JPH11302840A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターゲット原子の埋め込み性を向上したスパ
ッタ装置を提供する。 【解決手段】 密閉可能な略円筒状のチャンバ１０内に
チャンバ１０と同軸に設けた円筒状のターゲット部材１
２を駆動手段２２により回動させることによりプラズマ
の衝突によってターゲット部材１２から放出されるター
ゲット原子にさらなる運動エネルギーを与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタ装置に関
し、特に、微細パターンが形成された基板の微細パター
ン上に薄膜を形成するスパッタ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属配線の形成や、コンタク
トホールやビアホールなどのような基板表面に形成され
たパターンの段差をなくすために、スパッタ法が用いら
れている。このスパッタ法は、グロー放電等により発生
させたプラスイオンをターゲットに衝突させて、ターゲ
ットを構成するターゲット原子をターゲットから放出さ
せ、これにより飛散したターゲット原子を基板表面に付
着させて積層する方法である。

【０００３】ターゲットから放出されたターゲット原子
は、運動エネルギーが大きいことに加えて、成膜中に雰
囲気ガスとの弾性衝突による散乱を受け、基板に対し多
くの異なる射角で入射するため、この方法により形成さ
れる薄膜は、蒸着法により形成した薄膜と比較して粒径
が均一でステップカバレッジがよいものとなる。

【０００４】近年、半導体装置の小型化に伴って半導体
素子のパターンの微細化が進んでいる。そのため、従来
よりも微細な配線パターンなどの設計がなされ、それに
伴ってコンタクトホールやビアホールなどの径の縮小化
が進んでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
パッタ法は、ターゲットに衝突した高速粒子の運動エネ
ルギーによりターゲットを構成するターゲット原子をタ
ーゲットから放出して基板表面に付着させる構成であ
り、高速粒子がターゲットからターゲット原子を放出す
ときにターゲット原子に与えるエネルギーは一定である
ため、基板表面に形成されたパターンが微細になればな
るほどステップカバレッジが悪くなる。ステップカバレ
ッジの悪化は、特に、コンタクトホールやビアホール等
の孔状パターンにおいて顕著である。

【０００６】以上のことから本発明は、ターゲット原子
の埋め込み性を向上したスパッタ装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明のスパッタ装置は、高速粒子を発生
させる高速粒子発生手段からの高速粒子の衝突によりタ
ーゲット原子を放出するターゲット部材と、前記ターゲ
ット部材から放出されたターゲット原子が基板表面に付
着するように基板を保持する基板保持手段と、前記ター
ゲット部材を少なくとも回転または振動させて、前記タ
ーゲット原子が持つ運動エネルギーに対して影響が与え
られる大きさの運動エネルギーをさらに与えるターゲッ
ト駆動手段と、を備えている。

【０００８】本請求項１の発明のスパッタ装置は、ター
ゲット駆動手段がターゲット部材を回転させたり、振動
させたり、振動させながら回転させることにより、ター
ゲット部材から放出されたターゲット原子に対し、ター
ゲット原子が持つ運動エネルギーに影響が与えられる大
きさの運動エネルギーを一時的または継続的に与えるも
のである。特に、ターゲット原子が持つ運動エネルギー
に影響が与えられる大きさの運動エネルギーを、ターゲ
ット原子が高速粒子の衝突により放出されたときに与え
られる運動エネルギーに対して５％以上の大きさとすれ
ば、充分な影響が与えられるので好ましい。

【０００９】すなわち、ターゲット原子が高速粒子の衝
突により放出されたときに与えられる運動エネルギーに
対してターゲット原子に与える運動エネルギーが極端に
小さいとあまり効果が期待できないことから、ターゲッ
ト駆動手段はターゲット原子に対して影響が出る大きさ
のエネルギー、好ましくは、ターゲット原子が持つ運動
エネルギーの５％以上の大きさの運動エネルギーを一時
的または継続的にターゲット原子に与えられるように、
ターゲット部材の回転状態や、振動状態、または振動状
態と回転状態の状態を制御する。

【００１０】一般に、ターゲット原子が高速粒子の衝突
により放出されたときに与えられる運動エネルギーは２
（ｅｖ）程度であるため、ターゲット駆動手段は、ター
ゲット原子に対して０．１（ｅｖ）以上の運動エネルギ
ーを付与するように、振動の条件や、回転の条件を決定
する。

【００１１】例えば、ターゲット駆動手段がターゲット
部材を回転させてターゲット部材から放出された瞬間に
さらに遠心力による運動エネルギーを与えるように構成
した場合、回転中心からターゲット部材の表面までの距
離をｒ₀ （ｍ）、ターゲット駆動手段によるターゲット
部材の角速度ω（ｒａｄ／ｓ）、ターゲット部材から放
出されるターゲット原子の質量をＭ（ｋｇ）とすると、
ターゲット部材から放出されたターゲット原子が、回転
中心から距離ｘ（ｍ）離れた位置にあるときに付与され
る遠心力Ｆ（Ｊ）は、Ｆ＝Ｍｘω² …式（１）と表すこ
とができる。１（ｅｖ）＝１．６×１０^-19 （Ｊ）であ
るため、遠心力Ｆによる運動エネルギーＥ（ｅｖ）は、
Ｅ＝Ｍｘω² ／１．６×１０^-19 …式（２）と表すこと
ができる。

【００１２】したがって、ターゲット原子がターゲット
部材から放出される瞬間にターゲット部材の回転によっ
て加わる遠心力による運動エネルギーＥ₀ （ｅｖ）は、
上記式（２）よりＥ₀ ＝Ｍｒ₀ ω² ／１．６×１０^-19
…式（３）と表すことができる。また、遠心力による運
動エネルギーＥ₀ （ｅｖ）は、高速粒子の衝突によりタ
ーゲット原子がターゲット部材から放出されたときに与
えられる運動エネルギー（２（ｅｖ）程度）の５％以上
とすることから、Ｅ₀ ≧０．１（ｅｖ）…式（４）と表
すことができる。

【００１３】上記式（３）と式（４）とから遠心力によ
る運動エネルギーＥ₀ （ｅｖ）は、Ｅ₀ ＝Ｍｒ₀ ω² ／
１．６×１０^-19 ≧０．１…式（５）と表せるため、実
際に用いるターゲット原子の質量Ｍ（ｋｇ）と回転中心
からターゲット表面までの距離ｒ₀ （ｍ）とターゲット
駆動手段がターゲット部材を回転させる角速度ω（ｒａ
ｄ／ｓ）とを決定する。

【００１４】また、ターゲット駆動手段がターゲット部
材を振動させてターゲット部材から放出された瞬間にさ
らにターゲット原子に運動エネルギーを与えるように構
成する場合、ターゲットの振幅をＡ（ｍ）、振動数をｆ
（Ｈｚ）、時間をｔ（ｓ）としたとき、ターゲット部材
の振動ｙはｙ＝Ａｓｉｎ２πｆｔ…式（６）と表すこと
ができる。

【００１５】ターゲット部材が振動していないときにタ
ーゲット部材から放出されたターゲット原子に与えられ
る運動エネルギーをＵとしたとき、上記式（５）よりタ
ーゲット部材が振動しているときにターゲット部材から
放出されるターゲット原子に与えられる運動エネルギー
Ｕ’は以下の式（７）のように表すことができる。

【００１６】

【数１】 したがって、ターゲット部材の振動によりターゲット部
材から放出されたターゲット原子に与えられる運動エネ
ルギーΔＵは以下の式（８）のように表すことができ
る。

【００１７】

【数２】 上記式（８）よりターゲット部材の振動によりターゲッ
ト部材から放出されたターゲット原子に与えられる運動
エネルギーΔＵが最大となる場合の運動エネルギーΔＵ
_max は以下の式（９）のように表すことができる。

【００１８】

【数３】 また、ターゲット部材の振動によりターゲット部材から
放出されたターゲット原子に与えられる運動エネルギー
ΔＵは、高速粒子の衝突によりターゲット原子がターゲ
ット部材から放出されたときに与えられる運動エネルギ
ー（２（ｅｖ）程度）の５％以上とすることから、ΔＵ
_max ≧０．１×１．６×１０^-19 （Ｊ）｛１（ｅｖ）＝
１．６×１０^-19 （Ｊ）｝を満たすように、実際に用い
るターゲット原子の質量Ｍ（ｋｇ）とターゲット駆動手
段によってターゲット部材に与える振幅Ａ（ｍ）と振動
数ｆ（Ｈｚ）とを決定する。

【００１９】なお、ターゲット部材を回転させるととも
に振動させる場合は回転による遠心力によって与えられ
る運動エネルギーと振動によって与えられる運動エネル
ギーとの両方を考慮してそれぞれの条件を決定すればよ
い。

【００２０】このように、請求項１の発明では、ターゲ
ット駆動手段がターゲット部材に対して振動や回転又は
回転と振動を与えてターゲット原子にさらに運動エネル
ギーを付与するため、ターゲット原子が持つ運動エネル
ギーの大きさが大きくなって微細なコンタクトホールや
ビアホールであってもターゲット原子が内部深くまで到
達できるようになり、埋め込み性の向上したスパッタ装
置となる。

【００２１】なお、ターゲット駆動手段として、ターゲ
ット部材のみを縦振動や横振動などの振動を与えること
によりターゲット原子が放出される瞬間に運動エネルギ
ーを与える構成のものや、ターゲット部材と基板保持手
段とを相対位置を変えずに回転させることにより遠心力
を生じさせて、ターゲット原子がターゲット部材から放
出されてから基板に到達するまでの間継続して運動エネ
ルギーを与える構成のものなどが挙げられる。

【００２２】また、請求項２の発明は、請求項１の記載
のスパッタ装置において、前記ターゲット駆動手段は、
前記ターゲット部材と前記基板保持手段との相対配置を
変えずに、予め定めた特定の軸を中心に前記ターゲット
部材と前記基板保持手段との両方を同軸回転させるもの
である。

【００２３】すなわち、請求項２の発明では、ターゲッ
ト駆動手段が、ターゲット部材と基板保持手段との相対
位置を変えずに同軸回転させる構成とすることにより、
ターゲット部材と基板との間の空間に遠心力が働くた
め、ターゲット部材から放出されたターゲット原子には
ターゲット原子が放出された位置から基板に到達するま
での間継続して運動エネルギーが加わる、言い換える
と、加速度が与えられることとなる。そのため、ターゲ
ット部材から放出されたターゲット原子に対して効率的
に運動エネルギーを与えることができる。

【００２４】上述したように、ターゲット原子が高速粒
子の衝突により放出されたときに与えられる運動エネル
ギーは２（ｅｖ）程度であるため、ターゲット駆動手段
は、ターゲット原子に対して０．１（ｅｖ）程度以上の
運動エネルギーを付与するように、回転の条件を決定す
る。

【００２５】すなわち、回転中心からターゲット部材の
表面までの距離をｒ₀ （ｍ）、回転中心から基板表面ま
での距離をｒ₁ （ｍ）、ターゲット駆動手段によるター
ゲット部材の角速度ω（ｒａｄ／ｓ）、ターゲット部材
から放出されるターゲット原子の質量をＭ（ｋｇ）とす
ると、ターゲット原子がターゲット部材から放出されて
から基板表面に到達するまでの間ターゲット原子にかか
る遠心力Ｆ（ｒ₀ ，ｒ ₁ ）は、上述の式（１）から以下
の式（１０）のように表すことができる。

【００２６】

【数４】 １（ｅｖ）＝１．６×１０^-19 （Ｊ）であるため、遠心
力Ｆ（ｒ₀ ，ｒ₁ ）を運動エネルギーＥ（ｒ₀ ，ｒ₁ ）
に換算すると、以下の式（１１）のように表すことがで
きる。

【００２７】

【数５】 上記式（１１）で得られる値が０．１（ｅｖ）以上とな
るように、実際に用いるターゲット原子の質量Ｍ（ｋ
ｇ）と回転中心からターゲット表面までの距離ｒ
₀ （ｍ）と回転中心から基板表面までの距離をｒ
₁ （ｍ）とターゲット駆動手段がターゲット部材を回転
させる角速度ω（ｒａｄ／ｓ）とを決定する。

【００２８】このように、請求項２の発明のスパッタ装
置は、ターゲット部材から放出されたターゲット原子
に、ターゲット部材から放出されて基板に到達するまで
の間継続して、ターゲット原子の持つ運動エネルギーに
影響が出る大きさの運動エネルギーを与える構成である
ため、基板に到達するターゲット原子の運動エネルギー
がより一層大きくなり、微細なコンタクトホールやビア
ホールであってもターゲット原子の到達率が更に向上す
る。それに加えて、ターゲットから基板に向かう向きの
力がターゲット原子に与えられるため、ターゲット原子
は基板表面に対してさらに小さい入射角度で到達するこ
ととなり、基板表面に形成された微細な凹凸の表面に合
わせて均一に付着する。

【００２９】さらに、請求項３の発明は、請求項１又は
２に記載のスパッタ装置において、前記基板保持手段は
基板表面に垂直な軸を中心として基板を回転させるもの
である。これにより、ターゲットから放出されたターゲ
ット原子が基板に対して均一に付着することとなるので
より一層ステップカバレッジのよいものとなる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図５を参照して説明する。

【００３１】（第１の実施形態）図１（ａ）及び図１
（ｂ）に示すように、本第１の実施形態のスパッタ装置
は、タンクＴと連結されタンクＴからアルゴンガスが導
入される導入口１０ａとバルブを介して真空吸引ポンプ
Ｐと連結された導出口１０ｂとが設けられた密閉可能な
略円筒状のチャンバ１０と、チャンバ１０の中心軸を中
心とする同心円上に配置された半径０．８（ｍ）の円筒
状のＣｕよりなるターゲット部材１２と、チャンバ１０
の中心軸上に設けられた柱状部材１４によりチャンバ１
０のほぼ中央に保持された円盤状の金属板１６と、チャ
ンバ１０の内側面に設けられ基板１８の主面がターゲッ
ト部材１２の外側面に対して垂直に配置されるように、
かつ、ターゲット部材の表面からの距離が０．７（ｍ）
となるように、それぞれ基板１８を保持する複数の基板
保持具２０（基板保持手段）と、円筒状のターゲット部
材１２を金属板１６と共にチャンバ１０の中心軸を中心
とする軸を中心として回動させる駆動手段２２（ターゲ
ット駆動手段）とを備えている。

【００３２】円筒状のターゲット部材１２には図示しな
い電源の陰極、円盤状の金属板１６には図示しない電源
の陽極にそれぞれ接続されて高速粒子発生手段を構成し
ている。この高速粒子発生手段は、電源からの高周波電
圧の印加によりグロー放電を生じさせてチャンバ１０内
に充電されたアルゴンガスを遊離し、高速粒子としてプ
ラズマを発生させる。

【００３３】また、駆動手段２２は、円筒状のターゲッ
ト部材１２を保持する回転可能な保持部２２ａをチャン
バ１０内に備え、この保持部２２ａをチャンバ１０の中
心軸を回転軸として回動させることにより保持部を２２
ａにより保持された円筒状のターゲット部材１２を回動
する。この保持部の回転軸上には金属板１６を保持する
柱状部材１４が固定されているため、金属板１６も円筒
状のターゲット部材１２と共に回動される。

【００３４】それぞれ基板１８を保持する複数の基板保
持具２０は、ターゲット部材１２の表面から放出される
ターゲット原子に対して与えられる運動エネルギーの向
きに対して基板１８の主面が垂直に配置される角度で円
筒状のチャンバ１０の内側面に設けられている。

【００３５】このようなスパッタ装置を用いて基板表面
に薄膜を形成するには、まず、基板保持具２０に基板１
８を取り付ける。その後、チャンバ１０内を密閉してポ
ンプＰにより吸引して真空状態とした後、アルゴンガス
をタンクＴからチャンバ１０内に導入する。

【００３６】駆動手段２２によりターゲット部材１２及
び金属板１６を角速度ωが２５０πｒａｄ／ｓで回動さ
せてから図示しない電源によってターゲット部材１２と
金属板１６とに高周波電圧を印加してプラズマを発生さ
せる。

【００３７】発生したプラズマはターゲット部材１２に
あらゆる方向から衝突してターゲット部材１２からＣｕ
原子を放出させる。このとき、ターゲット部材１２は駆
動手段２２により回動されているため、この回動によっ
てＣｕ原子がターゲット部材１２の表面から放出される
瞬間にさらなる運動エネルギーが与えられる。

【００３８】Ｃｕ原子の質量Ｍ₁ は１．０６×１０^-25
（ｋｇ）であることから、Ｃｕ原子に与えられる遠心力
による運動エネルギーＥ_0.8 は、上述の式（３）からＥ
_0.8＝１．０６×１０^-25 （ｋｇ）×０．８（ｍ）×
｛２５０π（ｒａｄ／ｓ）｝²／１．６×１０^-19 ≒
０．３２６９（ｅｖ）となる。この値は、ターゲット原
子が持つ運動エネルギーである２（ｅｖ）の５％以上で
あり、Ｃｕ原子の持つ運動エネルギーに対して充分に影
響のある値と言える。

【００３９】このように、ターゲット部材１２から放出
されたＣｕ原子に対してさらなる運動エネルギーが与え
られることにより、微細な凹凸パターンにも良好に入り
込めるので、ステップカバレッジの良好な薄膜が基板１
８の主面に形成されることとなる。もちろん、複数の基
板保持具２０を備えているため、多数の基板１８の表面
を同時に薄膜を形成することができる。

【００４０】なお、第１の実施形態において、駆動手段
２２は円筒状のターゲット部材１２を回動させることに
よりＣｕ原子に対して運動エネルギーを与える構成とし
ているが、例えば、駆動手段２２が円筒状のターゲット
部材１２を回動させるとともに振動させることによりＣ
ｕ原子が持つ運動エネルギーに対して影響を及ぼす大き
さの運動エネルギーをさらに与える構成等のように他の
構成とすることもできる。

【００４１】（第２の実施形態）図２は、第１の実施形
態で示したスパッタ装置において、それぞれの基板保持
具２０が基板１８を回転させるモータ２４を備えた構成
のものである。このモータ２４により基板１８自身が回
転されることによってターゲット部材１２から放出され
たＣｕ原子を基板１８の主面に対してさらに均一に付着
させることができるので、より一層ステップカバレッジ
の良い薄膜を形成できる。なお、その他の構成は、上記
第１の実施形態のスパッタ装置と同様であるので説明は
省略する。

【００４２】（第３の実施形態）図３（ａ）及び図３
（ｂ）に示すように、本第３の実施形態のスパッタ装置
は、タンクＴと連結されタンクＴからアルゴンガスが導
入される導入口１０ａとバルブを介して真空吸引ポンプ
Ｐと連結された導出口１０ｂとが設けられた密閉可能な
略円筒状のチャンバ１０と、チャンバ１０の中心軸を中
心とする同心円上に配置され、内側面に基板１８の主面
がターゲット部材１２の外側面に対して垂直に配置され
るように、かつ、ターゲット部材の表面からの距離が
０．７（ｍ）となるように、それぞれ基板１８を保持す
る複数の基板保持具２０を備えた円筒状の基板保持部材
２１と、基板保持部材２１の内側にチャンバ１０の中心
軸を中心とする同心円上に配置された半径０．８（ｍ）
の円筒状のＣｕよりなるターゲット部材１２と、チャン
バ１０の中心軸上に設けられた柱状部材１４によりチャ
ンバ１０のほぼ中央に保持された円盤状の金属板１６
と、円筒状の基板保持部材２１と円筒状のターゲット部
材１２とを金属板１６と共にチャンバ１０の中心軸を中
心とする軸を中心として回動させる駆動手段２２とを備
えている。

【００４３】基板保持具２０は、それぞれ保持する基板
１８の主面がチャンバ１０の中心軸に対して平行となる
ように円筒状の基板保持部材２１の内側面に沿って設け
られている。

【００４４】第３の実施形態では、駆動手段２２の保持
部２２ｂが、円筒状の基板保持部材２１と円筒状のター
ゲット部材１２とが固定された状態で駆動手段２２によ
り回転する構成としているので、円筒状の基板保持部材
２１と円筒状のターゲット部材１２との間の空間に遠心
力が働くこととなる。したがって、プラズマの衝突によ
ってターゲット部材１２から放出されたＣｕ原子には、
ターゲット部材１２から放出された瞬間から基板１８に
到達するまでの間、常に運動エネルギーが加えられて加
速する、言い換えると、加速度が与えられることとな
る。

【００４５】例えば、駆動手段２２が角速度２５０πｒ
ａｄ／ｓで基板保持部材２１とターゲット部材１２とを
回動させる場合に、ターゲット部材１２から放出される
Ｃｕ原子に対して与えられる運動エネルギーＥ
_(0.8,1.5) は、上記（７）式よりＥ_{(0 .8,1.5)} ＝｛１／
２×１．０６×１０^-25 ×（２５０π）² ×（１．５²
−０．８² ）｝／１．６×１０^-19 ≒０．３２９０とな
る。この値は、ターゲット原子が持つ運動エネルギーで
ある２（ｅｖ）の５％以上であり、Ｃｕ原子の持つ運動
エネルギーに対して充分に影響のある値と言える。

【００４６】このように、ターゲット部材１２から放出
されたＣｕ原子に対して運動エネルギーＥ_(0.8,1.5) の
加速度がさらに与えられることにより、Ｃｕ原子の持つ
運動エネルギーはより一層大きくなり、微小なホールで
あっても底部まで到達できる。それに加えて、ターゲッ
ト部材１２から基板１８に向かう向きの力が、多数方向
に放出された複数のＣｕ原子のそれぞれに対して与えら
れるため、Ｃｕ原子は基板表面に対してさらに小さい入
射角度で到達することとなり、基板表面に形成された微
細な凹凸の表面に合わせてＣｕ原子が均一に付着し、ス
テップカバレッジの良好な薄膜が形成されることとな
る。

【００４７】もちろん、複数の基板保持具２０を備えて
いるため、同時に多数の基板１８の表面に薄膜を形成す
ることができる。なお、その他の構成は上記第１の実施
形態と同様であるので説明は省略する。

【００４８】なお、第１〜第３の実施形態では、陽極を
構成する金属板１６を円筒状のターゲット部材１２と共
に回動する構成としたが、この構成に限らず、例えば、
チャンバ１０内の予め定めた位置に固定するような構成
としてもよい。

【００４９】また、本第１〜第３の実施形態では円筒状
のターゲット部材１２と金属板１６とによりプラズマを
発生させる構成としたが、これに限らず、例えば、イオ
ンプラズマ発生装置あるいはマグネトロスパッタ法にお
けるプラズマ発生装置などのプラズマを発生させる手段
をチャンバ１０内に設ける構成としてもよい。

【００５０】（第４の実施形態）図４に示すように、本
第４の実施形態のスパッタ装置は、タンクＴと連結され
タンクＴからアルゴンガスが導入される導入口１１ａと
バルブを介して真空吸引ポンプＰと連結された導出口１
１ｂとが設けられた密閉可能なチャンバ１１と、チャン
バ１１内で基板２８を保持する基板保持具３０と、基板
保持具３０から対向して設けられ、プラズマを発生させ
る電極の陰極となるとともに、プラズマの衝突によりＣ
ｕ原子を放出するＣｕよりなる平板状のターゲット部材
３２と、基板２８の主面に対して対向配置するようにタ
ーゲット部材３２を保持すると共にターゲット部材３２
に対して振動数１０⁵ （Ｈｚ）、振幅１０^-2（ｍ）の縦
振動を与えるピエゾ素子３６（ターゲット駆動手段）を
備えたターゲット保持部材３４と、プラズマを発生させ
る電極の陽極となるリング部材３８と、リング部材３８
とターゲット部材３２と接続し、高周波電圧の印加によ
りグロー放電を生じさせる第１の電源４０と、ピエゾ素
子３６に電圧を印加する第２の電源４２とを備えてい
る。

【００５１】このような構成のスパッタ装置を用いて基
板２８表面に薄膜を形成するには、まず、基板保持具３
０に基板２８を取り付ける。その後、チャンバ１１内を
密閉してポンプＰにより吸引して真空状態とした後、ア
ルゴンガスをタンクＴからチャンバ１１内に導入する。

【００５２】第２の電源４２によりピエゾ素子３６に電
圧を印加してターゲット部材３２に対して振動数１０⁵
（Ｈｚ）、振幅１０^-2（ｍ）の縦振動を与えた状態で、
第１の電源４０によりターゲット部材３２とリング部材
３８とに高周波電圧を印可する。これによりグロー放電
が生じてアルゴンガスが遊離され、プラズマが発生す
る。

【００５３】発生したプラズマはターゲット部材３２に
あらゆる方向から衝突してターゲット部材３２からＣｕ
原子を放出させる。このとき、ターゲット部材３２はピ
エゾ素子３６により振動数１０⁵ （Ｈｚ）、振幅１０^-2
（ｍ）の縦振動が与えられているため、この縦振動によ
ってＣｕ原子には、ターゲット部材３２の表面から放出
される瞬間にさらなる運動エネルギーが与えられる。

【００５４】ここでＣｕ原子に与えられる運動エネルギ
ーΔＵ_max は、Ｃｕ原子の質量Ｍ₁が１．０６×１０
^-25 （ｋｇ）、ターゲット部材３２の振動数が１０
⁵ （Ｈｚ）、振幅が１０^-2（ｍ）であり、ターゲット部
材が振動していないときにターゲット部材から放出され
たターゲット原子に与えられる運動エネルギーＵが２
（ｅｖ）であることから、上記（９）式よりΔＵ_max ≒
３．７２８９×１０^-18 （Ｊ）≒２３．３（ｅｖ）とな
る。この値は、ターゲット原子が持つ運動エネルギーで
ある２ｅｖの５％以上であり、Ｃｕ原子の持つ運動エネ
ルギーに対して充分に影響のある値と言える。

【００５５】このように、ターゲット部材１２を縦振動
させることによりターゲット部材１２から放出されたＣ
ｕ原子に対して基板の向かう向きの運動エネルギーを更
に与えるため、ターゲット部材３２から放出されたＣｕ
原子は、微細な凹凸パターンの奥深くまで入り込めるよ
うになるので、ステップカバレッジの良好な薄膜を形成
できる。

【００５６】（第５の実施形態）第５の実施形態は第４
の実施形態の変形例であり、ターゲット駆動手段として
ピエゾ素子３６を用いる代わりにバネ部材３７と電磁石
３５とを用いて、上述した第４の実施形態と同様に振動
数１０⁵ （Ｈｚ）、振幅１０^-2（ｍ）の縦振動をターゲ
ット部材３２に与えることにより、ターゲット部材から
放出されたＣｕ原子に基板に向かう向きの運動エネルギ
ーＵを与える構成である。

【００５７】すなわち、図５に示すように、ターゲット
部材３２を基板２８の主面に対向した状態で保持するタ
ーゲット保持部材３４は、複数のバネ部材（図では説明
のため２つのみ示す）により上下揺動可能にチャンバ１
１内に設けられている。バネ部材３７は一端はターゲッ
ト保持部材３４に固定され、他端がチャンバ１１内に設
けられた固定板３９に固定されており、この固定板３９
にはターゲット保持部材３４側に電磁石３５が設けられ
ている。電磁石３５には、第３の電源４１が接続されて
おり、この第３の電源４１によって電磁石３５のオンオ
フ状態が制御される。また、ターゲット保持部材３４電
磁石３５がオン状態となったときに電磁石３５に引き付
けられる材質、例えば、Ｆｅなどの金属より構成されて
いる。

【００５８】第３の電源４１により与えられるパルス電
圧によって電磁石３５はオンオフ状態を繰り返すが、電
磁石３５がオン状態となるとターゲット保持部材３４が
電磁石３５に引き付けられてバネ部材３７が縮み、電磁
石３５がオフ状態となるとターゲット保持部材３４は重
力により電磁石３５から離れてバネ部材３７が伸びる。
この繰り返しによりターゲット保持部材３４が上下に動
かされるので、ターゲット保持部材３４が保持するター
ゲット部材３２は縦振動されることになる。なお、その
他の構成は上記第４の実施形態と同様であるので説明は
省略する。また、Ｃｕ原子に与える運動エネルギーの大
きさについても第４の実施例と同様であるので詳細な計
算式は省略する。

【００５９】第５の実施形態においても第４の実施形態
と同様に、ターゲット部材３２から放出されたＣｕ原子
は、基板２８の主面に対して平均的に付着すると共にさ
らなる運動エネルギーが与えられることにより、微細な
凹凸パターンにも良好に入り込めるので、ステップカバ
レッジの良好な薄膜を形成できる。

【００６０】なお、ターゲット駆動手段は、ターゲット
部材３２に縦振動を与える構成であれば上述した構成に
限らず、クランク機構などの機械的機構によりターゲッ
ト部材３２に縦振動を与えるようにしてもよい。

【００６１】以上述べた第４の実施形態と第５の実施形
態では、ターゲット保持部材３４を縦振動させる構成と
しているが、ターゲット保持部材３４から放出されるＣ
ｕ原子に対して基板２８に向かう向きの運動エネルギー
を与える構成であれば、その他の構成を用いることがで
きる。

【００６２】なお、以上述べた第１の実施形態〜第５の
実施形態において開示した数値は一例であり、高速粒子
の衝突によってターゲット部材から放出されたターゲッ
ト原子に対し、ターゲット原子が持つ運動エネルギーに
影響が与えられる大きさの運動エネルギーを一時的また
は継続的に与えられるのであれば、本発明は上記数値に
限定されるものではない。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３の発
明によれば、高速粒子の衝突によってターゲット部材か
ら放出されたターゲット原子に対し、ターゲット原子が
持つ運動エネルギーに影響が与えられる大きさの運動エ
ネルギーを一時的または継続的に与えてターゲット原子
の持つ運動エネルギーを大きくするため、微細なコンタ
クトホールやビアホールであってもターゲット原子が内
部深くまで到達することが可能となるので、埋め込み性
が向上したスパッタ装置が得られる、という効果を達成
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態のスパッタ装
置の上面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＡ- Ａ線断面
図である。

【図２】本発明の第２の実施形態のスパッタ装置の上面
図である。

【図３】（ａ）は第３の実施形態のスパッタ装置の上面
図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＢ- Ｂ線断面図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施形態を示す説明図である。

【図５】本発明の第５の実施形態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ チャンバ １０ａ 導入口 １０ｂ 導出口 １２ ターゲット部材 １４ 柱状部材 １６ 金属板 １８ 基板 ２０ 基板保持具 ２２ 駆動手段 ２２ａ 保持部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速粒子を発生させる高速粒子発生手段
   からの高速粒子の衝突によりターゲット原子を放出する
   ターゲット部材と、 前記ターゲット部材から放出されたターゲット原子が基
   板表面に付着するように基板を保持する基板保持手段
   と、 前記ターゲット部材を少なくとも回転または振動させ
   て、前記ターゲット原子が持つ運動エネルギーに対して
   影響が与えられる大きさの運動エネルギーをさらに与え
   るターゲット駆動手段と、 を備えたことを特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】 前記ターゲット駆動手段は、 前記ターゲット部材と前記基板保持手段との相対配置を
   変えずに、予め定めた特定の軸を中心に前記ターゲット
   部材と前記基板保持手段との両方を同軸回転させること
   を特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 【請求項３】 前記基板保持手段は基板表面に垂直な軸
   を中心として基板を回転させることを特徴とする請求項
   １又は２に記載のスパッタ装置。