JP2003510464A - 回転磁石アレイおよびスパッタ・ソース - Google Patents

回転磁石アレイおよびスパッタ・ソース

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Abstract

(57)【要約】 金属および金属反応性ガスのコーティングを基板上に付着させるスパッタリング・システムおよび磁石アレイは、回転マグネトロンで使用できるように設計される。磁石アレイ（100）は、プレート上に配設された複数の磁石を含む。複数の磁石は、閉ループ磁路（112）が形成されるように配置される。磁路の形状は、プレートの回転中心と交差する、プレートの平面内の軸に対して互いに対称的な第１および第２のローブを含む二重ローブ構造である。各磁石はいくつかの列として構成される。第１の磁石列は、磁路の第１および第２のローブ（106、107）に対応する二重ローブ構造を有する。第２および第３の磁石列（108、110）は、磁路の第１および第２のローブ（106、107）の内側にリング状に配置される。磁路のローブ構造は円形であっても、楕円形であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、金属および金属反応性ガスのコーティングを基板上に付着させる方
法および装置に関する。
【０００２】 発明の背景 絶縁膜、特に酸化アルミニウム（Al2O3）のスパッタ付着は従来、セラミック
・ターゲットからの無線周波数（「RF」）ダイオード・スパッタリングによって
行われている。RFダイオード・スパッタリング・プロセスは、ある程度有効であ
るが、かなり低速であり、付着速度は約500オングストローム／分である。この
ように付着速度が低い場合、機械スループットを経済的に実現するにはバッチ・
ローディングが必要である。
【０００３】 バッチ式では、単一の付着ランで複数の基板がコーティングされる。しかし、
半導体業界において、バッチ式は、いくつかの要因のために、ずっと前から最適
な処理とはみなされていない。第１に、バッチ式ではより大きなターゲットを使
用する必要があり、したがって、より大型の（より高価な）電源が必要である。
第２に、ウェーハ間の付着一様性が変動する可能性が高くなる。第３に、付着ラ
ン時に問題が起こった場合、複数のウェーハが失われる恐れがある。したがって
、バッチ式を用いる場合、バッチを介して処理結果を振り分けるうえでより大き
な妥協をしなければならない。
【０００４】 一方、単一基板処理は、ウェーハ間の付着制御をよりうまく行うことができ、
付着ランの問題による使用不能なウェーハにおける損失が削減されるという利益
をもたらす。しかし、商業的に実現可能な付着速度を、従来のRFダイオード・ス
パッタリング・システムで実現可能な速度と比べて実質的に高める必要がある。
たとえば、付着速度を従来のRFダイオード手法と比べて３倍高くすると、商業的
な用途で許容される速度が実現される。このより高い速度は、反応性スパッタリ
ング・プロセスを使用することによって実現することができる。ある反応性スパ
ッタリング法では、酸素が存在する場所の近傍にアルミニウム・ターゲットが配
置され、Al2O3膜が付着によって形成される。速度の上昇が実現されるのは、金
属アルミニウムに対するスパッタリング速度が酸化アルミニウムに対するスパッ
タリング速度より何倍も高く、かつより古いDC型電源を使用できるからである。
【０００５】 付着速度の他の重要な処理パラメータは付着の一様性であり、これは、各基板
から得られる使用可能なデバイスの数に直接影響を与える。（基板全体に対する
コーティング層の厚さの）許容される商業的付着全範囲一様性は<2%であり、し
たがって、ソース構造における主要なパラメータである。この種の一様性を実現
するには、大面積のスパッタ・ターゲットが必要である。
【０００６】 従来の「マグネトロン」構造は、金属膜を付着させる付着速度を高めるために
開発されている。このようなマグネトロン・システムは通常、ソースと、金属タ
ーゲット（通常は陰極として働くアルミニウム（Al））と、電極と、電極に近接
した基板とを含む。アルゴン（Ar）などのスパッタ・ガス媒質が真空室に導入さ
れイオン化される。Ar+イオンは、負に帯電されたターゲットの方へ加速され、
ターゲットと衝突してAl原子を放出し、Al原子が基板上に付着する。
【０００７】 ある従来のマグネトロン構造は、固定磁石を使用して磁界を生成し、この磁界
は、電子が、ターゲットをスパッタリングするいくつかのAr原子をイオン化する
前にターゲットの近傍から逃げないようにするために使用される。しかし、固定
磁石を使用すると、ターゲットに「トレンチ」が形成され、その結果ターゲット
の非一様な腐食が起こる。これは、非一様な腐食パターンを使用すると、付着膜
が非一様になる可能性が高くなるため不利である。
【０００８】 他の従来のスパッタ・ソース構造は、付着速度を高めると共に被覆面積を大き
くするために回転磁石を含んでいる。このような回転磁石構造は通常、回転軸に
対してずれており（したがって、非対称的であり）、ハート形（カルチオイド（
cartioid））やリンゴ形の回転磁石など様々な形状の構造がある。このような磁
石構造の例は、米国特許第4,995,958号、第5,194,131号、および第5,248,402号
に記載されている。しかし、これらの従来の回転磁石構造は、金属膜の付着用に
ほぼ排他的に開発されたものであり、したがって、反応性スパッタリングにはそ
れほど適していない。
【０００９】 したがって、（膜の一様性に関して）許容される品質の膜を基板上に形成する
磁石構造、スパッタリング・ソース、およびプロセスであって、従来のバッチ式
技術の下で基板室を繰返し換気することによって起こる時間および制御の問題を
解消するために付着速度が（バッチ式ではなく）単一基板処理を可能にするのに
十分な速度である磁石構造、スパッタリング・ソース、およびプロセスが必要で
ある。単一基板処理技術による自動化ハンドリングは、処理時間を短縮すると共
に、プロセス制御面の利益をもたらすので望ましい。
【００１０】 発明の概要 上記に鑑みて、回転マグネトロン・スパッタリング・システム用の磁石アレイ
を提供することが望ましい。複数の磁石がプレート上に配設される。この複数の
磁石は、磁路が形成されるように配置される。磁路の形状は、プレートの回転中
心と交差する、プレートの平面内の軸に対して対称的な第１および第２のローブ
を含む二重ローブ構造である。一態様では、各磁石はいくつかの列として配置さ
れる。第１の磁石列は、磁路の第１および第２のローブに対応する二重ローブ構
造を有する。第２および第３の磁石列は、磁路の第１および第２のローブの内側
にリング形に配置される。ローブ構造は、スパッタリング・ターゲットの周囲の
領域を最大限に腐食するように構成される。たとえば、ローブ構造は円形または
楕円形であってよい。
【００１１】 上記に鑑みて、基板上にコーティングを付着させるスパッタリング・システム
を提供することも望ましい。このスパッタリング・システムは、電源に結合され
た環状の金属スパッタリング・ターゲットを含む。このスパッタリング・システ
ムは、スパッタリング・ターゲット上に配設された回転可能な磁石アレイも含む
。この磁石アレイは、上述の態様と同様な形状であってよい。この磁石アレイを
用いた場合、結果として得られる磁路は、スパッタリング・ターゲットを実質的
に一様に腐食させる。
【００１２】 上記に鑑みて、基板上に金属反応性ガス材料を高速に付着させる方法を提供す
ることがさらに望ましい。高い付着速度を実現するために、前述の態様で説明し
た磁石アレイなどの磁石アレイが金属スパッタリング・ターゲットの近傍で回転
させられる。それにより、磁路が回転することによって、スパッタリング・ター
ゲットが実質的に一様に腐食する。基板の表面の近傍に反応性ガスが導入され、
スパッタリング・プレートから放出されたスパッタリングされた金属原子と反応
する。この結果生じる金属反応性ガス・コーティングが基板の表面上に高速で付
着する。
【００１３】 本発明の他の特徴および利点と、本発明の様々な態様の構造および動作につい
て、以下に添付の図面を参照して詳しく説明する。
【００１４】 添付の図面により、本明細書に組み入れられ、その一部を形成しており、本発
明を例示し、かつ説明と共に、さらに、本発明の原則を説明し、当業者が本発明
を作製し使用することを可能になる。しかし、各図面は本発明の範囲または実施
を制限するものではない。
【００１５】 発明の詳細な説明 本発明は、金属および金属反応性ガスのコーティングを基板上に付着させるス
パッタリング・システムおよび磁石アレイを提供する。金属反応性ガスのコーテ
ィングは導電性であっても絶縁性であってもよい。磁石アレイは、回転マグネト
ロンで使用できるように構成されている。好ましい態様において、本発明の磁石
アレイおよびスパッタリング・システムは、酸化アルミニウムなどの誘電材料を
基板上に高速に付着させるために使用される。本明細書で説明する態様は、酸化
アルミニウムのコーティングをシリコン・ウェーハ基板上に付着させるために使
用されるが、本発明の説明が与えられた場合に当業者には明らかなように、本発
明はこの特定のコーティングまたは基板との使用に限らない。
【００１６】 図１は、本発明の一態様である磁石アレイ100を示している。磁石アレイ100は
、金属または絶縁膜層もしくは誘電膜層を高速に付着させる場合に本発明のスパ
ッタリング・システムまたは従来の回転マグネトロン・スパッタリング・システ
ムに組み込むことができる。プレート101の回転中心120に対応する軸の回りで回
転できるプレート101上に複数の磁石が配設されている。プレート101は好ましく
は円形であるが、プレート101の形状は、使用されるスパッタリング・システム
の種類に応じて修正することができる。
【００１７】 本発明の磁石アレイは、対称的な二重ローブ構造を使用している。たとえば、
図１に示す磁石アレイ構造は、回転中心120で重なり合い、図１に示すＣ軸に対
して対称的である２つの楕円形磁気ローブ102、104を使用している。ローブ102
は、磁石106の外側列（またはリング）と磁石108の内側のリングとを含んでいる
。ローブ104は、磁石107の外側列と磁石110の内側のリングとを含んでいる。本
発明の二重ローブ構造によって、従来の磁石構造よりも高い、スパッタリング・
ターゲットの付着速度および歩留まりが可能になる。
【００１８】 図１に示す態様では、外側列106および107を構成する複数の磁石は北（「Ｎ」
）であり、内側列108および110を構成する複数の磁石は南（「Ｓ」）である。ま
たは、外側および内側のリング内の磁石の極を切り換えることができる。選択的
に、内側のリング108および110と同じ極性を有する中央の磁石114を使用するこ
とができる。中央の磁石114は、回転軸の真上に配設することができる。または
、２つまたはそれ以上の磁石を備える中央の磁石セット（図３に示すようなセッ
ト、後述）を回転軸上に配設することができる。中央の磁石または中央の磁石セ
ットを使用して、ターゲットの内側の腐食を遮ることなどによって、結果として
生じるターゲットの腐食プロフィルをさらに制御することができる。
【００１９】 図１に示す態様では、磁石アレイ100を構成する磁石はすべて、同じ磁界強度
を有している。好ましくは、各磁石はネオジム鉄ホウ素（NdFeB）磁石などの希
金属磁石を備える。このような磁石は、5000ガウス程度の高い極磁界強度を有し
ている。図１に示す磁石例はそれぞれ、矩形を有している。または、磁石アレイ
100で使用される磁石は、矩形、方形、円形のような任意の形状を備えることが
できる。
【００２０】 外側列106および107と内側列108および110との間に連続的な腐食軌跡または閉
ループ腐食経路112が形成されている。回転を含まないこの態様では、腐食軌跡
は「８の字」（磁石の外側列と内側列との間の空間に対応する）に類似している
。一方の磁石列から他方の磁石列へのフラックスはトンネルを形成する。スパッ
タリング時に、トンネル内で顕著なプラズマが形成され、磁石アレイを回転させ
ることによって、ターゲットの表面の周りでプラズマが掃引される。したがって
、磁石アレイ100を回転させると、スパッタ・ターゲット表面が、使用可能な表
面積のほぼ全体にわたって腐食する。
【００２１】 磁石の外側列と内側列が分離されていることにより、北から南に延びている磁
束線の形状とターゲット表面での磁界強度との両方が制御される。たとえば、外
側列と内側列の離隔距離が大き過ぎる場合、磁界強度は弱まる。また、外側列と
内側列の間隔が小さ過ぎる場合にも、磁界強度は弱くなる。最適な離隔距離は、
磁石の材料およびサイズと、スパッタリング構造の形状とに依存する。この態様
では、磁石アレイ100の内側列と外側列が約15mm〜30mm離れているときに、許容
される結果が得られる。
【００２２】 磁石アレイ100のスパッタ・ターゲット表面に平行な磁界強度プロフィルを図4
A〜図4Cに示す。この場合、磁石アレイが回転していないとき、ターゲット上の
結果として得られる腐食パターンは、測定される磁界強度に従う。これらの測定
値は、磁極から所定の距離に配置された従来の磁界プローブを用いて得られた。
磁界強度は、図の軸に沿って、中央から縁部の方への半径方向距離の関数として
測定された。選択された軸は、図１に示すＡ軸、Ｂ軸、およびＣ軸である。たと
えば、図4Bに示すように、磁界強度132は、Ｃ軸に沿って、中央の磁石114と磁石
115の間で最大になる（かつ対称的な磁石アレイ構造のために114と116の間でも
同様に最大になる）。磁界強度のこのピークは最大腐食に対応する。同様に、図
4Aおよび図4Cは、それぞれＡ軸およびＢ軸に沿った磁界強度を表す磁界強度曲線
130および134を示している。各軸に沿って磁界強度を組み合わせ、これらの軸を
プレート101の中心で回転させることによって、ターゲットの表面上で実質的に
一様な腐食軌跡が得られる。図4A〜図4Cは、腐食軌跡が実質的に一様であり、磁
界強度が磁石アレイの中央から0.5インチよりも遠くに位置するすべての点で±1
0%変動することを示している。
【００２３】 本発明により、ローブ構造の湾曲および強度は、スパッタリング・ターゲット
の構造、目標とする腐食速度、および基板上に付着させている膜の種類に応じて
変化させることができる。たとえば、本発明の磁石アレイの他の態様が図２に示
されている。磁石アレイ150は、プレート101の回転中心120に対応する軸の周り
で回転させることができるプレート101上に配設された複数の磁石を備えている
。この構造は、回転中心120で重なり合い、図１に示すＣ軸に対して対称的であ
る２つの円形の磁気ローブ152、154を用いている。ローブ152は、磁石156の外側
列と磁石158の内側のリングとを含んでいる。ローブ154は、磁石157の外側列と
磁石160の内側のリングとを含んでいる。この態様では、閉ループ腐食軌跡162は
、磁石アレイ100の軌跡112とは異なるターゲット腐食プロフィルを有する。
【００２４】 磁石アレイ150のスパッタリング・ターゲット表面に垂直な磁界強度プロフィ
ルを図5A〜図5Cに示す。この場合、磁石アレイが回転していないとき、ターゲッ
ト上の結果として得られる腐食パターンは、測定される磁界強度に従う。図4A〜
図4Cと同様に、これらの測定値は、磁極から所定の距離に配置された従来の磁界
プローブを用いて得られた。磁界強度は、軸に沿って中央から縁部の方への半径
方向距離の関数として測定された。選択された軸は、図２に示すＡ軸、Ｂ軸、お
よびＣ軸である。
【００２５】 本発明の磁石アレイの他の態様を図３に示す。磁石アレイ170は、プレート101
の回転中心に対応する軸の周りで回転させることができる101上に配設された複
数の磁石を備えている。この構造は、Ｃ軸に対して対称的な２つの円形の磁気ロ
ーブ172、174を用いている。ローブ172は、磁石176の外側列と磁石178の内側の
リングとを含んでいる。ローブ174は、磁石177の外側列と磁石180の内側のリン
グとを含んでいる。この態様では、２つの磁石、すなわち中央の磁石セット184
がプレート101の回転中心の周りでかつ該回転中心の近傍（この例では、回転中
心のいずれかの側）に配設されている。磁石セット184を使用し、この場合には
ターゲットの内側の腐食を妨げることによって、ターゲットの結果として得られ
る腐食プロフィルを制御することができる。
【００２６】 本発明により、ローブ・パターンの湾曲によって腐食プロフィルが制御される
。より円形に近いローブ形状を有する膜を付着させる際、基板上の付着速度は外
側の縁部に向かって低くなっていく。（基板の）縁部の付着速度を高めるには、
磁石アレイ100のような楕円形の磁石アレイ構造を使用して、ターゲットの縁部
の方への一様性および腐食速度を高めることができる。
【００２７】 たとえば、図１の楕円形ローブ磁石アレイ100は、磁石列106、107、108、およ
び110の外側の領域の湾曲が（より円形に近い形状ではなく）より平坦な形状を
有し、それによってターゲットの縁部からの速度が高くなるように構成されてい
る。二重ローブ楕円形磁石アレイ構造100では、回転軸に対して非対称的な単一
のローブを使用する従来の構造よりも大きな磁界を、ターゲットを腐食させるの
に使用することができる。さらに、基板上に付着する材料の種類に応じて、より
円形に近いローブ磁石アレイ構造150が有用である場合がある。
【００２８】 対称的な二重ローブ磁石アレイ構造100、150、および170はスパッタリング速
度（すなわち、単位時間当たりにスパッタリングされるターゲットの量）を高め
る。本発明により、この磁石アレイ構造は、ターゲットの、スパッタリングされ
ない面積を最小限に抑えるはずである。そうでない場合、ターゲットは材料を蓄
積して弧状になる可能性があり、その場合、スパッタリング・システムが損傷を
受ける。さらに、本発明の他の構成パラメータは、反応性環境内の腐食プロフィ
ルが非反応性環境内の腐食プロフィルとは異なるという本発明者による発見に、
少なくとも部分的に基づくパラメータである。したがって、金属の付着に関して
最適化された磁石アレイ構造は必ずしも反応性用途には適していない。
【００２９】 前述の構成パラメータを考慮に入れると、図６は、本発明の一態様による、基
板の表面上にコーティングを高速に付着させることのできるスパッタリング・シ
ステム200を概略的に示している。コーティングは金属コーティングであっても
、金属反応性ガスのコーティングであってもよい。金属反応性ガスのコーティン
グは導電性であっても、絶縁性であってもよい。金属反応性ガスのコーティング
の例には、Al2O3、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタンなどの酸化物、
および窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物が含まれる。図
６に示す本発明の態様は、制限的な態様ではなく、所望の結果をもたらす例示的
な態様である。本発明の説明が与えられた場合、当業者には、図６に示す装置の
実際の構造の変形態様が明らかになろう。
【００３０】 スパッタリング・システム200の主要な構成要素には、陰極アセンブリ202、磁
石アレイ210、スパッタリング・ターゲット220、基板230、下部電極240、および
真空システム250が含まれる。陰極アセンブリ202は、スパッタリング・プロセス
を開始させる従来の電源（図示せず）などの電力供給源を含んでいる。ターゲッ
ト220は電力供給源によって帯電され、スパッタリング・システム用の陰極とし
て働く。ターゲット220は、アルミニウム、チタン、銅、クロム、ニッケル−鉄
（NiFe）、チタン−タングステン（TiW）のような、従来基板上に付着させられ
る任意の金属を含むことができる。好ましい態様では、ターゲット220は環状の
アルミニウム・プレートである。ターゲット220については図８に関して詳しく
論じる。
【００３１】 スパッタリング・システム200は、磁石アレイ210を回転させる回転サブシステ
ムも含んでいる。この態様では、モータ203は、従来どおりに回転軸207を中心と
してシャフト205を回転させるベルト204に結合されている。スピンドル206を使
用して磁石アレイ210を取り付けることができる。この態様では、磁石アレイ210
は、上述の磁石アレイ100、150、もしくは170、または本明細書の教示に基づく
変形態様を備えることができる。モータ203は調整可能な速度を有することがで
きる。動作時には、スピンドル206が磁石アレイ210を回転させ、スパッタリング
・ターゲット表面で回転磁界を生成する。
【００３２】 スパッタリング・システム200はさらにバッキング・プレート216を含んでいる
。好ましい態様では、バッキング・プレート216は電気的に絶縁され、水冷され
る。ターゲット220はバッキング・プレート216に取り付けられるかまたは結合さ
れている。バッキング・プレート／ターゲット・アセンブリは、コーティングす
べき基板230に向かい合う位置にターゲット表面221が配置されるように真空室25
0に取り付けられている。バッキング・プレートの外側の表面は、大気圧にさら
され、磁石アレイ210の前方に位置している。
【００３３】 Arガスなどのスパッタ・ガス媒質が反応室222に導入される。イオン化されたA
r+原子は、スパッタリング・プロセス中に、負に帯電されたターゲット220に付
着する。放出されたAl原子の一部は最終的に、下部電極240によって支持されて
いる基板230上に付着する。好ましい態様では、電極240は、基板の高さの調整を
可能にし、かつプロセス繰返し性をもたらす可動プラットフォームを含んでいる
。さらに、本発明の説明が与えられた場合に当業者には明らかになるように、イ
オン・ゲージ、制御コンピュータ、弁制御装置のような従来のマグネトロン制御
装置（図示せず）を使用してプロセス繰返し性を最適化することもできる。
【００３４】 図６に示す態様では、スパッタリング・システム200は、酸素や窒素などの反
応性ガスを導入できるようにする反応性ガス注入ユニット235をさらに含んでい
る。たとえば、酸素ガスを使用すると、O2は、スパッタリング・プロセス中に放
出されたAl原子と反応して基板230上にAl2O3の誘電コーティングまたは絶縁コー
ティングを形成する。または、導電性のコーティングを付着させる場合、窒化チ
タンなどのコーティングを使用して基板230を被覆することができる。反応性ガ
ス注入システム235は、基板230の露出された表面の近傍にガスを一様に導入でき
るようにするシャワー・ガス・インジェクタを含むことができる。または、金属
のみの層を基板上に付着させる場合は、反応性ガス注入システム235を使用しな
い。
【００３５】 主真空室250は、動作圧が10-3トルの範囲内である反応室222内で10-2トルから
約10-7トルの範囲の圧力を生成することのできる従来の真空システムであってよ
い。
【００３６】 図７は、スパッタリング・システム200のいくつかの追加の態様のより詳細な
図を概略的に示している。磁石アレイ210はターゲット220上に位置しており、タ
ーゲット220は環状である。上述のように、ターゲット220は従来の手段によって
液冷バッキング・プレート216に取り付けられるかまたは結合されている。バッ
キング・プレート216と接触している冷却液導管（図示せず）と流体連通してい
る冷却液供系路217を通して、水またはその他の種類の冷却液を銅（など）製の
バッキング・プレート216に送ることができる。スパッタリング・プロセス中に
、ターゲットに印加される電力の大部分が熱に変換されるので、冷却は重要であ
る。冷却は、ターゲットがバッキング・プレート216から結合解除されるのを防
止する助けにもなる。さらに、ターゲットを冷却することにより、高速スパッタ
リング用途においてスパッタリング・ソース200の温度を制御することができる
。
【００３７】 スパッタリング・システム200は、Arなどのスパッタ・ガス媒質をスパッタリ
ングのために反応室に注入するいくつかの代替機構も備えている。別の一態様で
は、スパッタリング・システム200は、ターゲット220の表面に実質的に平行に、
すなわち該表面に対して横方向にArガスを注入するために使用できるガス送り装
置225を含んでいる。ガスは、送り装置225から第１のガス経路または導管226導
管に沿って、ターゲット220の中央領域の近傍に位置するガス導入ポート228に流
れる。Arガスは、ガス導入ポート228から半径方向外側にターゲット220の表面に
対して横方向に流れ、ターゲットの一様なスパッタリングをさらに助ける。
【００３８】 別の態様では、スパッタリング・システム200は、Arをターゲット200の表面に
対して横方向に、ターゲットの周囲から内側に経路229に沿って中央領域の方へ
導入するために使用される周囲ガス送り装置227を含んでいる。周囲ガス送り装
置227は、ターゲット220の周囲の外側に配設され、ガス流を内側にターゲット22
0の中央領域の方へ向ける従来のシャワー・リング・インジェクタに結合するこ
とができる。本発明のこの態様によれば、上述の各機構を単独で、または組み合
わせて使用して、Arガスなどを反応室に導入することができる。
【００３９】 上述のように、磁石アレイ210は、中央領域の近傍の腐食プロフィル（すなわ
ち、「死点」）を低減させる磁界を有する。本発明により、死点を使用して腐食
プロフィルの制御を助けることができる。通常、金属をスパッタリングするよう
に構成された磁石アレイは中央に死点を有している。金属付着の場合、スパッタ
リング中にターゲットの中央領域が受動的であるので、磁石アレイが中央に死点
を有することは許容される。しかし、反応性スパッタリングでは、死点の近傍の
ターゲットの領域はスパッタリングされず、該領域に誘電化合物が蓄積し、弧状
化に関する問題領域となる可能性がある。弧状化が起こる場合、プロセスは許容
されなくなる。本発明の一態様によれば、セラミック・インサートまたは一連の
セラミック・インサートを使用して弧状化問題を軽減することができる。これら
の問題に対処するように磁石アレイ、ターゲット、およびセラミック・インサー
トの適切な組合せが構成される。
【００４０】 図７に示すように、スパッタリング・システム200はセラミック・インサート2
21および222をさらに含むことができる。外側のセラミック・インサート222はタ
ーゲット222の周囲に配設され、中央のセラミック・インサート221はターゲット
220の中央領域に配設されている。図７に示す態様では、さらに、ガス導入ポー
ト228でターゲット220に対して横方向に導入されるArガス用のガス流路を形成す
るように中央のセラミック・インサート221を構成することができる。弧状化問
題を最小限に抑えるために、磁石アレイ210によって形成される腐食経路に対応
するように追加のセラミック・インサートを構成することができる。
【００４１】 上述のように、磁石アレイの形状は、ターゲットの表面上の任意の点から材料
が除去される速度を決定する１つの要因である。所望のプロセス要件が実現され
るようにこの腐食プロフィルを調整することは、付着の一様性および付着速度を
制御するうえで重要である。腐食の一様性の制御における他のパラメータはター
ゲットの構造である。図８は、本発明の磁石アレイおよびスパッタリング・シス
テムと共に金属ターゲット300が使用される態様を示している。金属ターゲット3
00は、基板上に付着すべきターゲット金属で構成された環状構造である。上記で
図4A〜図4Cに関して指摘したように、磁石アレイの中央領域の近傍では磁界強度
が低くなる。したがって、ターゲットは、環状体と同様な構造として構成するこ
とができ、この場合、中央領域302の穴が中央の死点に対応する。この態様では
、ターゲット300の外径は約11.5インチであり、内径は約2.5インチである。当然
、付着すべき材料の種類、所望の膜特性、基板のサイズ、および使用中の磁石ア
レイの特定の構造に応じて、ターゲット300の特定の構成を最適化することがで
きる。また、この環状のターゲットは、上記で図７に関して論じたように、中央
領域を通してスパッタ・ガスを注入することを可能にする。
【００４２】実施例 図６および図７に示すスパッタリング・システムと同様なシステムを使用して
、シリコン・ウェーハ基板に対していくつかの実験的なコーティング・ランを行
った。図８にターゲット300に関して示した形状と同様な形状を有するアルミニ
ウム・ターゲットを使用した。ターゲットの外径は約11.5インチであり、内径は
約2.5インチであった。図１の磁石アレイ100と同様な形状を有する磁石アレイを
使用した。磁石アレイを、直径が12インチの円形プレート上に配設した。この磁
石アレイは、対称的な二重ローブ・パターンとして配置された47個のNdFeB磁石
を含んでおり、各ローブは楕円形であった。各NdFeB磁石は、長さが約１インチ
で幅が約0.5インチの矩形であり、約5000ガウスの磁極界を有していた。各ロー
ブの外側列をＮ極化し、内側列をＳ極化した。各ローブの外側列と内側列を約20
mm離した。従来のパルスDCプラズマ発生装置を使用してスパッタリング・ターゲ
ットに約4Kワットの電力を供給した。図５に示すガス導入システムと同様なシス
テムを介して反応室に反応性ガス（O2）を導入した。
【００４３】 いくつかの実験的なコーティング・ランを行った。各ランで、シリコン・ウェ
ーハの露出された表面上にAl2O3コーティングを付着させた。平均して約1500オ
ングストローム／分の付着速度を達成した。この付着速度は、従来のRFダイオー
ド・スパッタリング方法と比べて３倍向上したことを表している。また、全範囲
「ウェーハ内」Al2O3膜一様性は、許容商業付着一様性の範囲内であり、約<2%で
あった。
【００４４】 したがって、付着速度および一様性に関するこのような結果が達成されたため
、本発明の磁石アレイおよびスパッタリング・システムは、半導体およびその他
の膜付着用途用の許容される単一基板処理装置を提供する。
【００４５】 本発明について詳しくかつ特定の態様を参照して説明したが、本発明の趣旨お
よび範囲から逸脱せずに本発明に様々な変更および修正を加えられることが当業
者には明らかであると思われる。したがって、本発明の範囲は、上述の例示的な
態様のうちのいずれによっても制限されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の態様により磁石アレイの概略図である。
【図２】 本発明の他の態様による磁石アレイの概略図である。
【図３】 本発明の他の態様による磁石アレイの概略図である。
【図４】 図１の磁石アレイのＡ軸、Ｃ軸、およびＢ軸のそれぞれに沿って測
定された磁界強度のプロットである。
【図５】 図２の磁石アレイのＡ軸、Ｃ軸、およびＢ軸のそれぞれに沿って測
定された磁界強度のプロットである。
【図６】 本発明の態様によるスパッタリング・システムの概略図である。
【図７】 本発明の他の態様によるスパッタリング・ソースの概略図である。
【図８】 本発明の態様によるスパッタリング・ターゲットの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ジョンソン デイビッド アメリカ合衆国 フロリダ州 パーム ハ ーバー ベルテッド キングフィッシャー ドライブ 920 (72)発明者 ラティーフ アブドル アメリカ合衆国 フロリダ州 セフナー レイク ショアー ランチ ドライブ 1213 (72)発明者 リシャン デイビッド ジー． アメリカ合衆国 フロリダ州 セント ピ ーターズバーグ ＃610 ノース ４ス ストリート 11901 (72)発明者 大西 新造 アメリカ合衆国 フロリダ州 パーム ハ ーバー ＃208 シーガル ドライブ 1484 (72)発明者 ケニー マーク ディ． アメリカ合衆国 フロリダ州 セーフティ ハーバー バークウッド コート 1014 Ｆターム(参考） 4K029 BA44 CA06 DC43 DC45 EA02

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転マグネトロン・スパッタリング・システム用の磁石アレ
    イであって、プレート上に配設され、かつ磁路を形成するように配置された複数
    の磁石を備え、磁路の形状が、プレートの平面内の軸に対して対称的な第１およ
    び第２のローブを含み、軸が、該プレートの回転中心と交差する磁石アレイ。
  2. 【請求項２】 複数の磁石の構成が、磁路の第１および第２のローブに対応
    する二重ローブ構造を有する第１の磁石列と、第２および第３の磁石列とを備え
    、第２の列が、磁路の該第１のローブの内側にリング状に配置され、第３の列が
    、該磁路の該第２のローブの内側にリング状に配置される、請求項１記載の磁石
    アレイ。
  3. 【請求項３】 複数の磁石の構成が、プレートの中央上に配設された磁石を
    さらに備える、請求項２記載の磁石アレイ。
  4. 【請求項４】 複数の磁石の構成が、プレートの中央の近傍に配設された磁
    石セットをさらに備える、請求項２記載の磁石アレイ。
  5. 【請求項５】 第１、第２、および第３の列の周囲領域が、スパッタリング
    ・ターゲットの周囲領域の腐食を推進するために平坦な湾曲を有する、請求項２
    記載の磁石アレイ。
  6. 【請求項６】 磁石アレイが、基板上に誘電コーティングを付着させるため
    に使用される、請求項５記載の磁石アレイ。
  7. 【請求項７】 磁石アレイが、基板上に導電性コーティングを付着させるた
    めに使用される、請求項５記載の磁石アレイ。
  8. 【請求項８】 磁路の第１および第２のローブが楕円形である、請求項１記
    載の磁石アレイ。
  9. 【請求項９】 磁路の第１および第２のローブが円形である、請求項１記載
    の磁石アレイ。
  10. 【請求項１０】 基板上にコーティング付着させるスパッタリング・システ
    ムであって、電源に結合された環状の金属スパッタリング・ターゲットと、スパ
    ッタリング・ターゲット上に配設された回転可能な磁石アレイとを備え、磁石ア
    レイが、プレート上に配設され、かつ磁路を形成するように配置された複数の磁
    石を含み、磁路の形状が、プレートの平面内の軸に対して対称的な第１および第
    ２のローブを含み、軸が、該プレートの回転中心と交差し、該磁路が、該スパッ
    タリング・ターゲットを実質的に一様に腐食させるスパッタリング・システム。
  11. 【請求項１１】 基板上に金属反応性ガス・コーティングを付着させる、請
    求項10に記載のスパッタリング・システムであって、基板の近傍に位置しており
    、大気圧よりも低い圧力で動作できる反応室に反応性ガスを導入する反応性ガス
    ・インジェクタをさらに備え、金属原子が、反応性ガスに反応して誘電コーティ
    ングを形成し、誘電コーティングが基板上に付着する、請求項10記載のスパッタ
    リング・システム。
  12. 【請求項１２】 反応性ガスが酸素であり、スパッタリング・ターゲットが
    アルミニウムから成る、請求項11記載のスパッタリング・システム。
  13. 【請求項１３】 スパッタリング・ターゲットの非腐食部分の近傍に配設さ
    れたセラミック・インサートをさらに備える、請求項11記載のスパッタリング・
    システム。
  14. 【請求項１４】 スパッタ・ガス媒質を半径方向外側に周囲の方へ、かつス
    パッタリング・ターゲットの表面に実質的に平行に導入する中央ガス送り装置を
    さらに備え、セラミック・インサートが、スパッタ・ガス媒質が流れる導管を提
    供する、請求項13記載のスパッタリング・システム。
  15. 【請求項１５】 複数の磁石の構成が、磁路の第１および第２のローブに対
    応する二重ローブ構造を有する第１の磁石列と、第２および第３の磁石列とを備
    え、第２の列が、該磁路の該第１のローブの内側にリング状に配置され、第３の
    列が、該磁路の該第２のローブの内側にリング状に配置され、該第１、第２、お
    よび第３の列の周囲領域が、スパッタリング・ターゲットの周囲領域を実質的に
    腐食させる磁路を提供する平坦な湾曲を有する、請求項11記載のスパッタリング
    ・システム。
  16. 【請求項１６】 複数の磁石の構成が、プレートの中央上に配設された磁石
    をさらに備える、請求項15記載のスパッタリング・システム。
  17. 【請求項１７】 複数の磁石の構成が、プレートの中央の近傍に配設された
    磁石セットをさらに備える、請求項15記載のスパッタリング・システム。
  18. 【請求項１８】 金属反応性ガスの付着速度が少なくとも1500オングストロ
    ング／分である、請求項15記載のスパッタリング・システム。
  19. 【請求項１９】 コーティングが金属である、請求項10記載のスパッタリン
    グ・システム。
  20. 【請求項２０】 基板上に金属反応性ガス材料を付着させる方法であって、
    プレート上に配設され、かつ磁路を形成するように配置された複数の磁石を含む
    磁石アレイを設けることを含み、磁路の形状が、プレートの平面内の軸に対して
    対称的な第１および第２のローブを含み、軸が、該プレートの回転中心と交差し
    、金属のスパッタリング・ターゲットの近傍で磁石アレイを回転させ、該磁路を
    回転させることによって、スパッタリング・ターゲットを実質的に一様に腐食さ
    せ、基板の表面の近傍に反応性ガスを導入し、スパッタリング・プレートから放
    出されたスパッタリングされた金属原子と反応させ、金属反応性ガスのコーティ
    ングを形成し、金属反応性ガスのコーティングを基板の表面上に付着させること
    を含む方法。
  21. 【請求項２１】 スパッタリング・プレートの中央領域にスパッタ・ガス媒
    質を導入することをさらに含む、請求項20記載の方法。
  22. 【請求項２２】 ターゲットがアルミニウムから成り、反応性ガスが酸素で
    ある、請求項20記載の方法。
  23. 【請求項２３】 誘電コーティングの付着速度が少なくとも1500オングスト
    ロング／分である、請求項20記載の方法。
  24. 【請求項２４】 磁石アレイが、磁路の第１および第２のローブに対応する
    二重ローブ構造を有する第１の磁石列と、第２および第３の磁石列とを備え、第
    ２の列が、該磁路の該第１のローブの内側にリング状に配置され、第３の列が、
    該磁路の該第２のローブの内側にリング状に配置され、該第１、第２、および第
    ３の列の周囲領域が、スパッタリング・ターゲットの周囲領域を実質的に腐食さ
    せる磁路を提供する平坦な湾曲を有する、請求項20記載の方法。
  25. 【請求項２５】 磁石アレイが、プレートの中央上に配設された磁石をさら
    に備える、請求項24記載の方法。
  26. 【請求項２６】 磁石アレイが、プレートの中央の近傍に配設された磁石セ
    ットをさらに備える、請求項24記載の方法。
  27. 【請求項２７】 磁路の第１および第２のローブが楕円形である、請求項24
    記載の方法。
  28. 【請求項２８】 スパッタリング・ターゲットの非腐食部分の近傍に配設さ
    れたセラミック・インサートを弧状化することをさらに含む、請求項20記載の方
    法。
  29. 【請求項２９】 単一基板上で使用される、請求項20記載の方法。
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