スパッタ装置およびプラズマ処理装置
【課題】成膜レートの安定化、面内均一性の向上およびターゲットの長寿命化を図る。
【解決手段】プラズマ形成空間２１ａを形成する真空槽２１と、この真空槽の上部を閉塞する天板２９と、プラズマ形成空間にプラズマを発生させる高周波コイル２３と、磁気コイル群２４と、プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージ２６と、プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入部３３と、天板に固定されたスパッタリング用のターゲット４０とを備え、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行って基板の表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成するプラズマ処理装置２０であって、ターゲット４０の外周部をプラズマ形成空間に向かって突出形成することによって、ターゲットの外周部の集中的な摩耗による成膜レートのバラツキ、面内均一性の低下およびターゲットの寿命の低下を抑制する。
【解決手段】プラズマ形成空間２１ａを形成する真空槽２１と、この真空槽の上部を閉塞する天板２９と、プラズマ形成空間にプラズマを発生させる高周波コイル２３と、磁気コイル群２４と、プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージ２６と、プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入部３３と、天板に固定されたスパッタリング用のターゲット４０とを備え、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行って基板の表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成するプラズマ処理装置２０であって、ターゲット４０の外周部をプラズマ形成空間に向かって突出形成することによって、ターゲットの外周部の集中的な摩耗による成膜レートのバラツキ、面内均一性の低下およびターゲットの寿命の低下を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期に亘るスパッタレートの安定化、面内分布の改善およびターゲットの長寿命化を図ることができるスパッタ装置およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板の表面の加工には、プラズマエッチング（ドライエッチング）方法が広く用いられている。室温における原子状（ラジカル）フッ素とシリコンの反応は自発的であり、比較的高いエッチングレートが得られることから、シリコン基板のエッチングでは、エッチングガスとしてＳＦ6、ＮＦ3、ＣＯＦ2、ＸｅＦ2等のフッ素を含むガスが多用されている。
【０００３】
一方、フッ素を含むエッチングガスを用いたシリコン基板のドライエッチングは等方的であるため、形成された凹部（エッチングパターン）の側面にもエッチングが進行する。このため、スルーホールやディープトレンチなどの微細でアスペクト比の高いビアを高精度に形成することが困難であった。
【０００４】
そこで近年、パターンの側面に保護膜を形成しながらエッチングを行うことで、エッチングの横方向の広がりを抑え、パターン側面の垂直性を維持できるシリコン基板の深掘り加工技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、エッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返して行うことで、エッチング工程で露出したパターンの底部および側面にポリマー層からなる保護膜を形成しながらエッチングを行う方法が開示されている。保護膜形成工程で凹部の側面に形成されたポリマー層は、パターンの底部に形成されたポリマー層に比べて、エッチング工程において除去される量が少ないため、このパターンの側面に形成されたポリマー層がエッチング保護膜として機能し、エッチング方向をパターン深さ方向に制限する異方性エッチングが実現可能となる。
【０００６】
特に、特許文献１に記載の方法では、保護膜の成膜に、基板に対向配置されたターゲット材に対するアルゴンガスを用いたスパッタ法が採用されている。
【０００７】
図６に従来のプラズマ処理装置１０の概略構成を示す。プラズマ処理装置１０は、ＮＬＤ（磁気中性線放電：magnetic Neutral Loop Discharge）型のプラズマエッチング装置としての機能と、ＮＬＤを利用したスパッタ装置としての機能を有しており、エッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返し行って、シリコン基板の表面あるいは内部に高アスペクト比の孔やディープトレンチを形成する。
【０００８】
図６において、２１は真空槽であり、内部にプラズマ形成空間２１ａを含む真空チャンバを形成している。真空槽２１にはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプが接続され、真空槽２１の内部が所定の真空度に真空排気されている。プラズマ形成空間２１ａは、真空槽２１の一部を構成する筒状壁２２の内部に形成されている。筒状壁２２の外周側には、第１高周波電源ＲＦ１に接続されたプラズマ発生用の高周波コイル（アンテナ）２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された三つの磁気コイル２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）がそれぞれ配置されている。
【０００９】
磁気コイル２４Ａと磁気コイル２４Ｃにはそれぞれ同一方向に電流が供給され、磁気コイル２４Ｂには他の磁気コイル２４Ａ，２４Ｃと逆方向に電流が供給される。その結果、プラズマ形成空間２１ａにおいて、磁場ゼロとなる磁気中性線２５がリング状に連続して形成され、高周波コイル２３により磁気中性線２５に沿って交番電場が形成されることで、磁気中性線２５に放電プラズマが発生される。
【００１０】
一方、真空槽２１には、シリコン基板（図示略）を支持するステージ２６が設置されている。このステージ２６は、コンデンサ２８を介してバイアス電源としての第２高周波電源ＲＦ２に接続されている。また、ステージ２６の対向電極としてプラズマ形成空間２１ａの上部に天板２９が設置されている。天板２９にはコンデンサ３１を介して第３高周波電源ＲＦ３が接続されている。天板２９のプラズマ形成空間２１ａ側の面には、基板表面にエッチング保護膜を形成するためのターゲット３２が取り付けられている。ターゲット３２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂材で形成されている。
【００１１】
天板２９の近傍には、真空槽２１の内部にプロセスガスを導入するためのガス導入部３３が設置されている。プロセスガスは、希ガス、エッチングガスが含まれる。希ガスとしては、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ2の少なくとも何れかが用いられ、エッチングガスとしては、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳｉＦ4、ＸｅＦ2、ＣＯＦ2の少なくとも何れか又は希ガスとの混合ガスが用いられる。
【００１２】
図７は、従来のプラズマ処理装置１０におけるガス導入部３３の構成の詳細を示す要部断面図である。ガス導入部３３は、プロセスガスの導入ポート３４と、この導入ポート３４と隔壁２２の上端との間にそれぞれ密封部材を介して取り付けられたベース３５と、このベース３５の下端に取り付けられた第１，第２のガスリング３６，３７とによって構成されている。第１のガスリング３６の内部には、ベース３５を介して導入ポート３４のガス導入孔３４ａに連通する連絡通路３６ａが形成されており、第２のガスリング３７の内部には、連絡通路３６ａに連通するガス供給孔３７ａが形成されている。導入ポート３４、ベース３５およびガスリング３６，３７はそれぞれ金属材料で構成されており、ベース３５は接地電位に接続されている。
【００１３】
また、ガス導入部３３の内周側と天板２９の外周側との間には、それぞれに対して密封部材を介してリング状の絶縁性部材３８が取り付けられている。絶縁性部材３８は、例えばアルミナ製で、天板２９とガス導入部３３の間を電気的に絶縁している。絶縁性部材３８は断面が略Ｌ字形状に形成されており、その下端部は、ガス供給孔３７ａの開口部よりも上方に位置し、かつ、ターゲット３２の表面と略同一高さに位置している。
【００１４】
以上のように構成される従来のプラズマ処理装置１０においては、エッチングガスを導入するとともに第１及び第２高周波電源ＲＦ１及びＲＦ２をＯＮにしてステージ２６上の基板をエッチングするエッチング処理と、スパッタガス（希ガス）を導入するとともに第１及び第３高周波電源ＲＦ１及びＲＦ３をＯＮにしてステージ２６上の基板にエッチング保護膜を形成するスパッタ処理とを交互に繰り返し行う。これにより、基板表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成することができる。
【００１５】
【特許文献１】ＷＯ２００６／００３９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置１０においては、保護膜形成プロセスを繰り返し行うと、図８に示すように、ターゲット３２の外周部が集中的に消耗する。このため、同一ロット内において成膜レートが安定せず、膜厚のバラツキが生じるという問題がある。また、成膜レートの面内均一性の向上を図ることができない。更に、ターゲット３２の寿命が短くなり、その交換に要する装置ダウンタイムの増大および生産コストの上昇が問題となっている。
【００１７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、成膜レートの安定化、面内均一性の向上およびターゲットの長寿命化を図ることができるスパッタ装置およびプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以上の課題を解決するに当たり、本発明のスパッタ装置は、プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備えたスパッタ装置において、前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出していることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備え、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行って基板の表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成するプラズマ処理装置であって、前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出していることを特徴とする。
【００２０】
本発明では、ターゲットの外周部がプラズマ形成空間に向かって突出するように形成することによって、ターゲットの外周部の集中的な摩耗による成膜レートのバラツキ、面内均一性の低下およびターゲットの寿命の低下を抑制するようにしている。
【００２１】
ターゲットの突出部の形成位置は特に限定されないが、例えば、ターゲットの直径の４分の１の形成幅で当該突出部がリング状に形成される。また、ターゲットの突出部の突出長（厚み）も特に限定されず、例えば、ターゲットの中央部の厚みと同等の厚みとされる。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べたように、本発明によれば、長期に亘る成膜レートの安定化と面内均一性の向上を図ることができるとともに、ターゲットの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態によるプラズマ処理装置２０の概略構成図である。図示するプラズマ処理装置２０は、ＮＬＤ型のプラズマエッチング装置としての機能と、ＮＬＤを利用したスパッタ装置としての機能を有している。
【００２５】
図１において、２１は真空槽であり、内部にプラズマ形成空間２１ａを含む真空チャンバが形成されている。真空槽２１にはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプが接続され、真空槽２１の内部が所定の真空度に真空排気されている。
【００２６】
プラズマ形成空間２１ａの周囲は、真空槽２１の一部を構成する筒状壁２２によって区画されている。筒状壁２２は石英等の透明絶縁材料で構成されている。筒状壁２２の外周側には、第１高周波電源ＲＦ１に接続されたプラズマ発生源としての高周波コイル（アンテナ）２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された三つの磁気コイル群２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）がそれぞれ配置されている。なお、磁気コイル群２４は本発明の「磁場形成手段」を構成している。
【００２７】
特に、ＮＬＤ方式のプラズマ処理装置においては、磁気コイル２４Ａ〜２４Ｃに流す電流の大きさによって、磁気中性線２５の形成位置および大きさを調整することができる。すなわち、磁気コイル２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに流す電流をそれぞれＩA，ＩB，ＩCとしたとき、ＩA＞ＩCの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ｃ側へ下がり、逆に、ＩA＜ＩCの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ａ側へ上がる。また、中間の磁気コイル２４Ｂに流す電流ＩBを増していくと、磁気中性線２５のリング径は小さくなると同時に、磁場ゼロの位置での磁場の勾配が緩やかになる。これらの特性を利用することで、プラズマ密度分布の最適化を図ることができる。
【００２８】
一方、真空チャンバの内部には、シリコン基板（図示略）を支持するステージ２６が設置されている。ステージ２６は導電体で構成されており、コンデンサ２８を介して第２高周波電源ＲＦ２に接続されている。なお、ステージ２６には、基板を所定温度に加熱するためのヒータ等の加熱源が内蔵されている。
【００２９】
プラズマ形成空間２１ａの上部には、天板２９が設置されている。天板２９は、ステージ２６の対向電極として構成されており、コンデンサ３１を介して第３高周波電源ＲＦ３に接続されている。天板２９のプラズマ形成空間２１ａ側の面には、スパッタにより基板を成膜するためのターゲット４０が取り付けられている。ターゲット４０は、本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂材が用いられているが、これ以外の合成樹脂材料、あるいは珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素材、窒化珪素材等が適用可能である。
【００３０】
本実施形態において、ターゲット４０は、その外周部がプラズマ形成空間２１ａに向かって突出するように形成されている。このターゲット４０の外周部に形成されたリング状の突出部４０ａは、ターゲット４０の本体部分と一体的に形成されている。なお、突出部４０ａを本体部分と同一の材料で別部材として構成し、これを本体部分に貼り合わせてターゲット４０を構成してもよい。
【００３１】
本実施形態において、ターゲット４０の突出部４０ａは、ターゲット４０の直径の４分の１程度の形成幅で形成されている。また、突出部４０ａの突出長（厚み）は、ターゲットの中央部の厚みと同等の厚みとされており、その結果、ターゲット４０の外周部の厚みは、中央部の厚みの２倍程度となるように形成されている。
【００３２】
天板２９の近傍には、真空槽２１の内部にプロセスガスを導入するためのガス導入部３３が設置されている。ガス導入部３３は、本発明の「ガス導入手段」に対応する。スパッタ用のプロセスガスとしては、アルゴンや窒素等の希ガスあるいは不活性ガスが用いられるが、これ以外にも、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3等のフッ素含有ガス、あるいはこれら不活性ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスが用いられる。本実施形態では、スパッタ用のプロセスガスとして、Ａｒが用いられる。エッチングガスとしては、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳｉＦ4、ＸｅＦ2、ＣＯＦ2の少なくとも何れか又は希ガスとの混合ガスが用いられる。
【００３３】
図２は、プラズマ処理装置２０におけるガス導入部３３の構成の詳細を示す要部断面図である。ガス導入部３３は、プロセスガスの導入ポート３４と、この導入ポート３４と隔壁２２の上端との間にそれぞれ密封部材４１，４２を介して取り付けられたベース３５と、このベース３５の下端に取り付けられた第１，第２のガスリング３６，３７とによって構成されている。ガスリング３６，３７は、本発明の「ガス導入部材」を構成する。
【００３４】
第１のガスリング３６の内部には、ベース３５を介して導入ポート３４のガス導入孔３４ａに連通する連絡通路３６ａが形成されており、第２のガスリング３７の内部には、連絡通路３６ａに連通するガス供給孔３７ａが形成されている。ガス供給孔３７ａは、ガスリング３７の内周面の複数個所に開口しており、プラズマ形成空間２１ａ内にプロセスガスを均一に導入する。導入ポート３４、ベース３５およびガスリング３６，３７はそれぞれ金属材料で構成されており、ベース３５は接地電位に接続されている。
【００３５】
また、天板２９とガス導入部３３との間には、それぞれに対して密封部材４３，４４を介してリング状の絶縁性部材３８が取り付けられている。絶縁性部材３８は、例えばアルミナ製で、天板２９とガス導入部３３の間を電気的に絶縁している。絶縁性部材３８は断面が略Ｌ字形状に形成されており、その水平壁部は天板２９とベース３５との間に配置され、その垂直壁部は、ベース３５およびガスリング３６，３７の各々の内周側と天板２９およびターゲット４０の各々の外周側との間に配置されている。また、絶縁性部材３８の下端部は、ガス供給孔３７ａの開口部よりも上方に位置している。
【００３６】
次に、以上のようにして構成されるプラズマ処理装置２０の作用について説明する。
【００３７】
ステージ２６の上に載置された基板（図示略）の表面にはあらかじめ、レジストマスクが形成されている。このレジストマスクは有機レジストやメタルマスク等が用いられる。エッチング工程および保護膜形成工程では、プラズマ形成空間２１ａに、磁気コイル群２４により環状磁気中性線２５が形成されるとともに、第１高周波電源ＲＦ１から高周波コイル２３への電力投入により、環状磁気中性線２５に沿って誘導結合プラズマが形成される。
【００３８】
エッチング工程において、真空槽２１の内部に導入されたエッチングガス（ＳＦ6とＡｒの混合ガス）は、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化し、生成されたイオンとラジカルによりステージ２６上の基板をエッチング処理する。このとき、第２高周波電源ＲＦ２からの電力投入で基板バイアスがＯＮとなり、イオンをステージ２６側へ加速させ、基板上のラジカル生成物をスパッタ除去してエッチング性を高める。すなわち、フッ素ラジカルがシリコンと反応してラジカル生成物を形成し、これをプラズマ中のイオンによるスパッタ作用で除去することで、シリコン基板のエッチング処理が進行する。
【００３９】
一方、エッチング処理を所定時間行った後、真空槽２１の内部に残留するエッチングガスが排気される。そして、成膜用のプロセスガス（Ａｒ）が真空槽２１の内部に導入されることで保護膜形成工程が開始される。導入されたプロセスガスは、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化する。このとき、基板バイアス（ＲＦ２）はＯＦＦとなり、代わりに、第３高周波電源（ＲＦ３）からの電力投入で天板バイアスがＯＮとなる。その結果、天板２９に設置されたターゲット４０はプラズマ中のイオンによりスパッタされ、そのスパッタ物が基板の表面および上述のエッチング工程で形成された凹部に付着する。以上のようにして、エッチング凹部の底部および側面に、エッチング保護膜として機能するポリマー層が形成される。
【００４０】
ここで、ターゲット４０から叩き出されたスパッタ粒子は、プラズマ形成空間２１ａに形成されているＮＬＤプラズマを通過して基板へ到達する。このとき、スパッタ粒子は、環状磁気中性線２５が形成される高密度プラズマ領域で分解、再励起されることにより、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）に類似する成膜形態で、基板の表面に対して等方的に入射する。したがって、本実施形態によって得られるエッチングパターンの段差被膜（保護膜）は、高いカバレッジ性が得られる。
【００４１】
また、保護膜形成工程のプロセスガスとして、例えばＡｒと反応ガス（Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3等）の混合ガスを用いることで、プロセスガス中の反応ガスがプラズマ形成空間２１ａにおいてプラズマ化し、そのラジカル生成物が基板表面に堆積することによって、保護膜として機能するポリマー層を形成する。更に、プロセスガスとして上記混合ガスを用いることで、Ａｒガスのみをプロセスガスとして用いる場合に比べてスパッタレートの向上を図ることが可能となる。
【００４２】
保護膜形成工程を所定時間行った後、再び上述したエッチング工程が行われる。このエッチング工程の初期段階は、エッチング凹部の底面を被覆する保護膜の除去作用に費やされる。その後、保護膜の除去により露出したエッチング凹部の底面のエッチング処理が再開される。このとき、プラズマ中のイオンは、基板バイアス作用によって基板に対して垂直方向に入射する。このため、エッチング凹部の側面を被覆する保護膜に到達するイオンは、エッチング凹部の底面に到達するイオンに比べて少ない。したがって、エッチング工程の間、エッチング凹部の側面を被覆する保護膜は完全に除去されることなく残留する。これにより、エッチング凹部の側面とフッ素ラジカルとの接触が回避され、凹部の側面のエッチングによる侵食が防止される。
【００４３】
以後、上述のエッチング工程と保護膜形成工程が交互に繰り返し行われることで、基板表面に対して垂直方向の異方性エッチングが実現される。以上のようにして、基板の内部に高アスペクト比のビア（コンタクトホール、ディープトレンチ）が作製される。
【００４４】
ここで、上記構成のプラズマ処理装置２０においては、保護膜形成工程の際、ターゲット４０の外周部が集中的に消耗する傾向がある。すなわち、ターゲットの中央部に比べて外周部が消耗する割合が高い。これは、プラズマ形成空間２１ａにおいて発生したプラズマ中のイオンがターゲットの中央部よりも外周側に多く照射されるためである。このため、図６に示した従来のプラズマ処理装置１０においては、同一ロット内において成膜レートが安定せず、膜厚のバラツキが生じていた。また、成膜レートの面内均一性が低下しており、生産性の向上が図れなかった。更に、ターゲットの寿命が短く、その交換に要する装置ダウンタイムの増大および生産コストの上昇が問題となっていた。
【００４５】
そこで本実施形態においては、ターゲット４０の外周部に、プラズマ形成空間２１ａに向かって突出する突出部４０ａを環状に形成しているので、ターゲットの中央部と外周部との間における消耗バランスの改善を図ることができ、これによりターゲットの長寿命化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、ターゲット４０の外周部に突出部４０ａを設けることによって、同一ロット内における成膜レートの安定化を図ることができるとともに成膜レートの面内均一性を高めることができる。
【００４７】
本発明者らは、従来の平坦な形状のターゲット３２を用いたときの成膜特性と、本発明に係る新規形状のターゲット４０を用いたときの成膜特性をそれぞれ測定した。実験に用いたターゲット３２のサンプルは、図３Ａに示すように直径が２００ｍｍ、厚さが５ｍｍのＰＴＦＥ製である。一方、ターゲット４０のサンプルは、図３Ｂに示すように直径が２００ｍｍ、中央部の厚みが５ｍｍのＰＴＦＥ製であるとともに、その外周部に幅５０ｍｍ、厚み５ｍｍの環状の突出部４０ａが設けられている。なお、図３Ａ，Ｂは模式図であり、図示した寸法と形状は必ずしも対応しない。
【００４８】
図４Ａ，Ｂは、同一ロット内における各基板の成膜レートの変化を示しており、Ａは従来構造のターゲット３２を用いたときの成膜レート、Ｂは本発明のターゲット４０を用いたときの成膜レートである。成膜条件は、それぞれ同一であり、ターゲットの形状のみが異なっている。図４に示したように、本発明のターゲット４０の方が従来構造のターゲット３２に比べて、同一ロット内における成膜レートの安定性に優れている。これは、本発明の方が従来に比べて、ターゲット外周部の消耗が、成膜レートに及ぼす影響を低減できるからである。
【００４９】
また、図５Ａ，Ｂは、基板の表面における成膜レートの面内均一性を示しており、Ａは従来構造のターゲット３２を用いたときの成膜レートの面内分布、Ｂは本発明のターゲット４０を用いたときの成膜レートの面内分布である。なお図において、「＋」は任意の膜厚基準値に達している領域を示し、「−」は上記膜厚基準値に達していない領域を示している。この実験結果から、従来構造のターゲット３２を用いたときの面内均一性は±１１．５１％であったのに対し、本発明のターゲット４０を用いたときの面内均一性は±３．１１％であり、従来に比べて面内均一性が向上したことが確認された。
【００５０】
以上述べたように、本実施形態によれば、ターゲット４０の長寿命化を図ることができるとともに、長期にわたって成膜レートの安定化と、面内分布の均一性を図ることができる。これにより、例えばシリコン基板の深掘り加工工程において、形状制御に優れた異方性エッチングを面内において高い均一性をもって実施することが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば以上の実施形態では、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行ってシリコン基板の表面に高アスペクト比の孔または溝を形成するプラズマ処理装置２０に本発明を適用した例について説明したが、これに代えて、同一真空槽内でエッチング処理を行わない、通常のスパッタ装置にも本発明を適用することが可能である。
【００５３】
また、ターゲット４０の外周部に形成される突出部４０ａの形成幅および厚みはそれぞれ上述した値に限定されることはなく、ターゲット外周部の消耗の程度や消耗位置の分布等に応じて、突出部の形成幅、厚みを適宜変更してもよい。
【００５４】
更に、以上の実施形態では、ステージ２６上に載置される基板としてシリコン基板を例に挙げて説明したが、これに限らず、スパッタ成膜工程に供される他の基板、例えばガラス基板などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】図１におけるガス導入部の要部拡大図である。
【図３】ターゲットの形状を比較して示す側断面図であり、Ａは従来構造のターゲットの形状を示し、Ｂは本発明のターゲットの形状を示している。
【図４】同一ロット内における成膜レートの変化を示す図であり、Ａは従来構造のターゲットを用いたときの成膜レートの変化を示し、Ｂは本発明のターゲットを用いたときの成膜レートの変化を示している。
【図５】基板の成膜レートの面内分布を示す図であり、Ａは従来構造のターゲットを用いたときの面内分布を示し、Ｂは本発明のターゲットを用いたときの面内分布を示している。
【図６】従来のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図７】図６におけるガス導入部の要部拡大図である。
【図８】従来技術の問題点を説明する要部拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
２０ プラズマ処理装置
２１ 真空槽
２１ａ プラズマ形成空間
２２ 筒状壁
２３ 高周波コイル
２４ 磁気コイル群
２５ 磁気中性線
２６ ステージ
２９ 天板
３３ ガス導入部
３６，３７ ガスリング（ガス導入部材）
３８ 絶縁性部材
４０ ターゲット
４０ａ 突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期に亘るスパッタレートの安定化、面内分布の改善およびターゲットの長寿命化を図ることができるスパッタ装置およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板の表面の加工には、プラズマエッチング（ドライエッチング）方法が広く用いられている。室温における原子状（ラジカル）フッ素とシリコンの反応は自発的であり、比較的高いエッチングレートが得られることから、シリコン基板のエッチングでは、エッチングガスとしてＳＦ6、ＮＦ3、ＣＯＦ2、ＸｅＦ2等のフッ素を含むガスが多用されている。
【０００３】
一方、フッ素を含むエッチングガスを用いたシリコン基板のドライエッチングは等方的であるため、形成された凹部（エッチングパターン）の側面にもエッチングが進行する。このため、スルーホールやディープトレンチなどの微細でアスペクト比の高いビアを高精度に形成することが困難であった。
【０００４】
そこで近年、パターンの側面に保護膜を形成しながらエッチングを行うことで、エッチングの横方向の広がりを抑え、パターン側面の垂直性を維持できるシリコン基板の深掘り加工技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、エッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返して行うことで、エッチング工程で露出したパターンの底部および側面にポリマー層からなる保護膜を形成しながらエッチングを行う方法が開示されている。保護膜形成工程で凹部の側面に形成されたポリマー層は、パターンの底部に形成されたポリマー層に比べて、エッチング工程において除去される量が少ないため、このパターンの側面に形成されたポリマー層がエッチング保護膜として機能し、エッチング方向をパターン深さ方向に制限する異方性エッチングが実現可能となる。
【０００６】
特に、特許文献１に記載の方法では、保護膜の成膜に、基板に対向配置されたターゲット材に対するアルゴンガスを用いたスパッタ法が採用されている。
【０００７】
図６に従来のプラズマ処理装置１０の概略構成を示す。プラズマ処理装置１０は、ＮＬＤ（磁気中性線放電：magnetic Neutral Loop Discharge）型のプラズマエッチング装置としての機能と、ＮＬＤを利用したスパッタ装置としての機能を有しており、エッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返し行って、シリコン基板の表面あるいは内部に高アスペクト比の孔やディープトレンチを形成する。
【０００８】
図６において、２１は真空槽であり、内部にプラズマ形成空間２１ａを含む真空チャンバを形成している。真空槽２１にはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプが接続され、真空槽２１の内部が所定の真空度に真空排気されている。プラズマ形成空間２１ａは、真空槽２１の一部を構成する筒状壁２２の内部に形成されている。筒状壁２２の外周側には、第１高周波電源ＲＦ１に接続されたプラズマ発生用の高周波コイル（アンテナ）２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された三つの磁気コイル２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）がそれぞれ配置されている。
【０００９】
磁気コイル２４Ａと磁気コイル２４Ｃにはそれぞれ同一方向に電流が供給され、磁気コイル２４Ｂには他の磁気コイル２４Ａ，２４Ｃと逆方向に電流が供給される。その結果、プラズマ形成空間２１ａにおいて、磁場ゼロとなる磁気中性線２５がリング状に連続して形成され、高周波コイル２３により磁気中性線２５に沿って交番電場が形成されることで、磁気中性線２５に放電プラズマが発生される。
【００１０】
一方、真空槽２１には、シリコン基板（図示略）を支持するステージ２６が設置されている。このステージ２６は、コンデンサ２８を介してバイアス電源としての第２高周波電源ＲＦ２に接続されている。また、ステージ２６の対向電極としてプラズマ形成空間２１ａの上部に天板２９が設置されている。天板２９にはコンデンサ３１を介して第３高周波電源ＲＦ３が接続されている。天板２９のプラズマ形成空間２１ａ側の面には、基板表面にエッチング保護膜を形成するためのターゲット３２が取り付けられている。ターゲット３２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂材で形成されている。
【００１１】
天板２９の近傍には、真空槽２１の内部にプロセスガスを導入するためのガス導入部３３が設置されている。プロセスガスは、希ガス、エッチングガスが含まれる。希ガスとしては、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ2の少なくとも何れかが用いられ、エッチングガスとしては、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳｉＦ4、ＸｅＦ2、ＣＯＦ2の少なくとも何れか又は希ガスとの混合ガスが用いられる。
【００１２】
図７は、従来のプラズマ処理装置１０におけるガス導入部３３の構成の詳細を示す要部断面図である。ガス導入部３３は、プロセスガスの導入ポート３４と、この導入ポート３４と隔壁２２の上端との間にそれぞれ密封部材を介して取り付けられたベース３５と、このベース３５の下端に取り付けられた第１，第２のガスリング３６，３７とによって構成されている。第１のガスリング３６の内部には、ベース３５を介して導入ポート３４のガス導入孔３４ａに連通する連絡通路３６ａが形成されており、第２のガスリング３７の内部には、連絡通路３６ａに連通するガス供給孔３７ａが形成されている。導入ポート３４、ベース３５およびガスリング３６，３７はそれぞれ金属材料で構成されており、ベース３５は接地電位に接続されている。
【００１３】
また、ガス導入部３３の内周側と天板２９の外周側との間には、それぞれに対して密封部材を介してリング状の絶縁性部材３８が取り付けられている。絶縁性部材３８は、例えばアルミナ製で、天板２９とガス導入部３３の間を電気的に絶縁している。絶縁性部材３８は断面が略Ｌ字形状に形成されており、その下端部は、ガス供給孔３７ａの開口部よりも上方に位置し、かつ、ターゲット３２の表面と略同一高さに位置している。
【００１４】
以上のように構成される従来のプラズマ処理装置１０においては、エッチングガスを導入するとともに第１及び第２高周波電源ＲＦ１及びＲＦ２をＯＮにしてステージ２６上の基板をエッチングするエッチング処理と、スパッタガス（希ガス）を導入するとともに第１及び第３高周波電源ＲＦ１及びＲＦ３をＯＮにしてステージ２６上の基板にエッチング保護膜を形成するスパッタ処理とを交互に繰り返し行う。これにより、基板表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成することができる。
【００１５】
【特許文献１】ＷＯ２００６／００３９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置１０においては、保護膜形成プロセスを繰り返し行うと、図８に示すように、ターゲット３２の外周部が集中的に消耗する。このため、同一ロット内において成膜レートが安定せず、膜厚のバラツキが生じるという問題がある。また、成膜レートの面内均一性の向上を図ることができない。更に、ターゲット３２の寿命が短くなり、その交換に要する装置ダウンタイムの増大および生産コストの上昇が問題となっている。
【００１７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、成膜レートの安定化、面内均一性の向上およびターゲットの長寿命化を図ることができるスパッタ装置およびプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以上の課題を解決するに当たり、本発明のスパッタ装置は、プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備えたスパッタ装置において、前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出していることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備え、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行って基板の表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成するプラズマ処理装置であって、前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出していることを特徴とする。
【００２０】
本発明では、ターゲットの外周部がプラズマ形成空間に向かって突出するように形成することによって、ターゲットの外周部の集中的な摩耗による成膜レートのバラツキ、面内均一性の低下およびターゲットの寿命の低下を抑制するようにしている。
【００２１】
ターゲットの突出部の形成位置は特に限定されないが、例えば、ターゲットの直径の４分の１の形成幅で当該突出部がリング状に形成される。また、ターゲットの突出部の突出長（厚み）も特に限定されず、例えば、ターゲットの中央部の厚みと同等の厚みとされる。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べたように、本発明によれば、長期に亘る成膜レートの安定化と面内均一性の向上を図ることができるとともに、ターゲットの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態によるプラズマ処理装置２０の概略構成図である。図示するプラズマ処理装置２０は、ＮＬＤ型のプラズマエッチング装置としての機能と、ＮＬＤを利用したスパッタ装置としての機能を有している。
【００２５】
図１において、２１は真空槽であり、内部にプラズマ形成空間２１ａを含む真空チャンバが形成されている。真空槽２１にはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプが接続され、真空槽２１の内部が所定の真空度に真空排気されている。
【００２６】
プラズマ形成空間２１ａの周囲は、真空槽２１の一部を構成する筒状壁２２によって区画されている。筒状壁２２は石英等の透明絶縁材料で構成されている。筒状壁２２の外周側には、第１高周波電源ＲＦ１に接続されたプラズマ発生源としての高周波コイル（アンテナ）２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された三つの磁気コイル群２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）がそれぞれ配置されている。なお、磁気コイル群２４は本発明の「磁場形成手段」を構成している。
【００２７】
特に、ＮＬＤ方式のプラズマ処理装置においては、磁気コイル２４Ａ〜２４Ｃに流す電流の大きさによって、磁気中性線２５の形成位置および大きさを調整することができる。すなわち、磁気コイル２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに流す電流をそれぞれＩA，ＩB，ＩCとしたとき、ＩA＞ＩCの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ｃ側へ下がり、逆に、ＩA＜ＩCの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ａ側へ上がる。また、中間の磁気コイル２４Ｂに流す電流ＩBを増していくと、磁気中性線２５のリング径は小さくなると同時に、磁場ゼロの位置での磁場の勾配が緩やかになる。これらの特性を利用することで、プラズマ密度分布の最適化を図ることができる。
【００２８】
一方、真空チャンバの内部には、シリコン基板（図示略）を支持するステージ２６が設置されている。ステージ２６は導電体で構成されており、コンデンサ２８を介して第２高周波電源ＲＦ２に接続されている。なお、ステージ２６には、基板を所定温度に加熱するためのヒータ等の加熱源が内蔵されている。
【００２９】
プラズマ形成空間２１ａの上部には、天板２９が設置されている。天板２９は、ステージ２６の対向電極として構成されており、コンデンサ３１を介して第３高周波電源ＲＦ３に接続されている。天板２９のプラズマ形成空間２１ａ側の面には、スパッタにより基板を成膜するためのターゲット４０が取り付けられている。ターゲット４０は、本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂材が用いられているが、これ以外の合成樹脂材料、あるいは珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素材、窒化珪素材等が適用可能である。
【００３０】
本実施形態において、ターゲット４０は、その外周部がプラズマ形成空間２１ａに向かって突出するように形成されている。このターゲット４０の外周部に形成されたリング状の突出部４０ａは、ターゲット４０の本体部分と一体的に形成されている。なお、突出部４０ａを本体部分と同一の材料で別部材として構成し、これを本体部分に貼り合わせてターゲット４０を構成してもよい。
【００３１】
本実施形態において、ターゲット４０の突出部４０ａは、ターゲット４０の直径の４分の１程度の形成幅で形成されている。また、突出部４０ａの突出長（厚み）は、ターゲットの中央部の厚みと同等の厚みとされており、その結果、ターゲット４０の外周部の厚みは、中央部の厚みの２倍程度となるように形成されている。
【００３２】
天板２９の近傍には、真空槽２１の内部にプロセスガスを導入するためのガス導入部３３が設置されている。ガス導入部３３は、本発明の「ガス導入手段」に対応する。スパッタ用のプロセスガスとしては、アルゴンや窒素等の希ガスあるいは不活性ガスが用いられるが、これ以外にも、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3等のフッ素含有ガス、あるいはこれら不活性ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスが用いられる。本実施形態では、スパッタ用のプロセスガスとして、Ａｒが用いられる。エッチングガスとしては、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳｉＦ4、ＸｅＦ2、ＣＯＦ2の少なくとも何れか又は希ガスとの混合ガスが用いられる。
【００３３】
図２は、プラズマ処理装置２０におけるガス導入部３３の構成の詳細を示す要部断面図である。ガス導入部３３は、プロセスガスの導入ポート３４と、この導入ポート３４と隔壁２２の上端との間にそれぞれ密封部材４１，４２を介して取り付けられたベース３５と、このベース３５の下端に取り付けられた第１，第２のガスリング３６，３７とによって構成されている。ガスリング３６，３７は、本発明の「ガス導入部材」を構成する。
【００３４】
第１のガスリング３６の内部には、ベース３５を介して導入ポート３４のガス導入孔３４ａに連通する連絡通路３６ａが形成されており、第２のガスリング３７の内部には、連絡通路３６ａに連通するガス供給孔３７ａが形成されている。ガス供給孔３７ａは、ガスリング３７の内周面の複数個所に開口しており、プラズマ形成空間２１ａ内にプロセスガスを均一に導入する。導入ポート３４、ベース３５およびガスリング３６，３７はそれぞれ金属材料で構成されており、ベース３５は接地電位に接続されている。
【００３５】
また、天板２９とガス導入部３３との間には、それぞれに対して密封部材４３，４４を介してリング状の絶縁性部材３８が取り付けられている。絶縁性部材３８は、例えばアルミナ製で、天板２９とガス導入部３３の間を電気的に絶縁している。絶縁性部材３８は断面が略Ｌ字形状に形成されており、その水平壁部は天板２９とベース３５との間に配置され、その垂直壁部は、ベース３５およびガスリング３６，３７の各々の内周側と天板２９およびターゲット４０の各々の外周側との間に配置されている。また、絶縁性部材３８の下端部は、ガス供給孔３７ａの開口部よりも上方に位置している。
【００３６】
次に、以上のようにして構成されるプラズマ処理装置２０の作用について説明する。
【００３７】
ステージ２６の上に載置された基板（図示略）の表面にはあらかじめ、レジストマスクが形成されている。このレジストマスクは有機レジストやメタルマスク等が用いられる。エッチング工程および保護膜形成工程では、プラズマ形成空間２１ａに、磁気コイル群２４により環状磁気中性線２５が形成されるとともに、第１高周波電源ＲＦ１から高周波コイル２３への電力投入により、環状磁気中性線２５に沿って誘導結合プラズマが形成される。
【００３８】
エッチング工程において、真空槽２１の内部に導入されたエッチングガス（ＳＦ6とＡｒの混合ガス）は、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化し、生成されたイオンとラジカルによりステージ２６上の基板をエッチング処理する。このとき、第２高周波電源ＲＦ２からの電力投入で基板バイアスがＯＮとなり、イオンをステージ２６側へ加速させ、基板上のラジカル生成物をスパッタ除去してエッチング性を高める。すなわち、フッ素ラジカルがシリコンと反応してラジカル生成物を形成し、これをプラズマ中のイオンによるスパッタ作用で除去することで、シリコン基板のエッチング処理が進行する。
【００３９】
一方、エッチング処理を所定時間行った後、真空槽２１の内部に残留するエッチングガスが排気される。そして、成膜用のプロセスガス（Ａｒ）が真空槽２１の内部に導入されることで保護膜形成工程が開始される。導入されたプロセスガスは、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化する。このとき、基板バイアス（ＲＦ２）はＯＦＦとなり、代わりに、第３高周波電源（ＲＦ３）からの電力投入で天板バイアスがＯＮとなる。その結果、天板２９に設置されたターゲット４０はプラズマ中のイオンによりスパッタされ、そのスパッタ物が基板の表面および上述のエッチング工程で形成された凹部に付着する。以上のようにして、エッチング凹部の底部および側面に、エッチング保護膜として機能するポリマー層が形成される。
【００４０】
ここで、ターゲット４０から叩き出されたスパッタ粒子は、プラズマ形成空間２１ａに形成されているＮＬＤプラズマを通過して基板へ到達する。このとき、スパッタ粒子は、環状磁気中性線２５が形成される高密度プラズマ領域で分解、再励起されることにより、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）に類似する成膜形態で、基板の表面に対して等方的に入射する。したがって、本実施形態によって得られるエッチングパターンの段差被膜（保護膜）は、高いカバレッジ性が得られる。
【００４１】
また、保護膜形成工程のプロセスガスとして、例えばＡｒと反応ガス（Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3等）の混合ガスを用いることで、プロセスガス中の反応ガスがプラズマ形成空間２１ａにおいてプラズマ化し、そのラジカル生成物が基板表面に堆積することによって、保護膜として機能するポリマー層を形成する。更に、プロセスガスとして上記混合ガスを用いることで、Ａｒガスのみをプロセスガスとして用いる場合に比べてスパッタレートの向上を図ることが可能となる。
【００４２】
保護膜形成工程を所定時間行った後、再び上述したエッチング工程が行われる。このエッチング工程の初期段階は、エッチング凹部の底面を被覆する保護膜の除去作用に費やされる。その後、保護膜の除去により露出したエッチング凹部の底面のエッチング処理が再開される。このとき、プラズマ中のイオンは、基板バイアス作用によって基板に対して垂直方向に入射する。このため、エッチング凹部の側面を被覆する保護膜に到達するイオンは、エッチング凹部の底面に到達するイオンに比べて少ない。したがって、エッチング工程の間、エッチング凹部の側面を被覆する保護膜は完全に除去されることなく残留する。これにより、エッチング凹部の側面とフッ素ラジカルとの接触が回避され、凹部の側面のエッチングによる侵食が防止される。
【００４３】
以後、上述のエッチング工程と保護膜形成工程が交互に繰り返し行われることで、基板表面に対して垂直方向の異方性エッチングが実現される。以上のようにして、基板の内部に高アスペクト比のビア（コンタクトホール、ディープトレンチ）が作製される。
【００４４】
ここで、上記構成のプラズマ処理装置２０においては、保護膜形成工程の際、ターゲット４０の外周部が集中的に消耗する傾向がある。すなわち、ターゲットの中央部に比べて外周部が消耗する割合が高い。これは、プラズマ形成空間２１ａにおいて発生したプラズマ中のイオンがターゲットの中央部よりも外周側に多く照射されるためである。このため、図６に示した従来のプラズマ処理装置１０においては、同一ロット内において成膜レートが安定せず、膜厚のバラツキが生じていた。また、成膜レートの面内均一性が低下しており、生産性の向上が図れなかった。更に、ターゲットの寿命が短く、その交換に要する装置ダウンタイムの増大および生産コストの上昇が問題となっていた。
【００４５】
そこで本実施形態においては、ターゲット４０の外周部に、プラズマ形成空間２１ａに向かって突出する突出部４０ａを環状に形成しているので、ターゲットの中央部と外周部との間における消耗バランスの改善を図ることができ、これによりターゲットの長寿命化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、ターゲット４０の外周部に突出部４０ａを設けることによって、同一ロット内における成膜レートの安定化を図ることができるとともに成膜レートの面内均一性を高めることができる。
【００４７】
本発明者らは、従来の平坦な形状のターゲット３２を用いたときの成膜特性と、本発明に係る新規形状のターゲット４０を用いたときの成膜特性をそれぞれ測定した。実験に用いたターゲット３２のサンプルは、図３Ａに示すように直径が２００ｍｍ、厚さが５ｍｍのＰＴＦＥ製である。一方、ターゲット４０のサンプルは、図３Ｂに示すように直径が２００ｍｍ、中央部の厚みが５ｍｍのＰＴＦＥ製であるとともに、その外周部に幅５０ｍｍ、厚み５ｍｍの環状の突出部４０ａが設けられている。なお、図３Ａ，Ｂは模式図であり、図示した寸法と形状は必ずしも対応しない。
【００４８】
図４Ａ，Ｂは、同一ロット内における各基板の成膜レートの変化を示しており、Ａは従来構造のターゲット３２を用いたときの成膜レート、Ｂは本発明のターゲット４０を用いたときの成膜レートである。成膜条件は、それぞれ同一であり、ターゲットの形状のみが異なっている。図４に示したように、本発明のターゲット４０の方が従来構造のターゲット３２に比べて、同一ロット内における成膜レートの安定性に優れている。これは、本発明の方が従来に比べて、ターゲット外周部の消耗が、成膜レートに及ぼす影響を低減できるからである。
【００４９】
また、図５Ａ，Ｂは、基板の表面における成膜レートの面内均一性を示しており、Ａは従来構造のターゲット３２を用いたときの成膜レートの面内分布、Ｂは本発明のターゲット４０を用いたときの成膜レートの面内分布である。なお図において、「＋」は任意の膜厚基準値に達している領域を示し、「−」は上記膜厚基準値に達していない領域を示している。この実験結果から、従来構造のターゲット３２を用いたときの面内均一性は±１１．５１％であったのに対し、本発明のターゲット４０を用いたときの面内均一性は±３．１１％であり、従来に比べて面内均一性が向上したことが確認された。
【００５０】
以上述べたように、本実施形態によれば、ターゲット４０の長寿命化を図ることができるとともに、長期にわたって成膜レートの安定化と、面内分布の均一性を図ることができる。これにより、例えばシリコン基板の深掘り加工工程において、形状制御に優れた異方性エッチングを面内において高い均一性をもって実施することが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば以上の実施形態では、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行ってシリコン基板の表面に高アスペクト比の孔または溝を形成するプラズマ処理装置２０に本発明を適用した例について説明したが、これに代えて、同一真空槽内でエッチング処理を行わない、通常のスパッタ装置にも本発明を適用することが可能である。
【００５３】
また、ターゲット４０の外周部に形成される突出部４０ａの形成幅および厚みはそれぞれ上述した値に限定されることはなく、ターゲット外周部の消耗の程度や消耗位置の分布等に応じて、突出部の形成幅、厚みを適宜変更してもよい。
【００５４】
更に、以上の実施形態では、ステージ２６上に載置される基板としてシリコン基板を例に挙げて説明したが、これに限らず、スパッタ成膜工程に供される他の基板、例えばガラス基板などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】図１におけるガス導入部の要部拡大図である。
【図３】ターゲットの形状を比較して示す側断面図であり、Ａは従来構造のターゲットの形状を示し、Ｂは本発明のターゲットの形状を示している。
【図４】同一ロット内における成膜レートの変化を示す図であり、Ａは従来構造のターゲットを用いたときの成膜レートの変化を示し、Ｂは本発明のターゲットを用いたときの成膜レートの変化を示している。
【図５】基板の成膜レートの面内分布を示す図であり、Ａは従来構造のターゲットを用いたときの面内分布を示し、Ｂは本発明のターゲットを用いたときの面内分布を示している。
【図６】従来のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図７】図６におけるガス導入部の要部拡大図である。
【図８】従来技術の問題点を説明する要部拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
２０ プラズマ処理装置
２１ 真空槽
２１ａ プラズマ形成空間
２２ 筒状壁
２３ 高周波コイル
２４ 磁気コイル群
２５ 磁気中性線
２６ ステージ
２９ 天板
３３ ガス導入部
３６，３７ ガスリング（ガス導入部材）
３８ 絶縁性部材
４０ ターゲット
４０ａ 突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備えたスパッタ装置において、
前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出している
ことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記ガス導入手段は、前記ターゲットの周囲に配置されたリング状のガス導入部材を備え、前記ガス導入部材の内周側と前記ターゲットの外周側の間にはリング状の絶縁性部材が配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記ターゲットは合成樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記プラズマ源は、前記プラズマ形成空間の周囲に配置された高周波アンテナを含んでなる
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記プラズマ形成空間の周囲には更に、前記プラズマ形成空間に環状磁気中性線を形成する磁場形成手段が配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載のスパッタ装置。
【請求項６】
プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備え、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行って基板の表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成するプラズマ処理装置であって、
前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出している
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１】
プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備えたスパッタ装置において、
前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出している
ことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記ガス導入手段は、前記ターゲットの周囲に配置されたリング状のガス導入部材を備え、前記ガス導入部材の内周側と前記ターゲットの外周側の間にはリング状の絶縁性部材が配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記ターゲットは合成樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記プラズマ源は、前記プラズマ形成空間の周囲に配置された高周波アンテナを含んでなる
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記プラズマ形成空間の周囲には更に、前記プラズマ形成空間に環状磁気中性線を形成する磁場形成手段が配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載のスパッタ装置。
【請求項６】
プラズマ形成空間を形成する真空槽と、この真空槽の上部を閉塞する天板と、前記プラズマ形成空間にプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマ形成空間に設置された基板支持用のステージと、前記プラズマ形成空間へプロセスガスを導入するガス導入手段と、前記天板に固定されたスパッタリング用のターゲットとを備え、エッチング処理とスパッタ処理を交互に行って基板の表面に高アスペクト比の孔又は溝を形成するプラズマ処理装置であって、
前記ターゲットは、その外周部が前記プラズマ形成空間に向かって突出している
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−４６７３５（Ｐ２００９−４６７３５Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１４５４９（Ｐ２００７−２１４５４９）
【出願日】平成１９年８月２１日（２００７．８．２１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２１日（２００７．８．２１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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