を満たすために、スパッタリング装置の中でも、SIS(Self Ionized Sputter)技術を利用したDCマグネトロン方式のスパッタリング装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。 The semiconductor device manufacturing process includes a step of forming a metal film such as a Cu film as a seed layer on the inner surface (inner wall surface and bottom surface) of a via hole or a contact hole, and a sputtering apparatus is used to form such a metal film. It is generally known to use. And with further miniaturization of wiring patterns in recent years, to form a film with good coverage over the entire surface of the substrate to be processed for high aspect ratio via holes, etc., that is, in order to satisfy the demand for improved coverage Among the sputtering apparatuses, a DC magnetron type sputtering apparatus using SIS (Self Ionized Sputter) technology is used (for example, see Patent Document 1).
この種のスパッタリング装置は、Cu等の金属製のターゲットと成膜対象物としての基板とが対向配置される真空チャンバを有し、ターゲットから基板に向かう方向を下として、ターゲットの上方に配置されてその下方空間にトンネル状の漏洩磁場を発生させる磁場発生手段と、真空チャンバ内に、希ガスからなるスパッタガスを選択的に導入するガス導入手段と、ターゲットに電力投入するスパッタ電源とを備える。金属膜の成膜に際しては、真空雰囲気の前記真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ターゲットに、例えば負の電位を持った所定電力を投入すると、上記下方空間にプラズマが発生し、磁場発生手段により発生させた磁場により当該下方空間にプラズマが封じ込められ(特に、スパッタリングにより生じた二次電子が封じ込められ易くなる)、この状態でスパッタガスの導入を停止すると、低圧力下で自己放電するようになる。そして、プラズマ中のスパッタガスイオン等がターゲットのスパッタ面に衝突してスパッタリングされ、このスパッタリングにより生じたスパッタ粒子やスパッタ粒子のイオン(以下、「スパッタ粒子」という)が、ターゲットの下方空間に放出され、成膜対象物表面に付着、堆積して金属膜が成膜される。 This type of sputtering apparatus has a vacuum chamber in which a metal target such as Cu and a substrate as a film formation target are disposed opposite to each other, and is disposed above the target with the direction from the target toward the substrate being downward. A magnetic field generating means for generating a tunnel-like leakage magnetic field in the lower space of the lever, a gas introducing means for selectively introducing a sputtering gas consisting of a rare gas into the vacuum chamber, and a sputtering power source for supplying power to the target. . When forming the metal film, when sputtering gas is introduced into the vacuum chamber in a vacuum atmosphere and a predetermined power having a negative potential is applied to the target, for example, plasma is generated in the lower space, and magnetic field generating means The plasma is confined in the lower space by the magnetic field generated by (especially, secondary electrons generated by sputtering are likely to be confined), and if the introduction of the sputtering gas is stopped in this state, self-discharge occurs at a low pressure. become. Sputtering gas ions in the plasma collide with the sputtering surface of the target and are sputtered, and sputtered particles and sputtered particle ions (hereinafter referred to as “sputtered particles”) generated by the sputtering are released into the space below the target. Then, a metal film is formed by adhering and depositing on the surface of the film formation target.
ところで、上記スパッタリング装置では、ターゲットのうち上記磁場の影響を受ける領域でターゲットが優先的にスパッタリングされることになる。このため、ターゲットのスパッタ面を略均等に侵食してターゲットの使用効率を向上させるために、例えば、垂直磁場成分がゼロである所謂ハート形の漏洩磁場を形成して、スパッタリング中、この漏洩磁場を発生させる磁石ユニットをターゲットの中心を回転中心として回転駆動することが一般に知られている(例えば、特許文献2参照)。このような方法では、基板の外周部において、ターゲットからのスパッタ粒子が上下方向に対して傾斜した角度で入射、付着することになり、基板の外周部でカバレッジの非対称性の問題が生じ得る。 By the way, in the sputtering apparatus, the target is preferentially sputtered in the region affected by the magnetic field in the target. For this reason, in order to erode the sputtering surface of the target substantially evenly and improve the usage efficiency of the target, for example, a so-called heart-shaped leakage magnetic field having zero vertical magnetic field component is formed, and this leakage magnetic field is formed during sputtering. In general, it is known that a magnet unit for generating a rotation is driven with the center of a target as a rotation center (see, for example, Patent Document 2). In such a method, the sputtered particles from the target enter and adhere to the outer peripheral portion of the substrate at an angle inclined with respect to the vertical direction, which may cause a problem of asymmetry of coverage at the outer peripheral portion of the substrate.
そこで、スパッタ粒子のうち上下方向に対して所定の範囲を超えて傾斜して基板に到達するものを規制するコリメータをターゲットと成膜対象物との間に配置することが考えられる。然し、SIS(Self Ionized Sputter)技術を利用したDCマグネトロン方式のスパッタリング装置に適用した場合、何等かの原因でスパッタガスの導入を停止すると、もはや自己放電を維持できないことが判明した。 In view of this, it is conceivable to arrange a collimator between the target and the film formation target that regulates the sputtered particles that incline beyond a predetermined range with respect to the vertical direction and reach the substrate. However, when applied to a DC magnetron type sputtering apparatus using SIS (Self Ionized Sputter) technology, it has been found that self-discharge can no longer be maintained if the introduction of the sputtering gas is stopped for some reason.
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、高アスペクト比のホール内面にカバレッジ良く成膜するために、ターゲットと成膜対象物との間にコリメータを設けた場合でも、スパッタガスの導入停止後に自己放電が維持できるようにしたスパッタリング装置及びスパッタリング方法を提供することをその課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and even when a collimator is provided between a target and a film formation target in order to form a film with high coverage on the inner surface of a high aspect ratio hole, the sputtering gas It is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus and a sputtering method capable of maintaining self-discharge after the introduction is stopped.
上記課題を解決するために、金属製のターゲットと成膜対象物とが対向配置される真空チャンバを有し、前記ターゲットから前記成膜対象物に向かう方向を下として、前記ターゲットの上方に配置されてその下方空間にトンネル状の漏洩磁場を発生させる磁場発生手段と、前記真空チャンバ内にスパッタガスを選択的に導入するガス導入手段と、前記ターゲットに電力投入するスパッタ電源とを備え、真空雰囲気の前記真空チャンバ内に前記スパッタガスを導入し、前記ターゲットに電力投入して前記下方空間にプラズマを発生させ、この状態でスパッタガスの導入を停止して前記プラズマを前記漏洩磁場で封じ込めて自己放電させて前記ターゲットをスパッタリングするスパッタリング装置は、前記磁場発生手段が、ターゲットに同等の浸食量を形成する前記漏洩磁場を発生される磁石ユニットと、前記磁石ユニットを前記ターゲットの中心を回転中心として回転駆動する駆動手段とを有し、前記ターゲットと前記成膜対象物との間に配置され、前記ターゲットのスパッタリングで飛散したスパッタ粒子のうち、上下方向に対して所定の範囲を超えて傾斜して前記成膜対象物に到達するものを規制するコリメータと、前記ターゲットと前記コリメータとの間の空間に下向きの磁力線を発生させる磁力線発生手段とを更に備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a vacuum chamber is provided in which a metal target and a film formation target are arranged to face each other, and the direction from the target toward the film formation target is set downward, and is disposed above the target. A magnetic field generating means for generating a tunnel-like leakage magnetic field in the lower space, a gas introducing means for selectively introducing a sputtering gas into the vacuum chamber, and a sputtering power source for supplying power to the target. The sputtering gas is introduced into the vacuum chamber of the atmosphere, and the target is powered on to generate plasma in the lower space. In this state, the introduction of the sputtering gas is stopped and the plasma is enclosed by the leakage magnetic field. In a sputtering apparatus that self-discharges and sputters the target, the magnetic field generating means has an equivalent immersion in the target. A magnet unit that generates the leakage magnetic field that forms a quantity; and a drive unit that rotationally drives the magnet unit around the center of the target, and is disposed between the target and the film formation target A collimator that regulates the sputtered particles scattered by sputtering of the target and that reaches the film formation target by inclining beyond a predetermined range with respect to the vertical direction, and the target and the collimator It is further provided with a magnetic force line generating means for generating downward magnetic force lines in the space between.
本発明によれば、ターゲットとコリメータとの間の空間に下向きの磁力線を発生させているため、ターゲットと成膜対象物との間にコリメータを設けた場合でも、スパッタガスの導入停止後に自己放電が維持できることが確認された。これは、当該空間に下向きの磁力線を発生させることによって、プラズマがターゲットのスパッタ面の中心付近に局在しやすくなるためと考えられる。 According to the present invention, since the downward magnetic field lines are generated in the space between the target and the collimator, even when the collimator is provided between the target and the film formation target, self-discharge occurs after the introduction of the sputtering gas is stopped. It was confirmed that can be maintained. This is presumably because plasma is easily localized near the center of the sputtering surface of the target by generating downward magnetic lines of force in the space.
本発明において、前記磁力線発生手段は、真空チャンバの側壁の外周面に沿って巻回されるコイルとコイルに通電する電源とで構成されることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said magnetic force line generation means is comprised by the coil wound along the outer peripheral surface of the side wall of a vacuum chamber, and the power supply which supplies with electricity to a coil.
本発明において、前記磁力線発生手段は、20G〜80Gの前記磁力線を発生させることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said magnetic force line generation | occurrence | production means generates the said magnetic force lines of 20G-80G.
本発明において、前記磁場発生手段は、前記ターゲット表面に垂直磁場成分がゼロであるハート形の漏洩磁場を形成することが好ましい。 In the present invention, the magnetic field generating means preferably forms a heart-shaped leakage magnetic field having a vertical magnetic field component of zero on the target surface.
また、上記課題を解決するために、真空チャンバ内に、金属製のターゲットと成膜対象物とを対向配置し、前記ターゲットから前記成膜対象物に向かう方向を下として、前記ターゲットの下方空間にトンネル状の漏洩磁場を発生させた状態で、真空雰囲気の前記真空チャンバ内に前記スパッタガスを導入し、前記ターゲットに電力投入して前記下方空間にプラズマを発生させ、この状態でスパッタガスの導入を停止して前記プラズマを前記漏洩磁場で封じ込めて自己放電させて前記ターゲットをスパッタリングし、スパッタリングにより生じたスパッタ粒子を成膜対象物表面に付着、堆積して金属膜を成膜する本発明のスパッタリング方法は、スパッタリング中、ターゲットに同等の浸食量を形成する漏洩磁場を、ターゲットの中心を回転中心として回転駆動し、前記ターゲットと前記成膜対象物との間に配置されたコリメータにより、スパッタ粒子のうち、上下方向に対して所定の範囲を超えて傾いて前記成膜対象物に到達するものを規制し、前記ターゲットと前記コリメータとの間の空間に下向きの磁力線を発生させることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a metal target and a film formation target are disposed opposite to each other in a vacuum chamber, and a direction from the target toward the film formation target is downward, and a space below the target In a state where a tunnel-like leakage magnetic field is generated, the sputtering gas is introduced into the vacuum chamber in a vacuum atmosphere, and power is supplied to the target to generate plasma in the lower space. The present invention is such that the introduction is stopped, the plasma is confined by the leakage magnetic field, self-discharge is performed, the target is sputtered, and the sputtered particles generated by the sputtering are adhered and deposited on the surface of the film formation object to form a metal film. In the sputtering method, during sputtering, a leakage magnetic field that forms an equivalent amount of erosion on the target is rotating around the center of the target. The sputtered particles are tilted beyond a predetermined range with respect to the vertical direction by the collimator disposed between the target and the film formation target, and reach the film formation target. And a downward magnetic field line is generated in the space between the target and the collimator.
以下、図面を参照して、成膜対象物Wの表面に金属膜たるCu膜を成膜するものを例に、本発明の実施形態のスパッタリング装置について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to an example in which a Cu film, which is a metal film, is formed on the surface of a film formation target W.
図1を参照して、SM1は、DCマグネトロン方式のスパッタリング装置であり、このスパッタリング装置SM1は、処理室1aを画成する真空チャンバ1を備える。真空チャンバ1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。以下においては、真空チャンバ1の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。
Referring to FIG. 1, SM1 is a DC magnetron type sputtering apparatus, and this sputtering apparatus SM1 includes a
カソードユニットCは、ターゲットアッセンブリ2と、ターゲットアッセンブリ2の上方に配置された磁場発生手段3とから構成されている。ターゲットアッセンブリ2は、成膜対象物Wの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形の板状に形成されたCu製のターゲット21と、ターゲット21の上面にインジウム等のボンディング材(図示省略)を介して接合されるバッキングプレート22とで構成され、スパッタリング中、バッキングプレート22の内部に冷媒(冷却水)を流すことでターゲット21を冷却できるようになっている。ターゲット21を装着した状態でバッキングプレート22下面の周縁部が、絶縁体I1,I2を介して真空チャンバ1の上部に取り付けられる。ターゲット21にはDC電源や高周波電源等のスパッタ電源E1からの出力が接続され、スパッタリング中、ターゲット21に負の電位を持った電力が投入される。
The cathode unit C includes a
磁場発生手段3は、磁石ユニット4と、磁石ユニット4を回転駆動させるモータ等の駆動手段5とから構成される。磁石ユニット4は、ヨーク41と、ヨーク41の下面に例えば略ハート型に列設した同磁化の複数個の磁石体42と、磁石体42の周囲を囲むように例えば略ハート型に列設した磁石体42と同磁化の複数個の磁石体43とから構成されている。これにより、ターゲット21の中心とその外周縁部との間に偏在させて局所的にトンネル状の漏洩磁場を発生させて、スパッタリング時、ターゲット21のスパッタ面21aの下方で電離した電子等を補足して、プラズマを封じ込めるようにしている。また、ヨーク41の上面には駆動手段5の回転軸51が接続され、駆動手段5により回転軸51を回転駆動させることで、ターゲット21の中心を回転中心として磁石ユニット4を回転させて、漏洩磁場をターゲット21の中心回りに周回させるようにしている。
The magnetic field generating means 3 includes a magnet unit 4 and a driving means 5 such as a motor that rotationally drives the magnet unit 4. The magnet unit 4 is arranged in, for example, a substantially heart shape so as to surround the periphery of the
真空チャンバ1の底部には、ターゲット21に対向させてステージ6が配置され、成膜対象物Wをその成膜面を上方に向けて位置決め保持できるようになっている。ステージ6は、真空チャンバ1の底壁に設けた開口に気密に装着された絶縁体I3で保持されている。ステージ6には高周波電源E2の出力が接続され、スパッタリング中、ステージ6、ひいては成膜対象物Wにバイアス電位が印加され、イオン化されたスパッタ粒子を成膜対象物Wに積極的に引き込む役割を果たすようにしている。尚、ターゲット21と成膜対象物Wとの間の間隔は、例えば300mm〜600mmの範囲に設定することができる。
A
真空チャンバ1内の側壁内側には導電性を有するアノードシールド7が配置されている。アノードシールド7は、ターゲット21の周囲を覆って下方に延びる筒状の部材である。アノードシールド7は他のDC電源E3に接続され、スパッタリング中、正の電位が印加され、イオン化されたスパッタ粒子を反射し、成膜対象物Wへの入射をアシストするようにしている。
A conductive anode shield 7 is disposed inside the side wall of the
ターゲット21と成膜対象物Wとの間には、スパッタリングによって飛散したスパッタ粒子のうち、上下方向に対して所定の範囲を超えて傾斜して成膜対象物Wに到達するものを規制するコリメータ8が配置され、コリメータ8には複数の透孔81が開設されている。コリメータ8は、アノードシールド7の下端の内面に絶縁体I4を介して固定されており、アノードシールド7の電位と切り離され、電気的にフローティングにされている。
Between the
尚、透孔81の平面視の形状は、任意であり、例えば円で構成したり、また六角形で構成してハニカム構造とすることができる。また、コリメータ8の中央部に開設された透孔81の深さ(すなわち、コリメータ8の中央部の厚み)が、外周部に開設された透孔81の深さ(すなわち、コリメータ8の外周部の厚み)よりも深く(厚く)なるように構成してもよい。この場合、コリメータ8の厚みは、例えば、53mm〜137.4mmの範囲に設定することができ、コリメータ8とターゲット21との間の間隔は、例えば、85mm〜180mmの範囲に設定することができる。
Note that the shape of the
また、真空チャンバ1の側壁には、リング状のヨーク91に導線92を巻回してなるコイル9が設けられ、導線92には電源E4の出力が接続され、コイル9に通電できるようになっている。コイル9に通電することで、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線MFを発生させることができるようになっている。尚、コイル9の位置や導線92の径や巻数は、例えばターゲット21のスパッタ面21aの面積、ターゲット21と成膜対象物Wとの間の距離、電源E4の定格電流値や発生させようとする磁場強度(ガウス)に応じて適宜設定される。
In addition, a coil 9 formed by winding a
真空チャンバ1の側壁には、プラズマを発生させるためのスパッタガスとしてアルゴンガス等の希ガスを導入するガス導入手段としてのガス管10が接続されている。ガス管10はマスフローコントローラ10aを介して図示省略のガス源に連通しており、流量制御されたスパッタガスを選択的に真空チャンバ1内に導入できるようにしている。真空チャンバ1の底部には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等からなる真空排気手段Pに通じる排気管11が接続され、真空チャンバ1内を真空引きし、所定圧力に保持できるようにしている。
Connected to the side wall of the
上記スパッタリング装置SM1は、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段12を有し、制御手段12により上記各電源E1〜E4の作動、マスフローコントローラ10aの作動、真空排気手段Pの作動や駆動手段5の作動等を統括管理するようになっている。以下、上記スパッタリング装置SM1を用いて、成膜対象物WにCu膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態のスパッタリング方法について説明する。
The sputtering apparatus SM1 has a known control means 12 including a microcomputer, a sequencer, and the like. The control means 12 operates the power sources E1 to E4, the
先ず、Cu製のターゲット21が組み付けられた真空チャンバ1内のステージ6に成膜対象物Wを配置して、真空排気手段Pを作動させて処理室1a内を所定の真空度(例えば、1×10−5Pa)まで真空引きする。真空チャンバ1内の圧力が所定値に達すると、駆動手段5により磁石ユニット4を回転させることで、ターゲット21の中心とその外周縁部との間に偏在させて形成した漏洩磁場を、ターゲット21の中心を回転中心として回転駆動させる。これと併せて、マスフローコントローラ10aを制御して処理室1a内にスパッタガスとしてアルゴンガスを所定の流量(例えば、10〜30sccm)で導入する(このときの処理室1a内の圧力は、7.3×10−2〜2.1×10−1Pa)。さらに、ターゲット21に所定の直流電力(例えば、20〜25kW)を投入することで、ターゲット21のスパッタ面21aの下方空間にプラズマを発生させ、プラズマを発生させてから所定時間が経過した後、ターゲット21への電力投入を継続しながら、マスフローコントローラ10aを制御してスパッタガスの導入を停止して自己放電させる。これにより、ターゲット21がスパッタリングされ、スパッタ粒子が成膜対象物Wに付着、堆積することでCu膜が成膜される。このとき、アノードシールド7に正電位(例えば50V〜150V)を印加すると共にステージ6にバイアス電力(例えば0W〜600W)を投入することで、イオン化したスパッタ粒子(Cuイオン)を成膜対象物Wに対して効率良く引き込むことができる。また、ターゲット21と成膜対象物Wとの間に配置されたコリメータ8によって、スパッタ粒子のうち、上下方向に対して所定の範囲を超えて傾いて成膜対象物Wに到達するものが規制される。
First, the film formation target W is placed on the
上述のようにプラズマを発生させてから所定時間が経過した後、ターゲット21への電力投入を継続しながら、マスフローコントローラ10aを制御してスパッタガスの導入を停止させて自己放電とするとき、ターゲット21と成膜対象物Wとの間にコリメータ8が配置される場合、自己放電を維持することができないことが判明した。
When a predetermined time elapses after the plasma is generated as described above, the
本実施形態では、電源E4からコイル9に通電して(このとき、コイル9に流れる電流は、4〜12A)、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線MFを発生させることで、スパッタガスの導入停止後に自己放電を維持することができる。これは、当該空間に下向きの磁力線MFを発生させることによって、ターゲット21上の磁場を発散させる(成膜対象物W上に向かわせる)ことで、自己放電を維持することを促進しているためと考えられる。
In the present embodiment, the coil 9 is energized from the power source E4 (at this time, the current flowing through the coil 9 is 4 to 12 A), and a downward magnetic force line MF is generated in the space between the
以上の効果を確認するため、上記実施形態のスパッタリング装置SM1を用いて次の実験を行った。発明実験では、成膜対象物Wとして、Φ300mmのシリコン基板の表面にシリコン酸化膜を100nm成膜し、このシリコン酸化膜にアスペクト比が2.7(開口部の径は約30nm、深さは約80nm)のホールを形成したものを用い、Cu製のΦ400mmのターゲット21が組み付けられた真空チャンバ1内のステージ6に成膜対象物Wを配置し、処理室1a内の圧力が1×10−5Paに達すると、磁石ユニット4を60rpmで回転させ、処理室1a内にアルゴンガスを10sccm導入し、ターゲット21に直流電力を約25kW投入して(このとき、ターゲット21を流れる電流は46A)、プラズマを発生させた。このとき、ステージ6にバイアス電力を200Wを投入し、アノードシールド7に50Vの正電位を印加した。プラズマを発生させてから1sec経過した後、アルゴンガスの導入を停止させた。このとき、コイル9に通電し(コイル電流は8A)、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線MF(20G〜80G)を発生させることで、自己放電を維持できることが確認された。これにより、ターゲット21がスパッタリングされ、ターゲット21から飛散したスパッタ粒子が上記ホールの内面を含む成膜対象物W表面に付着、堆積してCu膜が成膜される。自己放電により約45sec成膜した後、成膜対象物Wの中央部及びエッジ部のホール内面にカバレッジ良くCu膜を成膜できることが確認された。
In order to confirm the above effects, the following experiment was performed using the sputtering apparatus SM1 of the above embodiment. In the inventive experiment, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm was formed on the surface of a Φ300 mm silicon substrate as the film formation target W, and the aspect ratio was 2.7 (the diameter of the opening was about 30 nm, the depth was The film formation target W is placed on the
また、電源E4からコイル9への印加電圧を制御してコイル電流を4A,12Aとした点を除いて、上記実験と同一条件でプラズマを発生させた後、アルゴンガスの導入を停止させたところ、これらの場合も自己放電を維持できることが確認された。また、ホール内面にカバレッジ良くCu膜を成膜できることが確認された。 In addition, after the plasma was generated under the same conditions as in the above experiment except that the coil current was set to 4A and 12A by controlling the voltage applied from the power source E4 to the coil 9, the introduction of argon gas was stopped. In these cases, it was confirmed that the self-discharge can be maintained. It was also confirmed that a Cu film can be formed on the inner surface of the hole with good coverage.
また、ステージ6に投入されるバイアス電力を0W,400W,600Wとした点を除いて、上記実験と同一条件でプラズマを発生させた後、アルゴンガスの導入を停止させたところ、これらの場合も自己放電を維持できることが確認された。また、ホール内面にカバレッジ良くCu膜を成膜できることが確認された。
Further, except that the bias power applied to the
また、アノードシールド7に印加する正電位を150Vとした点を除いて、上記実験と同一条件でプラズマを発生させた後、アルゴンガスの導入を停止させたところ、これらの場合も自己放電を維持できることが確認された。また、ホール内面にカバレッジ良くCu膜を成膜できることが確認された。つまり、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に発生させる下向きの磁力線MFが20G〜80Gであれば、自己放電を維持できることが確認された。
Further, except that the positive potential applied to the anode shield 7 was 150 V, plasma was generated under the same conditions as in the above experiment, and then the introduction of argon gas was stopped. In these cases, self-discharge was maintained. It was confirmed that it was possible. It was also confirmed that a Cu film can be formed on the inner surface of the hole with good coverage. That is, it was confirmed that the self-discharge can be maintained if the downward magnetic field lines MF generated in the space between the
尚、上記実験と同一条件で成膜を行った場合のターゲット21の侵食量を求めた。侵食量は、成膜前のターゲット21の厚さから成膜後のターゲット21の厚さを減算することで得た。成膜後のターゲット21の厚さは、積算電力50kWhでCu膜を成膜した後のターゲット21の厚さである。これによれば、スパッタリング中、磁石ユニット4を回転駆動して漏洩磁場をターゲット21の中心回りに周回させることにより、ターゲット21のスパッタ面21aが径方向に略均等に浸食されることが確認された。即ち、漏洩磁場がターゲットに同等の浸食量を形成することが確認された。これより、プラズマがターゲットのスパッタ面の全面に亘って分散していることが判った。ここで、略均等に浸食される(同等の浸食量を形成する)とは、ターゲット21の使用効率が50%以上であることであり、ターゲット21を寿命(ライフエンド)まで使用した際の浸食された体積が、ターゲット使用前の50%以上であることを意味するものとする。
The amount of erosion of the
次に、上記発明実験に対する比較実験を行った。比較実験では、プラズマを発生させた後に、アルゴンガスの導入を停止する際、コイル9に通電しない点(つまり、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線MFを発生させない点)を除いて、上記発明実験と同一条件でスパッタリングした。これによれば、アルゴンガスの導入を停止させると、自己放電を維持できない(すなわち、プラズマが失活する)ことが確認された。また、コイル9のコイル電流を3A、13A、20Aとした場合も、アルゴンガスの導入を停止させると自己放電を維持できないことが確認された。コイル電流が4Aより小さい場合は、ターゲットからスパッタされたイオンを成膜対象物へ向かわせる力が弱いため、コイル電流が12Aより大きい場合は、成膜対象物へ向かわせる磁力が高くなり、ターゲットをスパッタリングするイオンが減少するため、自己放電を維持できないものと推察される。
Next, a comparative experiment with respect to the above-described invention experiment was performed. In the comparative experiment, when the introduction of the argon gas is stopped after the plasma is generated, the coil 9 is not energized (that is, the downward magnetic field lines MF are not generated in the space between the
以上説明した発明実験及び比較実験によれば、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線を発生させることで、スパッタガスの導入停止後に自己放電を維持できることが判った。
According to the invention experiment and comparative experiment described above, it has been found that by generating downward magnetic field lines in the space between the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、コリメータ8を囲繞する真空チャンバ1の側壁部分にコイル9を配置しているが、コリメータ8の位置はこれに限らず、コリメータ8と成膜対象物Wとの間の空間を囲繞する真空チャンバ1の側壁部分にコイルを配置してもよい。また、磁力線発生手段を構成するコイルの数は1個に限定されず、図2に示すスパッタリング装置SM2のように、真空チャンバ1の側壁に2個のコイル9u,9dを上下方向に所定の間隔を存して設け、これらのコイル9u,9dに電源E4,E5から通電するように構成することもできる。この場合、コイル9u,9dの少なくとも一方に通電すればよい。コイル9u,9d間の距離は、例えばターゲット21のスパッタ面21aの面積、ターゲット21と成膜対象物Wとの間の距離、電源E4,E5の定格電流値や発生させようとする磁場強度(ガウス)に応じて適宜設定することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. In the above embodiment, the coil 9 is disposed on the side wall portion of the
上記実施形態では、磁力線発生手段をコイル9で構成する場合を例に説明したが、ターゲット21とコリメータ8との間の空間に下向きの磁力線を発生させるものであればよく、例えば、公知の焼結磁石を真空チャンバ1の側壁内側又は外側に配置することで当該空間に下向きの磁力線を発生させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the magnetic force line generating means is constituted by the coil 9 has been described as an example. However, any means that generates downward magnetic force lines in the space between the
MF…磁力線、SM…スパッタリング装置、W…成膜対象物、1…真空チャンバ、21…ターゲット、3…磁場発生手段、4…磁石ユニット、5…駆動手段、8…コリメータ、9、9u、9d…コイル(磁力線発生手段)、10…ガス管(ガス導入手段)、E1…スパッタ電源、E4,E5…コイルに通電する電源。
MF ... Magnetic field lines, SM ... Sputtering apparatus, W ... Film formation target, 1 ... Vacuum chamber, 21 ... Target, 3 ... Magnetic field generating means, 4 ... Magnet unit, 5 ... Driving means, 8 ... Collimator, 9, 9u, 9d ... coil (magnetic line generation means), 10 ... gas pipe (gas introduction means), E1 ... sputter power supply, E4, E5 ... power supply for energizing the coil.
Claims (5)
前記磁場発生手段が、ターゲットに同等の浸食量を形成する前記漏洩磁場を発生させる磁石ユニットと、前記磁石ユニットを前記ターゲットの中心を回転中心として回転駆動する駆動手段とを有するものにおいて、
前記ターゲットと前記成膜対象物との間に配置され、前記ターゲットのスパッタリングで飛散したスパッタ粒子のうち、上下方向に対して所定の範囲を超えて傾斜して前記成膜対象物に到達するものを規制するコリメータと、前記ターゲットと前記コリメータとの間の空間に下向きの磁力線を発生させる磁力線発生手段とを更に備えることを特徴とするスパッタリング装置。 It has a vacuum chamber in which a metal target and a film formation target are arranged to face each other, and a direction from the target toward the film formation target is set downward, and is disposed above the target and is tunnel-shaped in a space below the target. A magnetic field generating means for generating a leakage magnetic field, a gas introducing means for selectively introducing a sputtering gas into the vacuum chamber, and a sputtering power source for supplying power to the target. Sputtering gas is introduced, power is applied to the target to generate plasma in the lower space. In this state, introduction of the sputtering gas is stopped, the plasma is confined by the leakage magnetic field, and the target is sputtered. A sputtering apparatus for
The magnetic field generating means has a magnet unit that generates the leakage magnetic field that forms an equivalent amount of erosion on the target, and a driving means that rotationally drives the magnet unit around the center of the target.
Among the sputtered particles that are arranged between the target and the film formation target and are scattered by sputtering of the target, the particles that incline beyond a predetermined range with respect to the vertical direction and reach the film formation target A sputtering apparatus, further comprising: a collimator that regulates a magnetic field; and a magnetic force line generating unit that generates a downward magnetic force line in a space between the target and the collimator.
スパッタリング中、ターゲットに同等の浸食量を形成する漏洩磁場を、ターゲットの中心を回転中心として回転駆動し、前記ターゲットと前記成膜対象物との間に配置されたコリメータにより、スパッタ粒子のうち、上下方向に対して所定の範囲を超えて傾いて前記成膜対象物に到達するものを規制し、前記ターゲットと前記コリメータとの間の空間に下向きの磁力線を発生させることを特徴とするスパッタリング方法。
In the vacuum chamber, a metal target and a film formation target are arranged to face each other, and a tunnel-like leakage magnetic field is generated in a space below the target with the direction from the target toward the film formation target being downward. In this state, the sputtering gas is introduced into the vacuum chamber in a vacuum atmosphere, and power is supplied to the target to generate plasma in the lower space. In this state, introduction of the sputtering gas is stopped and the plasma is leaked. A sputtering method in which a metal film is formed by depositing and depositing sputtered particles generated by sputtering on a surface of an object to be deposited by sputtering the target by enclosing with a magnetic field and performing self-discharge,
During sputtering, a leakage magnetic field that forms an equivalent amount of erosion on the target is rotationally driven with the center of the target as the center of rotation, and among the sputtered particles by a collimator disposed between the target and the film formation target, A sputtering method characterized by regulating an object that reaches the film formation target inclining beyond a predetermined range with respect to the vertical direction, and generates downward magnetic force lines in a space between the target and the collimator .
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