スパッタリング装置
【課題】スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】スパッタリング装置１００は、基板７０およびターゲット３５Ｂが配された真空成膜室３０と、基板７０とターゲット３５Ｂとの間の真空成膜室３０の成膜空間３０Ａにプラズマ２７を誘導するプラズマガン４０と、成膜空間３０Ａに配された偏向電極６０と、偏向電極６０に正電圧を印加する第１電源５０と、ターゲット３５Ｂに負電圧を印加する第２電源５２と、を備える。そして、このような正負電圧に基づいて、プラズマ２７からターゲット３５ＢにドリフトするＡｒ+のターゲット３５Ｂへの入射方向が制御されている。
【解決手段】スパッタリング装置１００は、基板７０およびターゲット３５Ｂが配された真空成膜室３０と、基板７０とターゲット３５Ｂとの間の真空成膜室３０の成膜空間３０Ａにプラズマ２７を誘導するプラズマガン４０と、成膜空間３０Ａに配された偏向電極６０と、偏向電極６０に正電圧を印加する第１電源５０と、ターゲット３５Ｂに負電圧を印加する第２電源５２と、を備える。そして、このような正負電圧に基づいて、プラズマ２７からターゲット３５ＢにドリフトするＡｒ+のターゲット３５Ｂへの入射方向が制御されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの配線微細化や高速化に伴い、デバイス内の配線材料としてアルミよりも抵抗率が低い銅（Ｃｕ）が注目されている。シリコン基板へのＣｕ電極配線の形成は、通常、スパッタリング技術と電解メッキ技術との組合せにより、以下のような方法で行われる。
【０００３】
図６は、シリコン基板へのＣｕ電極配線形成の一例について各工程を模式的に示した図である。
【０００４】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板（図示せず）上のシリコン酸化層に配線用の溝やホールを設け、当該溝やホールにＣｕ拡散防止用のタンタル（Ｔａ）からなるバリア膜（以下、「Ｔａバリア膜」と略す）がスパッタリング法によって形成される。
【０００５】
そして、図６（ｂ）に示すように、このＴａバリア膜を覆うように、電解メッキ時の下地電極膜の役割を果たすＣｕからなるシード膜（以下、「Ｃｕシード膜」と略す）がスパッタリング法によって形成される。
【０００６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、Ｃｕ電極配線が、Ｃｕシード膜を覆うようにして、溝やホールに電解メッキ法により埋め込まれる。
【０００７】
最後に、図６（ｄ）に示すように、Ｃｕ電極配線が、適宜の平坦化法（例えば、ＣＭＰ）により平坦化される。
【０００８】
ところで、特許文献１には、プラズマガンからの円柱形のプラズマを、Ｎ極同士の一対の永久磁石で挟み、これにより、高密度の均一なシートプラズマを大面積に形成できることが記載されている。また、このようなシートプラズマをターゲットおよび基板間に誘導すると、シートプラズマ方式のスパッタリングを行えるとされている（特許文献２参照）。
【０００９】
よって、上述のシートプラズマ技術を応用して、シリコン基板のホールや溝にＴａバリア膜やＣｕシード膜を形成できると、半導体用配線プロセスにおいて、成膜面積の大面積化や成膜の効率化を行えるので都合がよい。
【特許文献１】特公平４−２３４００号公報
【特許文献２】特開２００５−１７９７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本件発明者等は、微細なホールや溝に高カバレッジのＣｕシード膜形成が行えるよう、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の改良に取り組んでいる。そして、この場合、スパッタ粒子の飛散方向を適切に制御できると（具体的には、基板の中心方向におけるスパッタ粒子の直進性を改善できると）、Ｃｕシード膜のカバレッジ性の改善が可能になると考えている。
【００１１】
なお、この点に関して、マグネトロンプラズマ方式のスパッタリング装置においては、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性の改善法として、イオン化されたスパッタ粒子の方向を、電界により制御できる構造がすでに提案されている（従来例としての特開２００１−１９２８２４号公報）。
【００１２】
しかし、従来例のごとく、スパッタ粒子の方向を電界制御するには、スパッタ粒子のイオン化が前提となる。従って、従来例の構造では、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性が、スパッタ粒子のイオン化の割合に支配されるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本件発明者等は、電界によりスパッタ粒子を偏向することに代えて、ターゲットの入射イオンを偏向することにより、上述の従来例の問題を解決できることに気がついた。
【００１５】
よって、本発明は、このような知見に基づいてはじめて案出できたものであり、
基板およびターゲットが配された真空成膜室と、
前記基板と前記ターゲットとの間の前記真空成膜室の成膜空間にプラズマを誘導するプラズマガンと、
前記成膜空間に配された偏向電極と、
前記偏向電極に正電圧を印加する第１電源と、
前記ターゲットに負電圧を印加する第２電源と、を備え、
前記正負電圧に基づいて、前記プラズマから前記ターゲットにドリフトする正イオンの前記ターゲットへの入射方向が制御されているスパッタリング装置を提供する。
【００１６】
ここで、本発明では、前記偏向電極は、前記プラズマと前記ターゲットとの間に配されてもよい。
【００１７】
また、筒状の前記偏向電極が、前記ターゲットの平面視において、前記ターゲットの周辺に沿って前記ターゲットを環状に囲んでもよい。そして、前記ターゲットは、前記偏向電極の内部に配されてもよい。
【００１８】
以上の構成により、本発明は様々な効果を奏する。
【００１９】
例えば、偏向電極が、ターゲットの周辺に沿ってターゲットを環状に囲んでいるので、ターゲットの周囲全域において均等に、正イオンのターゲットへの入射方向を制御できる。また、ターゲットが、偏向電極の内部に配されているので、シートプラズマ方式のスパッタリング装置に上述の偏向電極を組み込む場合には、ターゲットとシートプラズマとの間の距離の調整を行える。
【００２０】
また、本発明では、前記正負電圧が作る電界により、前記正イオンのドリフトは、前記偏向電極内において前記ターゲットの周辺から中心に向かうように偏向されてもよい。
【００２１】
これにより、正イオンがターゲットに斜めに入射する場合のスパッタ粒子の飛散分布の中心は、正イオンがターゲットに垂直に入射する場合のスパッタ粒子の飛散分布の中心に対して、基板の中心方向にオフセットされると考えられる。
【００２２】
つまり、このようなスパッタ粒子の飛散現象をターゲットの全体においてマクロ的に見ると、スパッタ粒子の飛散分布が基板の中心に収束するので、基板の中心方向におけるスパッタ粒子の直進性が向上する。その結果、基板配線用の高アスペクト比のホールや溝などに、スパッタ粒子が適度の直進性を持って入射するので、スパッタ粒子をホールや溝などの底面まで効率良く到達できると考えられる。
【００２３】
よって、ホールや溝の壁面においてスパッタリング堆積膜のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、後述のスパッタ粒子の堆積実験で検証されている。
【００２４】
また、本発明では、前記プラズマを挟み、同磁極が向き合っている一対の磁界発生手段を更に備えてもよい。そして、前記プラズマは、前記磁界発生手段の対が作る磁界により前記ターゲットと平行なシート状に拡がり、前記シート状のプラズマが、前記成膜空間に誘導されてもよい。
【００２５】
このように、本発明では、シートプラズマ方式のスパッタリング装置に、偏向電極が組み込まれている。
【００２６】
よって、シートプラズマとターゲットとの間を適切に離すことができる。このため、偏向電極によって正イオンのドリフト方向（ターゲットへの入射方向）を制御できる距離を充分に確保できるので好都合である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。
【００３０】
本実施形態のスパッタリング装置１００は、放電プラズマ輸送の方向から見て順番に、放電プラズマを高密度に生成するプラズマガン４０と、プラズマ輸送の方向を中心軸とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製やガラス製）のシートプラズマ変形室２０と、プラズマ輸送の方向と直交する方向を中心軸とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）の真空成膜室３０と、を備える。
【００３１】
なお、ここでは、詳細な説明は省略するが、これらの各部４０、２０、３０は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。
【００３２】
まず、プラズマガン４０の構成およびシートプラズマ変形室２０の周辺の構成について概説する。
【００３３】
スパッタリング装置１００のプラズマガン４０は、公知の圧力勾配型ガンであり、カソードユニット４１および中間電極Ｇ1、Ｇ2を内蔵している。また、プラズマガン４０には、放電により電離される放電ガス（ここでは、アルゴンガス）をプラズマガン４０内の放電空間に導くことができる放電ガス供給手段（図示せず）も併設されている。
【００３４】
以上の構成により、上述のプラズマガン４０では、プラズマガン電源（図示せず）を用いてカソードユニット４１およびアノードＡ（後述）間に低電圧かつ大電流のアーク放電を発生できる。
【００３５】
このようにして、放電プラズマの輸送中心に対して略等密度な分布の円柱状のアーク放電プラズマ（以下、「円柱プラズマ２２」という）がプラズマガン４０の放電空間に形成される。そして、この円柱プラズマ２２が、図１に示すように、プラズマガン４０からシートプラズマ変形室２０に引き出される。
【００３６】
また、シートプラズマ変形室２０では、図１に示すように、一対の角形の棒磁石２４Ａ、２４Ｂ（永久磁石；磁界発生手段の対）が、シートプラズマ変形室２０のプラズマ輸送空間を挟むよう、一定の間隔をあけて配設されている。本実施形態では、これらの棒磁石２４Ａ、２４ＢのＮ極同士が対向している。そして、第１電磁コイル２３（空芯コイル）が作るコイル磁界と、棒磁石２４Ａ、２４Ｂが作る磁石磁界との相互作用に基づいて、円柱プラズマ２２は、その輸送方向の輸送中心を含む平面Ｓに沿って拡がるシート状のプラズマ（以下、「シートプラズマ２７」という）に変形される。そして、このシートプラズマ２７が、シートプラズマ変形室２０から通路２８を通り、真空成膜室３０の成膜空間３０Ａに誘導される。
【００３７】
なお、以上の磁界によるシートプラズマ２７の変形法は、すでに周知である。よって、この詳細な説明は、ここでは省略する。
【００３８】
次に、真空成膜室３０の構成について説明する。
【００３９】
真空成膜室３０は、シートプラズマ２７中のＡｒ+（アルゴン正イオン）の衝突エネルギによりターゲット３５Ｂの材料（例えば銅）をスパッタ粒子として放出する成膜チャンバに相当する。この真空成膜室３０は、図１に示すように、接地されており、成膜空間３０Ａを有する。また、この成膜空間３０Ａは、バルブ３７により開閉可能な排気口からターボポンプなどの真空ポンプ３６により真空排気される。これにより、この成膜空間３０Ａはスパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。
【００４０】
本実施形態では、円板状のターゲット３５Ｂは、円板状のターゲットホルダ（図示せず）に装着された状態において、昇降装置３５Ａの駆動力により成膜空間３０Ａを上下（真空成膜室３０の中心軸方向）に移動できる。これにより、ターゲット３５Ｂとシートプラズマ２７との間の好適な距離が設定される。
【００４１】
同様に、円板状の基板７０は、円板状の基板ホルダ３４Ｂに装着された状態において、昇降装置３４Ａの駆動力により成膜空間３０Ａを上下（真空成膜室３０の中心軸方向）に移動できる。これにより、基板７０とシートプラズマ２７との間の好適な距離が設定される。
【００４２】
このようにして、円板状のターゲット３５Ｂおよび基板７０が、シートプラズマ２７の厚み方向に一定の好適な間隔Ｌをあけてシートプラズマ２７を挟み、成膜空間３０Ａにおいて同軸状に対向して配されている。
【００４３】
また、本実施形態では、ターゲット３５Ｂは、図１に示すように、直流バイアス電源５２により負電圧（−１０００Ｖ程度のマイナス電圧）が印加されている。
【００４４】
このような負電圧により、シートプラズマ２７中のＡｒ+がターゲット３５Ｂに向かって引き付けられ、Ａｒ+がターゲット３５Ｂに衝突する。すると、この衝突エネルギにより、ターゲット３５Ｂからスパッタ粒子（ここでは、銅（Ｃｕ）粒子）が基板７０に向かって放出される。
【００４５】
更に、本実施形態では、円筒状の偏向電極６０（イオンリフレクタ）が、ターゲット３５Ｂの周囲に配され、この偏向電極６０は、直流バイアス電源５０によりバイアス電圧（正電圧）が印加されている。
【００４６】
これにより、Ａｒ+のターゲット３５Ｂへのドリフトの過程において、偏向電極６０に印加される電圧の作用（電界）によって、図１に示すように、Ａｒ+の軌跡が曲げられる。なお、このような偏向電極６０の構成については、後程、詳述する。
【００４７】
また、基板ホルダ３４Ｂは、図１に示すように、高周波バイアス電源５１により高周波（ＲＦ）電力が印加されている。
【００４８】
これにより、シートプラズマ２７を横切る際にシートプラズマ２７の作用により電離されたＣｕ粒子（Ｃｕ+）を、ＲＦ電力のセルフバイアスによって基板７０に適切に引き込むことができる。
【００４９】
次に、真空成膜室３０の周辺の構成を説明する。
【００５０】
真空成膜室３０のプラズマガン４０と反対側の側方には、アノードＡが配置され、真空成膜室３０の側壁とアノードＡとの間には、シートプラズマ２７の通路２９が設けられている。
【００５１】
アノードＡは、プラズマガン４０のカソードユニット４１に対して所定の基準電位が与えられる。これにより、アノードＡは、カソードユニット４１およびアノードＡの間のアーク放電に基づくシートプラズマ２７中の荷電粒子（特に電子）を回収する役割を有している。
【００５２】
また、アノードＡの裏面（カソードユニット４１に対する対向面の反対側の面）には、アノードＡ側をＳ極、その反対側をＮ極とした永久磁石３８が配されている。
【００５３】
この永久磁石３８のＮ極から出てＳ極に入る主面Ｓに沿った磁力線により、アノードＡに向かうシートプラズマ２７の幅方向（プラズマの拡がり方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマ２７が幅方向に収束される。その結果、シートプラズマ２７の荷電粒子が、アノードＡに適切に回収される。
【００５４】
また、図１に示すように、第２電磁コイル３２および第３電磁コイル３３（いずれも空芯コイル）が、互いに対をなして、真空成膜室３０の成膜空間３０Ａを挟み、異極同士（ここでは、第２電磁コイル３２はＮ極、第３電磁コイル３３はＳ極）を向かい合わせて配置されている。第２電磁コイル３２は、棒磁石２４Ａ、２４Ｂと真空成膜室３０との間のプラズマ輸送方向の適所に配置され、第３電磁コイル３３は、真空成膜室３０とアノード１５との間のプラズマ輸送方向の適所に配置されている。
【００５５】
これらの第１および第２電磁コイル３２、３３の対が作るコイル磁界（例えば１０Ｇ〜３００Ｇ程度）により、シートプラズマ２７は、プラズマの拡がり方向の拡散を適切に抑えるように整形される。
【００５６】
次に、本発明の実施形態の特徴部である偏向電極６０の構成について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図２は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置に用いる偏向電極の一構成例を示した斜視図である。
【００５８】
また、図３は、図１の偏向電極によるＡｒ+の偏向の様子、および、スパッタ粒子の飛散の様子を模式的に示した図である。
【００５９】
なお、スパッタリング装置１００の真空成膜室３０の内部は、偏向電極６０の中心軸２００を中心とする対称な構造となっている。よって、図３では、真空成膜室３０の内部の半分のみが図示されている。また、図面の簡素化を図る観点から、真空成膜室３０内の構成要素の一部（例えば、昇降装置３４Ａ、３５Ａなど）の図示が省略されている。
【００６０】
図２および図３に示すように、偏向電極６０は、円板状のターゲット３５Ｂと直交する方向を中心軸２００とする、ターゲット３５Ｂと同軸状に配された金属製の円筒体である。そして、ターゲット３５Ｂを平面視した場合には、偏向電極６０（円筒体）およびターゲット３５Ｂは相似形の形態を有しており、偏向電極６０（円筒体）の内寸は、ターゲット３５Ｂの外寸よりも若干大きめになっている。つまり、ターゲット３５Ｂを平面視した場合には、偏向電極６０が、ターゲット３５Ｂの周辺に沿ってターゲット３５Ｂの周辺を円環状に囲んでいる。
【００６１】
更に、図１および図３に示すように、本実施形態では、ターゲット３５Ｂは、偏向電極６０に内包されている。これにより、ターゲット３５Ｂは、上述のとおり、昇降装置３５Ａの駆動力により成膜空間３０Ａを上下（真空成膜室３０の中心軸方向）に移動できる。
【００６２】
ここで、本件発明者等は、以上の偏向電極６０およびターゲット３５Ｂに適宜の電圧を印加すると、Ａｒ+のドリフトの方向を適切に制御できると考えた。そして、このようなＡｒ+のドリフトの方向の制御の結果として、後述のとおり、Ｃｕ粒子の直線性が向上すると考えた。
【００６３】
図４は、図３の偏向電極によるＡｒ+の偏向の説明に用いる静電界シミュレーションの結果を示した図である。
【００６４】
図４では、ターゲット３５Ｂおよび偏向電極６０による電界の様子を表した電気力線（矢印）、等電位線（実線）および電位分布（グレイスケール）の様子が図示されている。
【００６５】
このような静電界シミュレーションを行うに当たっては、図３に示したターゲット３５Ｂや偏向電極６０の形状と略同一形の解析モデルが、数値計算用の分割単位解析領域（メッシュ領域）によってコンピュータ上に生成されている。そして、ターゲット３５Ｂに対応するメッシュ領域には、「−１０００Ｖ」の電圧データが入力され、偏向電極６０に対応するメッシュ領域には、「＋５０Ｖ」の電圧データが入力されている。
【００６６】
但し、本シミュレーションについては、あくまで、ターゲット３５Ｂおよび偏向電極６０によるＡｒ+の偏向効果を確認することに主眼が置かれている。よって、このような確認に影響を及ぼさない範囲内でモデルの簡略化がなされている。例えば、本静電界シミュレーションでは、シートプラズマ２７自身が持つ浮遊電位（正の電位）のモデル化は省略されている。よって、ターゲット３５Ｂから遠く離れたシートプラズマ近傍領域での解析結果については、必ずしも現実の電界分布と整合性が取れていない。
【００６７】
なお、静電界シミュレーションは、汎用の電磁場解析ソフトを用いているが、解析ソフトの説明は省略する。
【００６８】
図４に示すように、ターゲット３５Ｂの周辺近傍では、ターゲット３５Ｂの負電圧および偏向電極６０の正電圧に基づいて偏向電極６０からターゲット３５Ｂに向く電界Ｅが形成されている。
【００６９】
この電界Ｅの作用により、ターゲット３５Ｂの周辺部では、偏向電極６０内をシートプラズマ２７からターゲット３５Ｂの方向にドリフトするＡｒ+が、図３に示すように、ターゲット３５Ｂの中心方向に偏向される。これにより、Ａｒ+は、ターゲット３５Ｂの中心方向に収束するように斜めに入射すると考えられる（以下、このようなＡｒ+の入射を「Ａｒ+斜め入射」と略す場合がある。）。そして、この場合、Ａｒ+の衝突エネルギによって放出されるＣｕ粒子の割合は、Ａｒ+のターゲット３５Ｂへの入射方向とは逆向きの、基板７０の中心寄りの方向に主成分が存在して、この方向を中心に一定の角度成分を持つと予測される（図３中の二点鎖線参照）。
【００７０】
これに対して、ターゲット３５Ｂの中心部では、偏向電極６０内をシートプラズマ２７からターゲット３５Ｂの方向にドリフトするＡｒ+が、図３に示すように、ターゲット３５Ｂに垂直入射すると考えられる（以下、このようなＡｒ+の入射を「Ａｒ+垂直入射」と略す場合がある。）。そして、この場合、Ａｒ+の衝突エネルギによって放出されるＣｕ粒子の割合は、Ａｒ+の入射方向とは逆向きの、基板７０に垂直な方向に主成分が存在して、この方向を中心に一定の角度分布を持つと予測される（図３中の点線参照）。
【００７１】
以上のとおり、Ａｒ+斜め入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心は、Ａｒ+垂直入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心に対して、基板７０の中心方向にオフセットされると考えられる。
【００７２】
つまり、このようなＣｕ粒子の飛散現象をターゲット３５Ｂの全体においてマクロ的に見ると、Ｃｕ粒子の飛散分布が基板７０の中心に収束するので、基板７０の中心方向におけるＣｕ粒子の直進性が向上する。その結果、高アスペクト比のＣｕ配線用のホールや溝（以下、「ホール等７１」と略す）に、Ｃｕ粒子が適度の直進性を持って入射するので、Ｃｕ粒子をホール等７１の底面まで効率良く到達できると考えられる。
【００７３】
よって、このホール等７１の壁面においてＣｕ堆積膜７２（スパッタリング堆積膜）のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、以下に述べるＣｕ粒子の堆積実験により検証されている。
【実施例】
【００７４】
本実施例のＣｕ粒子の堆積実験は、偏向電極６０によるＣｕ堆積膜７２のカバレッジ性改善を検証する目的で行われた。
【００７５】
図５は、偏向電極に正電圧を印加した場合と、電圧を印加しなかった場合と、において、シリコン基板のホール等へのＣｕ粒子の堆積実験結果の断面写真を掲載した図である。
【００７６】
図５（ａ）では、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧が印加された場合のＣｕ堆積膜７２の写真が掲載されている。図５（ｂ）では、偏向電極６０に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜７２’の写真が掲載されている。
【００７７】
なお、本堆積実験では、偏向電極６０への電圧印加以外の各種の成膜パラメータ（例えば、真空度、成膜時間およびプラズマガン４０の放電電流）については、両者間において同一にしている。また、本堆積実験における偏向電極６０とターゲット３５Ｂとの間の配置関係は、実施形態において述べたものとほぼ同じである。よって、当該配置関係の説明は省略する。更に、本堆積実験では、ターゲット３５Ｂに、−１０００Ｖ程度の電圧が印加されている。
【００７８】
まず、図５に示すように、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧を印加した場合のシリコン基板の主面上（ホール等７１以外の部分）のＣｕ堆積膜７２のトップ膜厚Ｌ１、Ｌ２は、偏向電極６０に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜７２’のトップ膜厚Ｌ１’、Ｌ２’とほほ同じであることが分かる。
【００７９】
このような状況において、ホール等７１（深さＬ１０、入口開口径Ｌ５）におけるＣｕ堆積膜７２のカバレッジ性に関連する各種の膜厚データ（サイド膜厚Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７やボトム膜厚Ｌ８など）について検討した。
【００８０】
図５の写真から容易に目視評価できるように、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧を印加した場合のＣｕ堆積膜７２は、偏向電極６０に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜７２’に比べて、カバレッジ性が改善されていることが分かる。
【００８１】
例えば、シリコン基板の中央部付近において、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧を印加した場合、Ｃｕ堆積膜７２のカバレッジ性を表す一指標としてのＣｕ堆積膜７２の膜厚比率「ボトム膜厚Ｌ８／トップ膜厚Ｌ１（またはトップ膜厚Ｌ２）」が約６０％であるのに対して、偏向電極６０を印加しなかった場合、Ｃｕ堆積膜７２’の膜厚比率「ボトム膜厚Ｌ８’／トップ膜厚Ｌ１’（またはトップ膜厚Ｌ２’）」が約４０％であった。
【００８２】
以上に述べた如く、本実施形態のスパッタリング装置１００は、基板７０およびターゲット３５Ｂが配された真空成膜室３０と、基板７０とターゲット３５Ｂとの間の真空成膜室３０の成膜空間３０Ａにシートプラズマ２７を誘導するプラズマガン４０と、シートプラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の成膜空間３０Ａに配された円筒状の偏向電極６０と、偏向電極６０に正電圧を印加する直流バイアス電源５０と、ターゲット３５Ｂに負電圧を印加する直流バイアス電源５２と、を備える。
【００８３】
そして、このような正負電圧に基づいて、シートプラズマ２７からターゲット３５ＢにドリフトするＡｒ+のターゲット３５Ｂへの入射方向が制御されている。具体的には、正負電圧が作る電界により、Ａｒ+のドリフトは、偏向電極６０内においてターゲット３５Ｂの周辺から中心に向かうように偏向される。
【００８４】
また、本実施形態では、偏向電極６０は、ターゲット３５Ｂの平面視において、ターゲット３５Ｂの周辺に沿ってターゲット３５Ｂを環状に囲み、これにより、偏向電極６０によるＡｒ+のドリフト方向（ターゲット３５Ｂへの入射方向）の制御がターゲット３５Ｂの全周において均等に行える。
【００８５】
更に、本実施形態では、ターゲット３５Ｂは、偏向電極６０の内部に配されているので、ターゲット３５Ｂとシートプラズマ２７との間の距離の調整を、昇降装置３５Ａを用いて容易に行える。
【００８６】
以上の構成により、Ａｒ+斜め入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心は、Ａｒ+垂直入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心に対して、基板７０の中心方向にオフセットされると考えられる。
【００８７】
つまり、Ｃｕ粒子の飛散現象をターゲット３５Ｂの全体においてマクロ的に見ると、Ｃｕ粒子の飛散分布が基板７０の中心に収束するので、基板７０の中心方向におけるＣｕ粒子の直進性が向上する。その結果、高アスペクト比のＣｕ配線用のホール等７１に、Ｃｕ粒子が適度の直進性を持って入射するので、Ｃｕ粒子をホール等７１の底面まで効率良く到達できると考えられる。
【００８８】
よって、ホール等７１の壁面においてＣｕ堆積膜７２（スパッタリング堆積膜）のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、上述のＣｕ粒子の堆積実験で検証されている。
【００８９】
このようにして、本実施形態のスパッタリング装置１００は、ターゲット３５Ｂの入射イオンであるＡｒ+に対して電界による偏向作用を与えている。
【００９０】
よって、本実施形態のスパッタリング装置１００では、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性がスパッタ粒子のイオン化の割合に支配されるという従来例の問題を根本的に解消できる。
【００９１】
また、本実施形態では、シートプラズマ方式のスパッタリング装置１００に、偏向電極６０が組み込まれ、これにより、本実施形態のスパッタリング装置１００は、様々な効果を奏する。
【００９２】
例えば、シートプラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間を適切に離すことができる。このため、偏向電極６０によってＡｒ+のドリフト方向（ターゲット３５Ｂへの入射方向）を制御できる空間（距離）を充分に確保できるので好都合である。
【００９３】
また、このようなシートプラズマ２７を用いると、シートプラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の距離が、ターゲット３５Ｂのほぼ全域に亘り一定となるので、偏向電極６０によるＡｒ+のドリフト方向（ターゲット３５Ｂへの入射方向）の制御がターゲット３５Ｂの全域において均等に行える。
【００９４】
但し、本明細書の技術は、シートプラズマ方式のスパッタリング法との組合せにおいて、上述のような様々な効果を奏するが、必ずしも、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の用途には限定されない。例えば、円柱状のプラズマを用いるスパッタリング法であっても、或いは、イオンビームスパッタリング（ＩＢＳ）法であっても本技術を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置が得られる。
【００９６】
よって、本発明は、例えば、シートプラズマ方式のスパッタリング装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態によるスパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるスパッタリング装置に用いる偏向電極の一構成例を示した斜視図である。
【図３】図１の偏向電極によるＡｒ+の偏向の様子、および、スパッタ粒子の飛散の様子を模式的に示した図である。
【図４】図３の偏向電極によるＡｒ+の偏向の説明に用いる静電界シミュレーションの結果を示した図である。
【図５】偏向電極に正電圧を印加した場合と、電圧を印加しなかった場合と、において、シリコン基板のホール等へのＣｕ粒子の堆積実験結果の断面写真を掲載した図である。（ａ）では、偏向電極に「＋５０Ｖ」の電圧が印加された場合のＣｕ堆積膜の写真が掲載されている。（ｂ）では、偏向電極に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜の写真が掲載されている。
【図６】シリコン基板へのＣｕ電極配線形成の一例について、各工程を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００９８】
２０ シートプラズマ変形室
２２ 円柱プラズマ
２３ 第１電磁コイル
２４Ａ、２４Ｂ 棒磁石
３６ 真空ポンプ
３７ バルブ
２７ シートプラズマ
２８、２９ 通路
３０ 真空成膜室
３０Ａ 成膜空間
３２ 第２電磁コイル
３３ 第３電磁コイル
３４Ｂ 基板ホルダ
３４Ａ、３５Ａ 昇降装置
３５Ｂ ターゲット（Ｃｕターゲット）
３８ 永久磁石
４０ プラズマガン
４１ カソードユニット
５０、５２ 直流バイアス電源
５１ 高周波バイアス電源
６０ 偏向電極
７０ 基板
７１ ホール等
７２ Ｃｕ堆積膜（スパッタリング堆積膜）
１００ スパッタリング装置
２００ 偏向電極の中心軸
Ａ アノード
Ｇ1、Ｇ2 中間電極
Ｓ 主面
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの配線微細化や高速化に伴い、デバイス内の配線材料としてアルミよりも抵抗率が低い銅（Ｃｕ）が注目されている。シリコン基板へのＣｕ電極配線の形成は、通常、スパッタリング技術と電解メッキ技術との組合せにより、以下のような方法で行われる。
【０００３】
図６は、シリコン基板へのＣｕ電極配線形成の一例について各工程を模式的に示した図である。
【０００４】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板（図示せず）上のシリコン酸化層に配線用の溝やホールを設け、当該溝やホールにＣｕ拡散防止用のタンタル（Ｔａ）からなるバリア膜（以下、「Ｔａバリア膜」と略す）がスパッタリング法によって形成される。
【０００５】
そして、図６（ｂ）に示すように、このＴａバリア膜を覆うように、電解メッキ時の下地電極膜の役割を果たすＣｕからなるシード膜（以下、「Ｃｕシード膜」と略す）がスパッタリング法によって形成される。
【０００６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、Ｃｕ電極配線が、Ｃｕシード膜を覆うようにして、溝やホールに電解メッキ法により埋め込まれる。
【０００７】
最後に、図６（ｄ）に示すように、Ｃｕ電極配線が、適宜の平坦化法（例えば、ＣＭＰ）により平坦化される。
【０００８】
ところで、特許文献１には、プラズマガンからの円柱形のプラズマを、Ｎ極同士の一対の永久磁石で挟み、これにより、高密度の均一なシートプラズマを大面積に形成できることが記載されている。また、このようなシートプラズマをターゲットおよび基板間に誘導すると、シートプラズマ方式のスパッタリングを行えるとされている（特許文献２参照）。
【０００９】
よって、上述のシートプラズマ技術を応用して、シリコン基板のホールや溝にＴａバリア膜やＣｕシード膜を形成できると、半導体用配線プロセスにおいて、成膜面積の大面積化や成膜の効率化を行えるので都合がよい。
【特許文献１】特公平４−２３４００号公報
【特許文献２】特開２００５−１７９７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本件発明者等は、微細なホールや溝に高カバレッジのＣｕシード膜形成が行えるよう、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の改良に取り組んでいる。そして、この場合、スパッタ粒子の飛散方向を適切に制御できると（具体的には、基板の中心方向におけるスパッタ粒子の直進性を改善できると）、Ｃｕシード膜のカバレッジ性の改善が可能になると考えている。
【００１１】
なお、この点に関して、マグネトロンプラズマ方式のスパッタリング装置においては、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性の改善法として、イオン化されたスパッタ粒子の方向を、電界により制御できる構造がすでに提案されている（従来例としての特開２００１−１９２８２４号公報）。
【００１２】
しかし、従来例のごとく、スパッタ粒子の方向を電界制御するには、スパッタ粒子のイオン化が前提となる。従って、従来例の構造では、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性が、スパッタ粒子のイオン化の割合に支配されるという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本件発明者等は、電界によりスパッタ粒子を偏向することに代えて、ターゲットの入射イオンを偏向することにより、上述の従来例の問題を解決できることに気がついた。
【００１５】
よって、本発明は、このような知見に基づいてはじめて案出できたものであり、
基板およびターゲットが配された真空成膜室と、
前記基板と前記ターゲットとの間の前記真空成膜室の成膜空間にプラズマを誘導するプラズマガンと、
前記成膜空間に配された偏向電極と、
前記偏向電極に正電圧を印加する第１電源と、
前記ターゲットに負電圧を印加する第２電源と、を備え、
前記正負電圧に基づいて、前記プラズマから前記ターゲットにドリフトする正イオンの前記ターゲットへの入射方向が制御されているスパッタリング装置を提供する。
【００１６】
ここで、本発明では、前記偏向電極は、前記プラズマと前記ターゲットとの間に配されてもよい。
【００１７】
また、筒状の前記偏向電極が、前記ターゲットの平面視において、前記ターゲットの周辺に沿って前記ターゲットを環状に囲んでもよい。そして、前記ターゲットは、前記偏向電極の内部に配されてもよい。
【００１８】
以上の構成により、本発明は様々な効果を奏する。
【００１９】
例えば、偏向電極が、ターゲットの周辺に沿ってターゲットを環状に囲んでいるので、ターゲットの周囲全域において均等に、正イオンのターゲットへの入射方向を制御できる。また、ターゲットが、偏向電極の内部に配されているので、シートプラズマ方式のスパッタリング装置に上述の偏向電極を組み込む場合には、ターゲットとシートプラズマとの間の距離の調整を行える。
【００２０】
また、本発明では、前記正負電圧が作る電界により、前記正イオンのドリフトは、前記偏向電極内において前記ターゲットの周辺から中心に向かうように偏向されてもよい。
【００２１】
これにより、正イオンがターゲットに斜めに入射する場合のスパッタ粒子の飛散分布の中心は、正イオンがターゲットに垂直に入射する場合のスパッタ粒子の飛散分布の中心に対して、基板の中心方向にオフセットされると考えられる。
【００２２】
つまり、このようなスパッタ粒子の飛散現象をターゲットの全体においてマクロ的に見ると、スパッタ粒子の飛散分布が基板の中心に収束するので、基板の中心方向におけるスパッタ粒子の直進性が向上する。その結果、基板配線用の高アスペクト比のホールや溝などに、スパッタ粒子が適度の直進性を持って入射するので、スパッタ粒子をホールや溝などの底面まで効率良く到達できると考えられる。
【００２３】
よって、ホールや溝の壁面においてスパッタリング堆積膜のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、後述のスパッタ粒子の堆積実験で検証されている。
【００２４】
また、本発明では、前記プラズマを挟み、同磁極が向き合っている一対の磁界発生手段を更に備えてもよい。そして、前記プラズマは、前記磁界発生手段の対が作る磁界により前記ターゲットと平行なシート状に拡がり、前記シート状のプラズマが、前記成膜空間に誘導されてもよい。
【００２５】
このように、本発明では、シートプラズマ方式のスパッタリング装置に、偏向電極が組み込まれている。
【００２６】
よって、シートプラズマとターゲットとの間を適切に離すことができる。このため、偏向電極によって正イオンのドリフト方向（ターゲットへの入射方向）を制御できる距離を充分に確保できるので好都合である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。
【００３０】
本実施形態のスパッタリング装置１００は、放電プラズマ輸送の方向から見て順番に、放電プラズマを高密度に生成するプラズマガン４０と、プラズマ輸送の方向を中心軸とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製やガラス製）のシートプラズマ変形室２０と、プラズマ輸送の方向と直交する方向を中心軸とした円筒状の非磁性（例えばステンレス製）の真空成膜室３０と、を備える。
【００３１】
なお、ここでは、詳細な説明は省略するが、これらの各部４０、２０、３０は、プラズマを輸送する通路を介して互いに気密状態を保って連通されている。
【００３２】
まず、プラズマガン４０の構成およびシートプラズマ変形室２０の周辺の構成について概説する。
【００３３】
スパッタリング装置１００のプラズマガン４０は、公知の圧力勾配型ガンであり、カソードユニット４１および中間電極Ｇ1、Ｇ2を内蔵している。また、プラズマガン４０には、放電により電離される放電ガス（ここでは、アルゴンガス）をプラズマガン４０内の放電空間に導くことができる放電ガス供給手段（図示せず）も併設されている。
【００３４】
以上の構成により、上述のプラズマガン４０では、プラズマガン電源（図示せず）を用いてカソードユニット４１およびアノードＡ（後述）間に低電圧かつ大電流のアーク放電を発生できる。
【００３５】
このようにして、放電プラズマの輸送中心に対して略等密度な分布の円柱状のアーク放電プラズマ（以下、「円柱プラズマ２２」という）がプラズマガン４０の放電空間に形成される。そして、この円柱プラズマ２２が、図１に示すように、プラズマガン４０からシートプラズマ変形室２０に引き出される。
【００３６】
また、シートプラズマ変形室２０では、図１に示すように、一対の角形の棒磁石２４Ａ、２４Ｂ（永久磁石；磁界発生手段の対）が、シートプラズマ変形室２０のプラズマ輸送空間を挟むよう、一定の間隔をあけて配設されている。本実施形態では、これらの棒磁石２４Ａ、２４ＢのＮ極同士が対向している。そして、第１電磁コイル２３（空芯コイル）が作るコイル磁界と、棒磁石２４Ａ、２４Ｂが作る磁石磁界との相互作用に基づいて、円柱プラズマ２２は、その輸送方向の輸送中心を含む平面Ｓに沿って拡がるシート状のプラズマ（以下、「シートプラズマ２７」という）に変形される。そして、このシートプラズマ２７が、シートプラズマ変形室２０から通路２８を通り、真空成膜室３０の成膜空間３０Ａに誘導される。
【００３７】
なお、以上の磁界によるシートプラズマ２７の変形法は、すでに周知である。よって、この詳細な説明は、ここでは省略する。
【００３８】
次に、真空成膜室３０の構成について説明する。
【００３９】
真空成膜室３０は、シートプラズマ２７中のＡｒ+（アルゴン正イオン）の衝突エネルギによりターゲット３５Ｂの材料（例えば銅）をスパッタ粒子として放出する成膜チャンバに相当する。この真空成膜室３０は、図１に示すように、接地されており、成膜空間３０Ａを有する。また、この成膜空間３０Ａは、バルブ３７により開閉可能な排気口からターボポンプなどの真空ポンプ３６により真空排気される。これにより、この成膜空間３０Ａはスパッタリングプロセス可能なレベルの真空度にまで速やかに減圧される。
【００４０】
本実施形態では、円板状のターゲット３５Ｂは、円板状のターゲットホルダ（図示せず）に装着された状態において、昇降装置３５Ａの駆動力により成膜空間３０Ａを上下（真空成膜室３０の中心軸方向）に移動できる。これにより、ターゲット３５Ｂとシートプラズマ２７との間の好適な距離が設定される。
【００４１】
同様に、円板状の基板７０は、円板状の基板ホルダ３４Ｂに装着された状態において、昇降装置３４Ａの駆動力により成膜空間３０Ａを上下（真空成膜室３０の中心軸方向）に移動できる。これにより、基板７０とシートプラズマ２７との間の好適な距離が設定される。
【００４２】
このようにして、円板状のターゲット３５Ｂおよび基板７０が、シートプラズマ２７の厚み方向に一定の好適な間隔Ｌをあけてシートプラズマ２７を挟み、成膜空間３０Ａにおいて同軸状に対向して配されている。
【００４３】
また、本実施形態では、ターゲット３５Ｂは、図１に示すように、直流バイアス電源５２により負電圧（−１０００Ｖ程度のマイナス電圧）が印加されている。
【００４４】
このような負電圧により、シートプラズマ２７中のＡｒ+がターゲット３５Ｂに向かって引き付けられ、Ａｒ+がターゲット３５Ｂに衝突する。すると、この衝突エネルギにより、ターゲット３５Ｂからスパッタ粒子（ここでは、銅（Ｃｕ）粒子）が基板７０に向かって放出される。
【００４５】
更に、本実施形態では、円筒状の偏向電極６０（イオンリフレクタ）が、ターゲット３５Ｂの周囲に配され、この偏向電極６０は、直流バイアス電源５０によりバイアス電圧（正電圧）が印加されている。
【００４６】
これにより、Ａｒ+のターゲット３５Ｂへのドリフトの過程において、偏向電極６０に印加される電圧の作用（電界）によって、図１に示すように、Ａｒ+の軌跡が曲げられる。なお、このような偏向電極６０の構成については、後程、詳述する。
【００４７】
また、基板ホルダ３４Ｂは、図１に示すように、高周波バイアス電源５１により高周波（ＲＦ）電力が印加されている。
【００４８】
これにより、シートプラズマ２７を横切る際にシートプラズマ２７の作用により電離されたＣｕ粒子（Ｃｕ+）を、ＲＦ電力のセルフバイアスによって基板７０に適切に引き込むことができる。
【００４９】
次に、真空成膜室３０の周辺の構成を説明する。
【００５０】
真空成膜室３０のプラズマガン４０と反対側の側方には、アノードＡが配置され、真空成膜室３０の側壁とアノードＡとの間には、シートプラズマ２７の通路２９が設けられている。
【００５１】
アノードＡは、プラズマガン４０のカソードユニット４１に対して所定の基準電位が与えられる。これにより、アノードＡは、カソードユニット４１およびアノードＡの間のアーク放電に基づくシートプラズマ２７中の荷電粒子（特に電子）を回収する役割を有している。
【００５２】
また、アノードＡの裏面（カソードユニット４１に対する対向面の反対側の面）には、アノードＡ側をＳ極、その反対側をＮ極とした永久磁石３８が配されている。
【００５３】
この永久磁石３８のＮ極から出てＳ極に入る主面Ｓに沿った磁力線により、アノードＡに向かうシートプラズマ２７の幅方向（プラズマの拡がり方向）の拡散を抑えるようにシートプラズマ２７が幅方向に収束される。その結果、シートプラズマ２７の荷電粒子が、アノードＡに適切に回収される。
【００５４】
また、図１に示すように、第２電磁コイル３２および第３電磁コイル３３（いずれも空芯コイル）が、互いに対をなして、真空成膜室３０の成膜空間３０Ａを挟み、異極同士（ここでは、第２電磁コイル３２はＮ極、第３電磁コイル３３はＳ極）を向かい合わせて配置されている。第２電磁コイル３２は、棒磁石２４Ａ、２４Ｂと真空成膜室３０との間のプラズマ輸送方向の適所に配置され、第３電磁コイル３３は、真空成膜室３０とアノード１５との間のプラズマ輸送方向の適所に配置されている。
【００５５】
これらの第１および第２電磁コイル３２、３３の対が作るコイル磁界（例えば１０Ｇ〜３００Ｇ程度）により、シートプラズマ２７は、プラズマの拡がり方向の拡散を適切に抑えるように整形される。
【００５６】
次に、本発明の実施形態の特徴部である偏向電極６０の構成について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図２は、本発明の実施形態によるスパッタリング装置に用いる偏向電極の一構成例を示した斜視図である。
【００５８】
また、図３は、図１の偏向電極によるＡｒ+の偏向の様子、および、スパッタ粒子の飛散の様子を模式的に示した図である。
【００５９】
なお、スパッタリング装置１００の真空成膜室３０の内部は、偏向電極６０の中心軸２００を中心とする対称な構造となっている。よって、図３では、真空成膜室３０の内部の半分のみが図示されている。また、図面の簡素化を図る観点から、真空成膜室３０内の構成要素の一部（例えば、昇降装置３４Ａ、３５Ａなど）の図示が省略されている。
【００６０】
図２および図３に示すように、偏向電極６０は、円板状のターゲット３５Ｂと直交する方向を中心軸２００とする、ターゲット３５Ｂと同軸状に配された金属製の円筒体である。そして、ターゲット３５Ｂを平面視した場合には、偏向電極６０（円筒体）およびターゲット３５Ｂは相似形の形態を有しており、偏向電極６０（円筒体）の内寸は、ターゲット３５Ｂの外寸よりも若干大きめになっている。つまり、ターゲット３５Ｂを平面視した場合には、偏向電極６０が、ターゲット３５Ｂの周辺に沿ってターゲット３５Ｂの周辺を円環状に囲んでいる。
【００６１】
更に、図１および図３に示すように、本実施形態では、ターゲット３５Ｂは、偏向電極６０に内包されている。これにより、ターゲット３５Ｂは、上述のとおり、昇降装置３５Ａの駆動力により成膜空間３０Ａを上下（真空成膜室３０の中心軸方向）に移動できる。
【００６２】
ここで、本件発明者等は、以上の偏向電極６０およびターゲット３５Ｂに適宜の電圧を印加すると、Ａｒ+のドリフトの方向を適切に制御できると考えた。そして、このようなＡｒ+のドリフトの方向の制御の結果として、後述のとおり、Ｃｕ粒子の直線性が向上すると考えた。
【００６３】
図４は、図３の偏向電極によるＡｒ+の偏向の説明に用いる静電界シミュレーションの結果を示した図である。
【００６４】
図４では、ターゲット３５Ｂおよび偏向電極６０による電界の様子を表した電気力線（矢印）、等電位線（実線）および電位分布（グレイスケール）の様子が図示されている。
【００６５】
このような静電界シミュレーションを行うに当たっては、図３に示したターゲット３５Ｂや偏向電極６０の形状と略同一形の解析モデルが、数値計算用の分割単位解析領域（メッシュ領域）によってコンピュータ上に生成されている。そして、ターゲット３５Ｂに対応するメッシュ領域には、「−１０００Ｖ」の電圧データが入力され、偏向電極６０に対応するメッシュ領域には、「＋５０Ｖ」の電圧データが入力されている。
【００６６】
但し、本シミュレーションについては、あくまで、ターゲット３５Ｂおよび偏向電極６０によるＡｒ+の偏向効果を確認することに主眼が置かれている。よって、このような確認に影響を及ぼさない範囲内でモデルの簡略化がなされている。例えば、本静電界シミュレーションでは、シートプラズマ２７自身が持つ浮遊電位（正の電位）のモデル化は省略されている。よって、ターゲット３５Ｂから遠く離れたシートプラズマ近傍領域での解析結果については、必ずしも現実の電界分布と整合性が取れていない。
【００６７】
なお、静電界シミュレーションは、汎用の電磁場解析ソフトを用いているが、解析ソフトの説明は省略する。
【００６８】
図４に示すように、ターゲット３５Ｂの周辺近傍では、ターゲット３５Ｂの負電圧および偏向電極６０の正電圧に基づいて偏向電極６０からターゲット３５Ｂに向く電界Ｅが形成されている。
【００６９】
この電界Ｅの作用により、ターゲット３５Ｂの周辺部では、偏向電極６０内をシートプラズマ２７からターゲット３５Ｂの方向にドリフトするＡｒ+が、図３に示すように、ターゲット３５Ｂの中心方向に偏向される。これにより、Ａｒ+は、ターゲット３５Ｂの中心方向に収束するように斜めに入射すると考えられる（以下、このようなＡｒ+の入射を「Ａｒ+斜め入射」と略す場合がある。）。そして、この場合、Ａｒ+の衝突エネルギによって放出されるＣｕ粒子の割合は、Ａｒ+のターゲット３５Ｂへの入射方向とは逆向きの、基板７０の中心寄りの方向に主成分が存在して、この方向を中心に一定の角度成分を持つと予測される（図３中の二点鎖線参照）。
【００７０】
これに対して、ターゲット３５Ｂの中心部では、偏向電極６０内をシートプラズマ２７からターゲット３５Ｂの方向にドリフトするＡｒ+が、図３に示すように、ターゲット３５Ｂに垂直入射すると考えられる（以下、このようなＡｒ+の入射を「Ａｒ+垂直入射」と略す場合がある。）。そして、この場合、Ａｒ+の衝突エネルギによって放出されるＣｕ粒子の割合は、Ａｒ+の入射方向とは逆向きの、基板７０に垂直な方向に主成分が存在して、この方向を中心に一定の角度分布を持つと予測される（図３中の点線参照）。
【００７１】
以上のとおり、Ａｒ+斜め入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心は、Ａｒ+垂直入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心に対して、基板７０の中心方向にオフセットされると考えられる。
【００７２】
つまり、このようなＣｕ粒子の飛散現象をターゲット３５Ｂの全体においてマクロ的に見ると、Ｃｕ粒子の飛散分布が基板７０の中心に収束するので、基板７０の中心方向におけるＣｕ粒子の直進性が向上する。その結果、高アスペクト比のＣｕ配線用のホールや溝（以下、「ホール等７１」と略す）に、Ｃｕ粒子が適度の直進性を持って入射するので、Ｃｕ粒子をホール等７１の底面まで効率良く到達できると考えられる。
【００７３】
よって、このホール等７１の壁面においてＣｕ堆積膜７２（スパッタリング堆積膜）のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、以下に述べるＣｕ粒子の堆積実験により検証されている。
【実施例】
【００７４】
本実施例のＣｕ粒子の堆積実験は、偏向電極６０によるＣｕ堆積膜７２のカバレッジ性改善を検証する目的で行われた。
【００７５】
図５は、偏向電極に正電圧を印加した場合と、電圧を印加しなかった場合と、において、シリコン基板のホール等へのＣｕ粒子の堆積実験結果の断面写真を掲載した図である。
【００７６】
図５（ａ）では、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧が印加された場合のＣｕ堆積膜７２の写真が掲載されている。図５（ｂ）では、偏向電極６０に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜７２’の写真が掲載されている。
【００７７】
なお、本堆積実験では、偏向電極６０への電圧印加以外の各種の成膜パラメータ（例えば、真空度、成膜時間およびプラズマガン４０の放電電流）については、両者間において同一にしている。また、本堆積実験における偏向電極６０とターゲット３５Ｂとの間の配置関係は、実施形態において述べたものとほぼ同じである。よって、当該配置関係の説明は省略する。更に、本堆積実験では、ターゲット３５Ｂに、−１０００Ｖ程度の電圧が印加されている。
【００７８】
まず、図５に示すように、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧を印加した場合のシリコン基板の主面上（ホール等７１以外の部分）のＣｕ堆積膜７２のトップ膜厚Ｌ１、Ｌ２は、偏向電極６０に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜７２’のトップ膜厚Ｌ１’、Ｌ２’とほほ同じであることが分かる。
【００７９】
このような状況において、ホール等７１（深さＬ１０、入口開口径Ｌ５）におけるＣｕ堆積膜７２のカバレッジ性に関連する各種の膜厚データ（サイド膜厚Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７やボトム膜厚Ｌ８など）について検討した。
【００８０】
図５の写真から容易に目視評価できるように、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧を印加した場合のＣｕ堆積膜７２は、偏向電極６０に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜７２’に比べて、カバレッジ性が改善されていることが分かる。
【００８１】
例えば、シリコン基板の中央部付近において、偏向電極６０に「＋５０Ｖ」の電圧を印加した場合、Ｃｕ堆積膜７２のカバレッジ性を表す一指標としてのＣｕ堆積膜７２の膜厚比率「ボトム膜厚Ｌ８／トップ膜厚Ｌ１（またはトップ膜厚Ｌ２）」が約６０％であるのに対して、偏向電極６０を印加しなかった場合、Ｃｕ堆積膜７２’の膜厚比率「ボトム膜厚Ｌ８’／トップ膜厚Ｌ１’（またはトップ膜厚Ｌ２’）」が約４０％であった。
【００８２】
以上に述べた如く、本実施形態のスパッタリング装置１００は、基板７０およびターゲット３５Ｂが配された真空成膜室３０と、基板７０とターゲット３５Ｂとの間の真空成膜室３０の成膜空間３０Ａにシートプラズマ２７を誘導するプラズマガン４０と、シートプラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の成膜空間３０Ａに配された円筒状の偏向電極６０と、偏向電極６０に正電圧を印加する直流バイアス電源５０と、ターゲット３５Ｂに負電圧を印加する直流バイアス電源５２と、を備える。
【００８３】
そして、このような正負電圧に基づいて、シートプラズマ２７からターゲット３５ＢにドリフトするＡｒ+のターゲット３５Ｂへの入射方向が制御されている。具体的には、正負電圧が作る電界により、Ａｒ+のドリフトは、偏向電極６０内においてターゲット３５Ｂの周辺から中心に向かうように偏向される。
【００８４】
また、本実施形態では、偏向電極６０は、ターゲット３５Ｂの平面視において、ターゲット３５Ｂの周辺に沿ってターゲット３５Ｂを環状に囲み、これにより、偏向電極６０によるＡｒ+のドリフト方向（ターゲット３５Ｂへの入射方向）の制御がターゲット３５Ｂの全周において均等に行える。
【００８５】
更に、本実施形態では、ターゲット３５Ｂは、偏向電極６０の内部に配されているので、ターゲット３５Ｂとシートプラズマ２７との間の距離の調整を、昇降装置３５Ａを用いて容易に行える。
【００８６】
以上の構成により、Ａｒ+斜め入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心は、Ａｒ+垂直入射でのＣｕ粒子の飛散分布の中心に対して、基板７０の中心方向にオフセットされると考えられる。
【００８７】
つまり、Ｃｕ粒子の飛散現象をターゲット３５Ｂの全体においてマクロ的に見ると、Ｃｕ粒子の飛散分布が基板７０の中心に収束するので、基板７０の中心方向におけるＣｕ粒子の直進性が向上する。その結果、高アスペクト比のＣｕ配線用のホール等７１に、Ｃｕ粒子が適度の直進性を持って入射するので、Ｃｕ粒子をホール等７１の底面まで効率良く到達できると考えられる。
【００８８】
よって、ホール等７１の壁面においてＣｕ堆積膜７２（スパッタリング堆積膜）のカバレッジ性の改善が期待できる。なお、このことは、上述のＣｕ粒子の堆積実験で検証されている。
【００８９】
このようにして、本実施形態のスパッタリング装置１００は、ターゲット３５Ｂの入射イオンであるＡｒ+に対して電界による偏向作用を与えている。
【００９０】
よって、本実施形態のスパッタリング装置１００では、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性がスパッタ粒子のイオン化の割合に支配されるという従来例の問題を根本的に解消できる。
【００９１】
また、本実施形態では、シートプラズマ方式のスパッタリング装置１００に、偏向電極６０が組み込まれ、これにより、本実施形態のスパッタリング装置１００は、様々な効果を奏する。
【００９２】
例えば、シートプラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間を適切に離すことができる。このため、偏向電極６０によってＡｒ+のドリフト方向（ターゲット３５Ｂへの入射方向）を制御できる空間（距離）を充分に確保できるので好都合である。
【００９３】
また、このようなシートプラズマ２７を用いると、シートプラズマ２７とターゲット３５Ｂとの間の距離が、ターゲット３５Ｂのほぼ全域に亘り一定となるので、偏向電極６０によるＡｒ+のドリフト方向（ターゲット３５Ｂへの入射方向）の制御がターゲット３５Ｂの全域において均等に行える。
【００９４】
但し、本明細書の技術は、シートプラズマ方式のスパッタリング法との組合せにおいて、上述のような様々な効果を奏するが、必ずしも、シートプラズマ方式のスパッタリング装置の用途には限定されない。例えば、円柱状のプラズマを用いるスパッタリング法であっても、或いは、イオンビームスパッタリング（ＩＢＳ）法であっても本技術を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、スパッタリング堆積膜のカバレッジ性を適切かつ充分に改善できるスパッタリング装置が得られる。
【００９６】
よって、本発明は、例えば、シートプラズマ方式のスパッタリング装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態によるスパッタリング装置の一構成例を示した概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるスパッタリング装置に用いる偏向電極の一構成例を示した斜視図である。
【図３】図１の偏向電極によるＡｒ+の偏向の様子、および、スパッタ粒子の飛散の様子を模式的に示した図である。
【図４】図３の偏向電極によるＡｒ+の偏向の説明に用いる静電界シミュレーションの結果を示した図である。
【図５】偏向電極に正電圧を印加した場合と、電圧を印加しなかった場合と、において、シリコン基板のホール等へのＣｕ粒子の堆積実験結果の断面写真を掲載した図である。（ａ）では、偏向電極に「＋５０Ｖ」の電圧が印加された場合のＣｕ堆積膜の写真が掲載されている。（ｂ）では、偏向電極に電圧を印加しなかった場合のＣｕ堆積膜の写真が掲載されている。
【図６】シリコン基板へのＣｕ電極配線形成の一例について、各工程を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００９８】
２０ シートプラズマ変形室
２２ 円柱プラズマ
２３ 第１電磁コイル
２４Ａ、２４Ｂ 棒磁石
３６ 真空ポンプ
３７ バルブ
２７ シートプラズマ
２８、２９ 通路
３０ 真空成膜室
３０Ａ 成膜空間
３２ 第２電磁コイル
３３ 第３電磁コイル
３４Ｂ 基板ホルダ
３４Ａ、３５Ａ 昇降装置
３５Ｂ ターゲット（Ｃｕターゲット）
３８ 永久磁石
４０ プラズマガン
４１ カソードユニット
５０、５２ 直流バイアス電源
５１ 高周波バイアス電源
６０ 偏向電極
７０ 基板
７１ ホール等
７２ Ｃｕ堆積膜（スパッタリング堆積膜）
１００ スパッタリング装置
２００ 偏向電極の中心軸
Ａ アノード
Ｇ1、Ｇ2 中間電極
Ｓ 主面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板およびターゲットが配された真空成膜室と、
前記基板と前記ターゲットとの間の前記真空成膜室の成膜空間にプラズマを誘導するプラズマガンと、
前記成膜空間に配された偏向電極と、
前記偏向電極に正電圧を印加する第１電源と、
前記ターゲットに負電圧を印加する第２電源と、を備え、
前記正負電圧に基づいて、前記プラズマから前記ターゲットにドリフトする正イオンの前記ターゲットへの入射方向が制御されているスパッタリング装置。
【請求項２】
前記偏向電極は、前記プラズマと前記ターゲットとの間に配されている請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
筒状の前記偏向電極が、前記ターゲットの平面視において、前記ターゲットの周辺に沿って前記ターゲットを環状に囲んでいる請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記ターゲットは、前記偏向電極の内部に配されている請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記正負電圧が作る電界により、前記正イオンのドリフトは、前記偏向電極内において前記ターゲットの周辺から中心に向かうように偏向されている請求項１ないし４のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記プラズマを挟み、同磁極が向き合っている一対の磁界発生手段を更に備え、
前記プラズマは、前記磁界発生手段の対が作る磁界により前記ターゲットと平行なシート状に拡がり、前記シート状のプラズマが、前記成膜空間に誘導されている請求項１ないし５のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項１】
基板およびターゲットが配された真空成膜室と、
前記基板と前記ターゲットとの間の前記真空成膜室の成膜空間にプラズマを誘導するプラズマガンと、
前記成膜空間に配された偏向電極と、
前記偏向電極に正電圧を印加する第１電源と、
前記ターゲットに負電圧を印加する第２電源と、を備え、
前記正負電圧に基づいて、前記プラズマから前記ターゲットにドリフトする正イオンの前記ターゲットへの入射方向が制御されているスパッタリング装置。
【請求項２】
前記偏向電極は、前記プラズマと前記ターゲットとの間に配されている請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
筒状の前記偏向電極が、前記ターゲットの平面視において、前記ターゲットの周辺に沿って前記ターゲットを環状に囲んでいる請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記ターゲットは、前記偏向電極の内部に配されている請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記正負電圧が作る電界により、前記正イオンのドリフトは、前記偏向電極内において前記ターゲットの周辺から中心に向かうように偏向されている請求項１ないし４のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記プラズマを挟み、同磁極が向き合っている一対の磁界発生手段を更に備え、
前記プラズマは、前記磁界発生手段の対が作る磁界により前記ターゲットと平行なシート状に拡がり、前記シート状のプラズマが、前記成膜空間に誘導されている請求項１ないし５のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１２１１８４（Ｐ２０１０−１２１１８４Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６５０５（Ｐ２００８−２９６５０５）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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