JP2002129323A - スパッタリング装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な基板面内の膜厚均一性を確保しつつ、
優れたボトムカバレッジを得ることができるスパッタリ
ング装置および成膜方法を提供する。 【解決手段】 スパッタリング装置１は、円形のターゲ
ット３を有するチャンバ４を備え、このチャンバ４内に
はウェハＷを支持するペディスタル５が配設されてい
る。チャンバ４には、真空ポンプ８と、アルゴンガスを
供給するガス供給源９とが接続されている。ターゲット
３およびペディスタル５には、直流電源１０の陰極およ
び陽極が接続されている。ターゲット３の上方には、チ
ャンバ４内に発生したプラズマをターゲット３の近傍に
閉じ込めるためのマグネトロンユニット１１が配置され
ている。このマグネトロンユニット１１は、円形のベー
スプレート１２を有し、このベースプレート１２の下面
には複数の環状マグネット１３が並設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の製造に際して使用されるマグネトロン式のスパッタリ
ング装置、及びスパッタリング装置を用いてウェハ等の
基板に薄膜を形成する成膜方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にマグネトロン式のスパッタリング
装置は、ターゲットを有するチャンバと、チャンバ内に
ターゲットと対向するように配置され、基板を支持する
支持部材と、ターゲットの支持部材側とは反対の側に設
けられたマグネトロンユニットとを備えている。このよ
うなスパッタリング装置により、支持部材に支持された
ウェハに対して成膜処理を行う場合、チャンバ内を減圧
すると共に、チャンバ内にアルゴンガスを供給して、チ
ャンバ内にプラズマを発生させる。すると、プラズマ中
のアルゴンイオンがターゲットに衝突し、そこからスパ
ッタされる粒子（被スパッタ粒子）がウェハ上に堆積
し、ウェハ表面に薄膜が形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなマグネト
ロン式スパッタリング装置においては、近年のウェハの
大口径化に伴って、ターゲットも大型化し、これに応じ
てマグネトロンユニットのマグネットの径も、ウェハ面
内の膜厚均一性の確保やパーティクル対策のために大き
くしてきた。一方、ターゲットと支持部材との間の距離
については、装置全体の大型化や成膜レートの低下を抑
止する観点から、ウェハの大口径化に拘わらず、従来と
はほとんど変わっていない。そのようなスパッタリング
装置の構成によって、ウェハ上のコンタクトホール等に
成膜処理を行うと、ボトムカバレッジが低下するという
問題があった。

【０００４】本発明の目的は、良好な基板面内の膜厚均
一性を確保しつつ、優れたボトムカバレッジを得ること
ができるスパッタリング装置および成膜方法を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を重ねた結果、ターゲットから飛び出た被スパッタ粒子
のうち、基板に対して斜めに進む被スパッタ粒子同士を
積極的に衝突させることで、基板に斜めに入射する被ス
パッタ粒子が減少し、その結果ボトムカバレッジを改善
できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【０００６】すなわち、本発明のスパッタリング装置
は、ターゲットを有するチャンバと、チャンバ内にター
ゲットと対向するように配置され、基板を支持する支持
部材と、チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給
手段と、チャンバ内を減圧する減圧手段と、チャンバ内
に供給されたプロセスガスをプラズマ化するプラズマ化
手段と、ターゲットの支持部材側とは反対の側に設けら
れ、プラズマをターゲットの近傍に閉じ込めるマグネト
ロンユニットとを備え、マグネトロンユニットは、ター
ゲットに対向して配置されたベースプレートと、ベース
プレートにおけるターゲットと向き合う側の面に並設さ
れた複数の環状マグネットと、ベースプレートを回転駆
動させる駆動手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【０００７】このようにベースプレートに複数の環状マ
グネットを並設することにより、１個の環状マグネット
の径が必然的に小さくなる。ここで、ターゲットの単位
面積から飛び出ていく被スパッタ粒子の数は、環状マグ
ネットの径と、ターゲットと支持部材との間に印加する
電力とに関係し、環状マグネットの径が小さくなるに従
って、印加する電力が低くて済む。このため、環状マグ
ネットの径を小さくした場合には、環状マグネットの径
が大きい場合と同じ電力を印加することで、ターゲット
の単位面積から飛び出る被スパッタ粒子の数を多くする
ことができる。このように被スパッタ粒子の数が増加し
た場合には、ターゲットの近傍において、基板に対して
斜めに進むエネルギーの小さい被スパッタ粒子が他の被
スパッタ粒子と衝突する確率が高くなる。そして、その
ような被スパッタ粒子同士の衝突によって、被スパッタ
粒子の一部は、基板から外れた側方に向かって進み、ま
た被スパッタ粒子の他の一部は、基板に対して垂直方向
またはそれに近い方向に進むようになる。このとき、上
記の被スパッタ粒子同士の衝突は、主にターゲット近傍
で起きるため、プロセスガスによる被スパッタ粒子の散
乱とは異なり、複数回起きる可能性は低い。また、チャ
ンバ内の圧力を所望の真空度まで減圧した場合には、プ
ロセスガスによる被スパッタ粒子の散乱の発生を抑制す
ることができる。従って、基板に対して斜めに入射する
被スパッタ粒子が減少する。これにより、基板上のコン
タクトホール等に成膜を行う場合に、優れたボトムカバ
レッジを得ることができる。また、上記のような径の小
さな環状マグネットをベースプレートに複数並設したの
で、良好な基板面内の膜厚均一性をも確保できる。

【０００８】好ましくは、環状マグネットは円形リング
状をなしている。これにより、チャンバ内に発生したプ
ラズマをターゲットの近傍に効果的に閉じ込めることが
できる。

【０００９】この場合、環状マグネットの外径は７０〜
１５０ｍｍであることが好ましい。これにより、ターゲ
ットと支持部材との間に最適な電力を印加することで、
単位面積当たりの被スパッタ粒子の飛び出し数を多くす
ることができると共に、チャンバ内に発生したプラズマ
をターゲットの近傍に確実に閉じ込めることができる。

【００１０】また、複数の環状マグネットで構成される
マグネット群は、ターゲットの中心部に対して外側に片
寄るように配置されている。これにより、ベースプレー
トを回転させると、各環状マグネットにより発生する磁
界がターゲットの表面全体にわたってほぼ均等に形成さ
れるため、プラズマがターゲット近傍においてほぼ均等
に閉じ込められる。従って、基板上に形成される薄膜の
膜厚均一性がより向上する。また、ターゲット中央部の
局所的な消耗を避けることができるため、ターゲットの
使用効率が向上する。

【００１１】また、複数の環状マグネットは、ベースプ
レートにおけるターゲットの中心部に対応する位置に配
置された第１マグネットと、ベースプレートにおける第
１マグネットの外側に配置された少なくとも１つの第２
マグネットとからなり、第１マグネットの外径は第２マ
グネットの外径よりも小さくてもよい。これにより、ベ
ースプレートにおけるターゲットの中心部に対応する位
置に環状マグネットを固定した場合であっても、基板上
に形成される薄膜の膜厚均一性がより良好になると共
に、ターゲット中央部の局所的な消耗が回避される。

【００１２】さらに、複数の環状マグネットは、ベース
プレートにおけるターゲットの中心部に対応する位置に
配置された第１マグネットと、ベースプレートにおける
第１マグネットの外側に配置された少なくとも１つの第
２マグネットとからなり、第１マグネットとターゲット
との間隔は、第２マグネットとターゲットとの間隔より
も大きくてもよい。この場合にも、ベースプレートにお
けるターゲットの中心部に対応する位置に環状マグネッ
トを固定しても、基板上に形成される薄膜の膜厚均一性
がより良好になると共に、ターゲット中央部の局所的な
消耗が回避される。

【００１３】また、本発明の成膜方法は、ターゲットを
有するチャンバと、チャンバ内にターゲットと対向する
ように配置され、基板を支持する支持部材と、ターゲッ
トの支持部材側とは反対の側に設けられたマグネトロン
ユニットとを備え、マグネトロンユニットは、ターゲッ
トに対向して配置されたベースプレートと、ベースプレ
ートにおける前記ターゲットと向き合う側の面に並設さ
れた複数の環状マグネットと、ベースプレートを回転駆
動させる駆動部とを有するスパッタリング装置を用い、
支持部材に基板を支持した状態で、チャンバ内を減圧す
ると共に、チャンバ内にプロセスガスを供給し、更に、
ターゲットと支持部材との間に所定の電力を印加して、
プロセスガスをプラズマ化すると共に、マグネトロンユ
ニットを作動させて、プラズマをターゲットの近傍に閉
じ込めることによって、基板上に薄膜を形成することを
特徴とするものである。

【００１４】このように複数の環状マグネットを有する
スパッタリング装置を用いることにより、上述したよう
にターゲットの単位面積から飛び出る被スパッタ粒子の
数を多くすることができる。この場合には、ターゲット
の近傍において、基板に対して斜めに進む被スパッタ粒
子同士の衝突が増えるため、基板に斜めに入射する被ス
パッタ粒子が減少する。これにより、基板上のコンタク
トホール等に成膜を行う場合に、良好な基板面内の膜厚
均一性を確保しつつ、優れたボトムカバレッジを得るこ
とができる。

【００１５】好ましくは、ターゲットと支持部材との間
に印加する電力をＰ（ｋＷ）、複数の環状マグネットの
外周長さの合計をＲ（ｍｍ）としたときに、Ｐ／Ｒ＝
０．１６〜０．６５ｋＷ／ｍｍを満たすような電力をタ
ーゲットと支持部材との間に印加する。これにより、チ
ャンバ内に発生したプラズマをターゲットの近傍に確実
に閉じ込めつつ、単位面積当たりの被スパッタ粒子の飛
び出し数を多くすることができる。

【００１６】また、好ましくは、ターゲットを、セルフ
スパッタリングを起こすことが可能な材料で形成し、チ
ャンバ内を０．０〜１．０ｍＴｏｒｒに減圧する。これ
により、プロセスガスによる被スパッタ粒子の散乱の発
生が確実に抑えられるため、基板に斜めに入射する被ス
パッタ粒子がより減少する。また、ターゲットの材料と
して、セルフスパッタリングを起こすことが可能な材料
を用いた場合には、放電開始時のみプロセスガスを流せ
ば、それ以降はプロセスガスを流す必要がなくなる。こ
の場合、セルフスパッタリングを起こすことが可能な材
料は、例えば銅、白金である。

【００１７】また、ターゲットを、セルフスパッタリン
グを起こさない材料で形成し、チャンバ内を０．３〜
１．０ｍＴｏｒｒに減圧する。これにより、プロセスガ
スによる被スパッタ粒子の散乱の発生が確実に抑えられ
るため、基板に斜めに入射する被スパッタ粒子がより減
少する。この場合、セルフスパッタリングを起こさない
材料は、例えばチタン、アルミニウム、タングステンで
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスパッタリン
グ装置および成膜方法の好適な実施形態について図面を
参照して説明する。

【００１９】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
６により説明する。図１は、本実施形態のマグネトロン
式スパッタリング装置を概略的に示した図である。同図
において、スパッタリング装置１は、ハウジング２と、
このハウジング２の上部開口部を閉じるように配置され
た円形のターゲット３とを有し、これらハウジング２と
ターゲット３によりチャンバ４を形成している。

【００２０】チャンバ４内には、成膜処理すべき基板で
ある半導体ウェハＷを支持するペディスタル５が配設さ
れ、このペディスタル５はターゲット３の下面に対して
平行に対向配置されている。ペディスタル５にウェハＷ
が載置された時のターゲット３とペディスタル５との間
の距離Ｌは、要求されるボトムカバレッジと成膜レート
を考慮して決定されるものであり、例えば５０〜３００
ｍｍ程度となっている。

【００２１】ハウジング２には、排気ポート６およびガ
ス導入ポート７が形成されている。排気ポート６にはク
ライオポンプ等の真空ポンプ８が接続され、この真空ポ
ンプ８を作動させることでチャンバ４内を真空減圧す
る。また、ガス導入ポート７にはガス供給源９が接続さ
れ、ガス供給源９からプロセスガスとしてのアルゴンガ
スがガス導入ポート７を通してチャンバ４内に供給され
る。

【００２２】ターゲット３およびペディスタル５には、
それぞれ、直流電源１０の陰極および陽極が接続されて
いる。ペディスタル５にウェハＷが置かれた状態で、チ
ャンバ４内にアルゴンガスを導入して、ターゲット３と
ペディスタル５との間に電圧をかけると、アルゴンガス
がプラズマ化する。

【００２３】ターゲット３のペディスタル５側とは反対
の側、即ちターゲット３の上方には、チャンバ４内に発
生したプラズマをターゲット３の近傍に閉じ込めるため
のマグネトロンユニット１１が配置されている。このマ
グネトロンユニット１１は、図１及び図２に示すよう
に、ターゲット３に対して平行に且つターゲット３と同
軸に配置された円形のベースプレート１２を有してい
る。このベースプレート１２の下面には、ターゲット３
表面に磁場のトンネルを作るための複数（ここでは４
個）の環状マグネット１３が並設されている。また、ベ
ースプレート１２の上面には、ベースプレート１２を回
転駆動させる駆動モータ１４が取り付けられている。

【００２４】環状マグネット１３は円形リング状をな
し、プラズマをターゲット３近傍に最も効果的に閉じ込
めることができる形状となっている。また、ウェハＷ上
に形成される薄膜の膜厚がウェハ表面全体にわたって均
一となるようにすべく、複数の環状マグネット１３から
なるマグネット群１３Ｇは、ベースプレート１２の中心
に対して外側（図示Ａ側）に片寄るように、ベースプレ
ート１２に固定されている。つまり、マグネット群１３
Ｇは、ターゲット３の中心に対して外側に片寄るように
配置されている。これにより、駆動モータ１４によりベ
ースプレート１２を回転させると、各環状マグネット１
３により発生する磁界がターゲット３の表面全体にわた
ってほぼ均等に形成されるようになるため、ターゲット
３近傍におけるプラズマ密度がほぼ均等になり、その結
果ウェハ面内の膜厚均一性が良好になる。また、ターゲ
ット３の中央部の局所的な消耗を避けることができ、タ
ーゲット３の使用効率が向上する。

【００２５】以上のように構成したスパッタリング装置
１を用いて成膜を行う場合、まず、図示しない搬送手段
によりチャンバ４内にウェハＷを搬入してペディスタル
５上に載置する。そして、真空ポンプ８によりチャンバ
４内を所望の真空度まで減圧すると共に、ガス供給源９
のアルゴンガスをチャンバ４内に導入する。そして、直
流電源１０をオンにし、ターゲット３とペディスタル５
との間に所望の電力を印加する。すると、チャンバ４内
にグロー放電が発生し、プラズマ中のアルゴンイオンが
ターゲット３の下面に衝突して、ターゲット原子（被ス
パッタ粒子）をはじき出し、このターゲット原子がウェ
ハＷ上に堆積して薄膜が形成される。このとき、マグネ
トロンユニット１１の作動によってターゲット３近傍に
おけるプラズマ密度が高められ、上記のスパッタリング
作用が促進される。

【００２６】このようなスパッタリング法による成膜に
おいて、ターゲット３から飛び出る被スパッタ粒子は、
図３に示すように、ウェハＷに対して垂直方向に進む粒
子Ｒｖだけでなく、ウェハＷに対して斜め方向に進む粒
子Ｒｓもある。このようなウェハＷに斜めに到達する被
スパッタ粒子Ｒｓが多いと、ウェハＷ上のコンタクトホ
ールＨに成膜を行う場合にボトムカバレッジが低下する
原因となる。このような不具合は、ウェハＷの径が大き
くなる程、顕著に表れるようになる。従って、良好なボ
トムカバレッジを得るためには、ウェハＷに対して斜め
に進む被スパッタ粒子Ｒｓを少なくする必要がある。

【００２７】ところで、ターゲット３から飛び出た被ス
パッタ粒子のうち、ウェハＷに対して斜めに進む被スパ
ッタ粒子Ｒｓは、ウェハＷに対して垂直方向に進む被ス
パッタ粒子Ｒｖよりも他の被スパッタ粒子に衝突しやす
くなる。これは、被スパッタ粒子の衝突断面積の相違に
因るものである。つまり、ウェハＷに対して垂直方向に
進む被スパッタ粒子Ｒｖは、エネルギーが高く、進むス
ピードが速いため、衝突断面積が小さいのに対し、ウェ
ハＷに対して斜めに進む被スパッタ粒子Ｒｓは、エネル
ギーが低く、進むスピードが遅いため、衝突断面積が大
きくなる。

【００２８】そこで、このような物理特性を利用し、以
下のようにしてウェハＷに対して斜めに進む被スパッタ
粒子の数を低減する。すなわち、ターゲット３から飛び
出る被スパッタ粒子の数を増大させ、ターゲット３の近
傍においてウェハＷに対して斜めに進む被スパッタ粒子
同士を積極的に衝突させるようにする。このような被ス
パッタ粒子同士の衝突によって、図４（ａ）に示すよう
にウェハＷから外れる側方に向かって進む被スパッタ粒
子Ｒ₁や、図４（ｂ）に示すようにウェハＷに対してほ
ぼ垂直方向またはそれに近い方向に進む被スパッタ粒子
Ｒ₂が多くなる。ここで、被スパッタ粒子同士の衝突は
主にターゲット３近傍で起こるため、アルゴンガスによ
る被スパッタ粒子の散乱とは異なり、被スパッタ粒子同
士の衝突散乱が複数回起きる可能性は低い。これによっ
て、ウェハＷに斜めに入射する被スパッタ粒子が少なく
なり、結果としてボトムカバレッジを改善することが可
能となる。

【００２９】次に、このような被スパッタ粒子同士の衝
突が十分に起きるようにするための条件について詳述す
る。

【００３０】まず第１に、マグネトロンユニット１１で
使用する環状マグネット１３の径を小さくする。この理
由は、以下の通りである。すなわち、直流電源１０によ
りターゲット３とペディスタル５との間に投入する電力
を高くすると、ターゲット３の単位面積から飛び出る被
スパッタ粒子の数は増加する。しかし、マグネット１個
当たりに投入できるパワー（エネルギー）には限界があ
るため、ターゲット３とペディスタル５との間に必要以
上の大電力を印加することはできない。一方、単位面積
当たりの被スパッタ粒子の飛び出し数は、環状マグネッ
トの外径と、ターゲット３とペディスタル５との間に投
入する電力とに関係しており、環状マグネットの径を小
さくするほど、投入する電力も低くて済む。従って、直
流電源１０により投入する電力が一定であれば、環状マ
グネットの径が小さいほど、単位面積当たりの被スパッ
タ粒子の飛び出し数が多くなる。

【００３１】そこで、本実施形態では、まず環状マグネ
ットを小型にすることにより、ターゲット３から飛び出
る被スパッタ粒子の数を増やすようにする。具体的に
は、環状マグネット１３の外径（直径）ｒを、好ましく
は７０〜１５０ｍｍとする。このように環状マグネット
１３の外径を１５０ｍｍ以下と小型にすることにより、
ターゲット３とペディスタル５との間に所定の電力を印
加すると、ターゲット３から飛び出る被スパッタ粒子が
多くなる。また、環状マグネット１３の外径を７０ｍｍ
以上とすることで、マグネットの材質にかかわらず、チ
ャンバ４内に発生したプラズマをターゲット３近傍に確
実に維持することができる。

【００３２】なお、このような環状マグネット１３はベ
ースプレート１２の下面に複数配置されているが、これ
は、環状マグネット１３を小型化しても、ウェハＷ面内
の膜厚均一性を十分に確保できるようにするためであ
る。

【００３３】第２に、直流電源１０によりターゲット３
とペディスタル５との間に印加する電力を次のように設
定する。すなわち、投入電力をＰ（ｋＷ）、複数の環状
マグネット１３の外周長さの合計をＲ（ｍｍ）としたと
きに、 Ｐ／Ｒ＝０．１６〜０．６５ｋＷ／ｍｍ を満足するような電力を投入するのが好ましい。つま
り、直径１０ｍｍの環状マグネット１３では、マグネッ
ト１個当たり約５ｋＷ〜２０ｋＷの電力を投入し、直径
１５ｍｍの環状マグネット１３では、マグネット１個当
たり約７．５ｋＷ〜３０ｋＷの電力を投入する。なお、
環状マグネット１３の幅（＝外径−内径）ｄが変わるこ
とによりプラズマの幅が変化しても、垂直磁場が０の所
を最大としてプラズマの強度が弱くなっていくため、そ
の平均的な位置はほとんど変化しない。このようにプラ
ズマの平均位置はほぼ一定であるため、プラズマが広が
った場合であっても、平均位置の内側と外側の両方にプ
ラズマが広がることになる。このため、外側に広がった
部分では効果が低下するが、内側に広がった部分では効
果が増す。従って、全体としては環状マグネット１３の
幅による依存性が小さい。これにより、チャンバ４内に
発生したプラズマをターゲットの近傍に確実に閉じ込め
つつ、単位面積当たりの被スパッタ粒子の飛び出し数を
多くすることができる。

【００３４】第３に、チャンバ４内の圧力つまりガス圧
力を十分に低くする。上記のようなターゲット３近傍で
の被スパッタ粒子同士の衝突が多くなっても、その後で
被スパッタ粒子とアルゴン粒子とが衝突する、いわゆる
２次散乱、３次散乱が生じると、ウェハＷに対して斜め
に進む被スパッタ粒子を少なくすることが困難になる。
そこで、真空ポンプ８によりチャンバ４内を減圧するこ
とにより、アルゴンガスによる被スパッタ粒子の散乱を
低減する。

【００３５】このとき、チャンバ４内の圧力は、ターゲ
ット３の材料に応じて最適な真空度を設定する。具体的
には、チタン、アルミニウム、タングステン等といった
セルフスパッタリングを起こさない材料でターゲット３
を形成した場合には、チャンバ４内を好ましくは０．３
〜１．０ｍＴｏｒｒに減圧する。一方、Ｃｕ（銅）、Ｐ
ｔ（白金）等といったセルフスパッタリングを起こすこ
とが可能な材料でターゲット３を形成した場合には、放
電開始時のみアルゴンガスを流せば、それ以降はアルゴ
ンガスを流す必要がないという観点から、チャンバ４内
を好ましくは０．０〜１．０ｍＴｏｒｒに減圧する。こ
のようにチャンバ４内の圧力を設定することにより、ア
ルゴンガスによる被スパッタ粒子の散乱が低減される。
なお、セルフスパッタリングを起こしやすい材料として
は、上記のＣｕ、Ｐｔの他に、Ｚｎ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｐｂ等が挙げられる。

【００３６】以上の条件を満たすようにマグネトロンユ
ニット１１を構成すると共に成膜処理を行うことによ
り、チャンバ４内に発生したプラズマがターゲット３近
傍に十分に閉じ込められつつ、ターゲット３から飛び出
る被スパッタ粒子が増加して、被スパッタ粒子同士の衝
突が促進される。これにより、ウェハＷに到達する被ス
パッタ粒子の指向性が向上し、コンタクトホールＨにお
いて良好なボトムカバレッジを得ることができる。

【００３７】図５は、環状マグネットの径の大小によっ
て、ウェハＷに到達する被スパッタ粒子の個数がどの程
度変わるかについてシミュレーションした結果の一例を
示した図である。このシミュレーションは、比較的単純
なモデルに基づいて実行したものであり、具体的には、
平均的な値を求めるために、本現象が無限大の大きさを
持つターゲット全面で発生した場合を仮定して計算した
ものである。

【００３８】同図において、横軸は、ウェハＷに対して
垂直方向を基準（０度）とした時の被スパッタ粒子の進
行角度を示し、縦軸は、被スパッタ粒子の相対的な個数
を示している。この時に使用したウェハＷは、１２イン
チ（直径３００ｍｍ）のウェハであり、ターゲット３と
ペディスタル５との間の距離Ｌは３００ｍｍである。ま
た、図中Ｘは、外径が１００ｍｍ程度と考えられる環状
マグネット（以下、小さな環状マグネットという）のシ
ミュレーション結果を示し、図中Ｙは、外径が３００ｍ
ｍと考えられる環状マグネットのシミュレーション結果
を示したものである。

【００３９】図５から分かるように、環状マグネットの
径を小さくした場合には、±７５度以内の範囲の角度で
進む被スパッタ粒子の数は減少し、±７５度以上の角度
で進む被スパッタ粒子の数が増加している。これは、環
状マグネットの径を小さくすると、被スパッタ粒子同士
の衝突確率が高くなるので、ハウジング２の側壁に向か
って進む被スパッタ粒子が多くなったものと考えられ
る。

【００４０】図６は、図５において、被スパッタ粒子の
相対的個数の最大頻度、つまり被スパッタ粒子がウェハ
Ｗに対して垂直方向に向かう数が同じになるようにした
ものである。

【００４１】同図において、ワーストケースを想定する
と、±４５度以内の範囲の角度で進む被スパッタ粒子が
ウェハＷに到達する。ここで、環状マグネットの径を小
さくした場合には、特に±（２０〜４５度）の範囲にお
いて、被スパッタ粒子の数が大きく減少しているのが分
かる。つまり、ウェハＷに到達する被スパッタ粒子のう
ち、ボトムカバレッジ悪化の原因となるウェハＷに斜め
に入射する被スパッタ粒子の数が少なくなる。

【００４２】以上のように本実施形態によれば、スパッ
タリングで要求されるウェハ面内の膜厚均一性、ボトム
カバレッジ、ターゲット３のフルエロージョン等の要求
を満たすことができる。

【００４３】本発明の第２の実施形態を図７及び図８に
より説明する。本実施形態では、マグネトロンユニット
の構成が第１の実施形態と異なる。図中、第１の実施形
態とは同一または同等の部材には同じ符号を付し、その
説明を省略する。

【００４４】図７及び図８において、本実施形態のスパ
ッタリング装置２１はマグネトロンユニット２２を有
し、このマグネトロンユニット２２のベースプレート１
２の下面には、サイズの異なる２種類の環状マグネット
２３ａ，２３ｂが並設されている。ベースプレート１２
の中心部には環状マグネット２３ａが固定され、この環
状マグネット２３ａの周りには複数（ここでは４個）の
環状マグネット２３ｂが固定されている。環状マグネッ
ト２３ａの外径ｒ_aは、環状マグネット２３ｂの外径ｒ_b
よりも小さくなっている。

【００４５】また、ベースプレート１２の中心部に固定
された環状マグネット２３ａの厚さは、他の環状マグネ
ット２３ｂよりも薄くなっており、これにより、ターゲ
ット３と環状マグネット２３ａとの間の距離ｋ_aが、タ
ーゲット３と環状マグネット２３ｂとの間の距離ｋ_bよ
りも長くなっている。

【００４６】また、ウェハＷ上に形成される薄膜の膜厚
をウェハ表面全体にわたって均一にするには、複数の環
状マグネット２３ａ，２３ｂからなるマグネット群２３
Ｇは、ベースプレート１２の中心に対してわずかに外側
（図示Ａ側）に片寄るように、ベースプレート１２に固
定するのが好ましい。この場合には、マグネット群２３
Ｇは、ターゲット３の中心に対してわずかに外側に片寄
るように配置されることになる。

【００４７】このようにマグネトロンユニット２２を構
成したので、ウェハＷ上に形成される薄膜の膜厚均一性
が向上すると共に、ターゲット３中央部の局所的な消耗
を避けることができるため、ターゲット３の使用効率が
向上する。

【００４８】なお、ベースプレート１２の中心部に固定
する環状マグネットの外径を、他の環状マグネットの外
径よりも小さくする構成を採用した場合には、その環状
マグネットの外径の差によっては、ターゲット３と環状
マグネットとの間隔は全て同じであってもよい。また、
ターゲット３とベースプレート１２の中心部に固定する
環状マグネットとの間隔を、ターゲット３と他の環状マ
グネットとの間隔よりも長くする構成を採用した場合に
は、そのターゲット３と環状マグネットとの間隔の差に
よっては、環状マグネットの径を全て同じにしてもよ
い。

【００４９】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではない。例えば、上記実施形態では、環状マグネッ
トとして円形リング状のマグネットを使用したが、だ円
リング状のマグネットを使用してもよい。また、上記実
施形態のスパッタリング装置では、ウェハＷを支持する
支持部材の上方にターゲットが配置されているが、本発
明のスパッタリング装置は、支持部材の下方にターゲッ
トを配置したものにも適用可能なことは言うまでもな
い。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、マグネトロンユニット
のベースプレートに複数の環状マグネットを並設したの
で、基板に斜めに入射する被スパッタ粒子を低減するこ
とができ、これにより、良好な基板面内の膜厚均一性を
確保しつつ、優れたボトムカバレッジを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるスパッタリング
装置の概略を示す構成図である。

【図２】図１に示すスパッタリング装置のマグネトロン
ユニットの裏面図である。

【図３】図１に示すターゲットから飛び出た被スパッタ
粒子がウェハに向かう状態を示す図である。

【図４】ウェハ上に斜めに入射する被スパッタ粒子が減
少する原理を示す図である。

【図５】図２に示す環状マグネットの径の大小によっ
て、ウェハに到達する被スパッタ粒子の相対的な個数が
どう変化するかをシミュレーションした結果の一例を示
した図である。

【図６】図５に示すシミュレーション結果を、被スパッ
タ粒子の相対的個数の最大頻度が同じになるように示し
た図である。

【図７】本発明の第２の実施形態によるスパッタリング
装置の概略を示す構成図である。

【図８】図７に示すスパッタリング装置のマグネトロン
ユニットの裏面図である。

【符号の説明】

１…スパッタリング装置、３…ターゲット、４…チャン
バ、５…ペディスタル（支持部材）、８…真空ポンプ
（減圧手段）、９…ガス供給源（ガス供給手段）、１０
…直流電源（プラズマ化手段）、１１…マグネトロンユ
ニット、１２…ベースプレート、１３…環状マグネッ
ト、１４…駆動モータ（駆動手段）、２１…スパッタリ
ング装置、２２…マグネトロンユニット、２３ａ…環状
マグネット（第１マグネット）、２３ｂ…環状マグネッ
ト（第２マグネット）、Ｗ…ウェハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恒岡 正年 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 CA05 DC03 DC42 DC43 DC46 4M104 BB02 BB04 BB06 BB07 BB08 BB09 BB14 BB18 DD39 DD40 DD41 5F103 AA08 BB14 BB22 DD28 RR04 RR05 RR10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットを有するチャンバと、 前記チャンバ内に前記ターゲットと対向するように配置
   され、基板を支持する支持部材と、 前記チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給手段
   と、 前記チャンバ内を減圧する減圧手段と、 前記チャンバ内に供給されたプロセスガスをプラズマ化
   するプラズマ化手段と、 前記ターゲットの前記支持部材側とは反対の側に設けら
   れ、プラズマを前記ターゲットの近傍に閉じ込めるマグ
   ネトロンユニットとを備え、 前記マグネトロンユニットは、前記ターゲットに対向し
   て配置されたベースプレートと、前記ベースプレートに
   おける前記ターゲットと向き合う側の面に並設された複
   数の環状マグネットと、前記ベースプレートを回転駆動
   させる駆動手段とを有するスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記環状マグネットは円形リング状をな
   している請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 前記環状マグネットの外径は７０〜１５
   ０ｍｍである請求項２記載のスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 前記複数の環状マグネットで構成される
   マグネット群は、前記ターゲットの中心部に対して外側
   に片寄るように配置されている請求項１〜３のいずれか
   一項記載のスパッタリング装置。
5. 【請求項５】 前記複数の環状マグネットは、前記ベー
   スプレートにおける前記ターゲットの中心部に対応する
   位置に配置された第１マグネットと、前記ベースプレー
   トにおける前記第１マグネットの外側に配置された少な
   くとも１つの第２マグネットとからなり、前記第１マグ
   ネットの外径は前記第２マグネットの外径よりも小さい
   請求項１〜４のいずれか一項記載のスパッタリング装
   置。
6. 【請求項６】 前記複数の環状マグネットは、前記ベー
   スプレートにおける前記ターゲットの中心部に対応する
   位置に配置された第１マグネットと、前記ベースプレー
   トにおける前記第１マグネットの外側に配置された少な
   くとも１つの第２マグネットとからなり、前記第１マグ
   ネットと前記ターゲットとの間隔は、前記第２マグネッ
   トと前記ターゲットとの間隔よりも大きい請求項１〜４
   のいずれか一項記載のスパッタリング装置。
7. 【請求項７】 ターゲットを有するチャンバと、前記チ
   ャンバ内に前記ターゲットと対向するように配置され、
   基板を支持する支持部材と、前記ターゲットの前記支持
   部材側とは反対の側に設けられたマグネトロンユニット
   とを備え、前記マグネトロンユニットは、前記ターゲッ
   トに対向して配置されたベースプレートと、前記ベース
   プレートにおける前記ターゲットと向き合う側の面に並
   設された複数の環状マグネットと、前記ベースプレート
   を回転駆動させる駆動部とを有するスパッタリング装置
   を用い、 前記支持部材に前記基板を支持した状態で、前記チャン
   バ内を減圧すると共に、前記チャンバ内にプロセスガス
   を供給し、更に、前記ターゲットと前記支持部材との間
   に所定の電力を印加して、前記プロセスガスをプラズマ
   化すると共に、前記マグネトロンユニットを作動させ
   て、プラズマを前記ターゲットの近傍に閉じ込めること
   によって、前記基板上に薄膜を形成する成膜方法。
8. 【請求項８】 前記ターゲットと前記支持部材との間に
   印加する電力をＰ（ｋＷ）、前記複数の環状マグネット
   の外周長さの合計をＲ（ｍｍ）としたときに、 Ｐ／Ｒ＝０．１６〜０．６５ｋＷ／ｍｍ を満たすような電力を前記ターゲットと前記支持部材と
   の間に印加する請求項７記載の成膜方法。
9. 【請求項９】 前記ターゲットを、セルフスパッタリン
   グを起こすことが可能な材料で形成し、 前記チャンバ内を０．０〜１．０ｍＴｏｒｒに減圧する
   請求項７または８記載の成膜方法。
10. 【請求項１０】 前記セルフスパッタリングを起こすこ
    とが可能な材料として、銅または白金を用いる請求項９
    記載の成膜方法。
11. 【請求項１１】 前記ターゲットを、セルフスパッタリ
    ングを起こさない材料で形成し、 前記チャンバ内を０．３〜１．０ｍＴｏｒｒに減圧する
    請求項７または８記載の成膜方法。
12. 【請求項１２】 前記セルフスパッタリングを起こさな
    い材料として、チタン、アルミニウム、タングステンの
    いずれかを用いる請求項１１記載の成膜方法。