JP3056222B2 - Sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents
Sputtering apparatus and sputtering methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタ装置およびスパッタ方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method.
（従来の技術） 半導体製造工程において、半導体ウエハ面にスパッタ
リングする工程がある。一般にこの工程ではスパッタ装
置が用いられている。このスパッタ装置は、被処理物例
えば半導体ウエハに対する成膜、例えば金属薄膜の成膜
に多く用いられている。(Prior Art) In a semiconductor manufacturing process, there is a process of sputtering on a semiconductor wafer surface. Generally, a sputtering apparatus is used in this step. This sputtering apparatus is often used for film formation on an object to be processed, for example, a semiconductor wafer, for example, for forming a metal thin film.
このようなスパッタ装置は、気密容器内に設けられた
所定材質のタ−ゲットに対向する如く被処理物例えば半
導体ウエハを設け、これらのタ−ゲットおよび半導体ウ
エハ間に電圧を印加するとともに、この気密容器内に反
応ガス例えばアルゴンガスを導入し、このガスをプラズ
マ化し、プラズマ中のイオンを負電圧の電極であるター
ゲットに衝突させてスパッタリングし、陽極側に設けら
れた半導体ウエハ表面に被着させて薄膜を形成するもの
である。In such a sputtering apparatus, an object to be processed, for example, a semiconductor wafer is provided so as to face a target of a predetermined material provided in an airtight container, and a voltage is applied between the target and the semiconductor wafer. A reaction gas, for example, an argon gas is introduced into the hermetic container, the gas is turned into plasma, ions in the plasma collide with a target which is a negative voltage electrode, and are sputtered, and are deposited on the surface of the semiconductor wafer provided on the anode side. This is to form a thin film.
また、プレ−トマグネトロンスパッタ装置では、例え
ばターゲットの裏面側に設けられたプラズマ制御用マグ
ネットにより、プラズマスパッタ効率を高めるため、タ
ーゲットの全表面近傍にプラズマを閉じ込めるための磁
場を形成するよう構成されている。すなわち、ターゲッ
トの表面近傍にこのタ−ゲット面とほぼ平行な磁場を形
成し、この磁場に直交する高密度の放電プラズマをタ−
ゲット面上に集中させて高速なスパッタリングを行うよ
う構成されている。In a plate magnetron sputtering apparatus, a magnetic field for confining plasma near the entire surface of the target is formed by, for example, a plasma control magnet provided on the back side of the target in order to increase the plasma sputtering efficiency. ing. That is, a magnetic field substantially parallel to the target surface is formed near the surface of the target, and a high-density discharge plasma orthogonal to the magnetic field is generated by the target.
It is configured to perform high-speed sputtering concentrated on the get surface.
ところで、このようなスパッタ装置において、磁石を
固定配置した場合、タ−ゲット表面上の磁場を一様に分
布させることが困難なため、磁場の強い部分にイオンが
集中し、この部分が集中的にスパッタリングされてしま
い、成膜におけるユニフォ−ミティ−が低下したり、タ
−ゲットの利用効率が低下する等の問題があった。By the way, in such a sputtering apparatus, when the magnet is fixedly arranged, it is difficult to uniformly distribute the magnetic field on the target surface, so that the ions are concentrated in a portion where the magnetic field is strong, and this portion is concentrated. In this case, there are problems such as a decrease in uniformity in film formation and a decrease in target use efficiency.
そこで、所定形状例えば長円状に配列された複数の永
久磁石からなるプラズマ制御用マグネットを、タ−ゲッ
トの環状の領域を走査する如く回転させ、この環状の領
域でプラズマを移動させることにより、スパッタリング
の均一化を図るスパッタ装置もある。Therefore, a plasma control magnet composed of a plurality of permanent magnets arranged in a predetermined shape, for example, an elliptical shape, is rotated so as to scan an annular region of the target, and plasma is moved in this annular region. There is also a sputtering apparatus for achieving uniform sputtering.
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したスパッタ装置においても、ス
パッタリングの不均一が強く、さらに面内膜厚分布を均
一化すること、および面内膜厚分布を任意に制御するこ
とが望まれている。(Problems to be Solved by the Invention) However, even in the above-described sputtering apparatus, it is difficult to make the in-plane film thickness distribution uniform and to control the in-plane film thickness distribution arbitrarily. Is desired.
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもの
で、従来に較べて、成膜における面内膜厚分布を任意に
制御することができ、面内膜厚分布の均一化を図ること
のできるスパッタ装置およびスパッタ方法を提供しよう
とするものである。The present invention has been made in view of such a conventional situation, and it is possible to arbitrarily control the in-plane film thickness distribution in film formation as compared with the related art, and to achieve uniform in-plane film thickness distribution. An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a sputtering method that can be used.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、プラズマ制御用マグネットによ
り、ターゲット近傍にプラズマを閉じ込めるための磁界
を形成しスパッタリングするスパッタ装置において、 前記プラズマ制御用マグネットを回転させる手段と、
このプラズマ制御用マグネットを回転の径方向に移動さ
せ回転半径を変化させる手段とを具備したことを特徴と
する。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, according to the present invention, in a sputtering apparatus that forms a magnetic field for confining plasma near a target by a plasma control magnet and performs sputtering, the plasma control magnet is rotated. Means to cause
Means for moving the plasma control magnet in the radial direction of rotation to change the radius of rotation.
また、請求項２の発明は、請求項１記載のスパッタ装
置において、 プラズマ制御用マグネットの回転半径を変化させる手
段は、前記プラズマ制御用マグネットの回転中心である
回転軸に対して回転方向外側に突出するように設けられ
前記回転軸と共に回転するガイドを有し、前記プラズマ
制御用マグネットを、前記ガイドに沿って回転の径方向
に移動させて、前記プラズマ制御用マグネットと前記回
転軸との距離を変化させるよう構成されたことを特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, in the sputtering apparatus according to the first aspect, the means for changing the rotation radius of the plasma control magnet is arranged so as to be outward in a rotation direction with respect to a rotation axis which is a rotation center of the plasma control magnet. A guide is provided so as to protrude and rotates together with the rotation axis, and the plasma control magnet is moved in the radial direction of rotation along the guide, so that a distance between the plasma control magnet and the rotation axis is increased. Is changed.
また、請求項３の発明は、プラズマ制御用マグネット
により、ターゲット近傍にプラズマを閉じ込めるための
磁界を形成しスパッタリングするにあたり、 前記プラズマ制御用マグネットを、回転半径を変化さ
せつつ回転させることを特徴とする。Further, the invention according to claim 3 is characterized in that in forming a magnetic field for confining plasma near a target by a plasma controlling magnet and performing sputtering, the plasma controlling magnet is rotated while changing a radius of rotation. I do.
また、請求項４の発明は、請求項３記載のスパッタ方
法において、 前記プラズマ制御用マグネットの回転半径を、適宜変
更することによって、被成膜基板の面内の膜厚の制御を
行うことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the sputtering method according to the third aspect, the in-plane film thickness of the deposition target substrate is controlled by appropriately changing a rotation radius of the plasma control magnet. Features.
（作用） 本発明のスパッタ装置およびスパッタ方法では、例え
ばプラズマ制御用マグネットを回転させながら、このプ
ラズマ制御用マグネットの回転半径を周期的に変化させ
ることにより、プラズマをタ−ゲットの広い範囲に亙っ
て移動させ、成膜における面内膜厚分布を任意に制御す
ることができ、面内膜厚分布の均一化を図ることができ
る。(Operation) In the sputtering apparatus and the sputtering method of the present invention, for example, by rotating the plasma controlling magnet while periodically changing the rotating radius of the plasma controlling magnet, the plasma is spread over a wide range of the target. , The thickness distribution in the film can be arbitrarily controlled, and the thickness distribution in the surface can be made uniform.
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図に示す如く、スパッタ装置の真空チャンバ（図
示せず）内には、被処理物例えば半導体ウエハ１を保持
するための載置台２が設けられており、この載置台２に
対向する如くスパッタガン３のタ−ゲット４が設けられ
ている。As shown in FIG. 1, a mounting table 2 for holding an object to be processed, for example, a semiconductor wafer 1, is provided in a vacuum chamber (not shown) of the sputtering apparatus. A target 4 for the sputter gun 3 is provided.
また、上記ターゲット４は、形成すべき薄膜の材質に
応じて選択された、例えばアルミニウム、シリコン、タ
ングステン、チタン、モリブデン、クロム、コバルト、
ニッケル、あるいはこれらを含む合金等によって直径例
えば120mm程度の円板状に形成されたタ−ゲット本体4a
と、このタ−ゲット本体4aの裏面側にフランジ部を形成
する如く接合されたバッキングプレ−ト4bとから構成さ
れている。そして、このタ−ゲット４の裏面側には、ハ
ウジング５が設けられており、タ−ゲット４裏面とハウ
ジング５との間に冷却媒体として例えば冷却水を循環さ
せてタ−ゲット４を裏面側から冷却するための円柱形状
の冷媒循環用空隙６が設けられている。The target 4 is selected according to the material of the thin film to be formed, for example, aluminum, silicon, tungsten, titanium, molybdenum, chromium, cobalt,
A target body 4a formed in a disk shape of, for example, about 120 mm in diameter by nickel or an alloy containing them.
And a backing plate 4b joined to form a flange on the back side of the target main body 4a. A housing 5 is provided on the back side of the target 4, and for example, cooling water is circulated as a cooling medium between the back side of the target 4 and the housing 5 so that the target 4 is placed on the back side. A cooling medium circulation space 6 having a columnar shape for cooling from above is provided.
さらに、この冷媒循環用空隙６には、プラズマ制御用
マグネット７が設けられており、このプラズマ制御用マ
グネット７は、モ−タ８によって、タ−ゲット４の中心
を軸として回転可能に構成されている。また、このプラ
ズマ制御用マグネット７は、モ−タ９により、回転半径
Ｒを、長さＬの範囲で任意に変化させることができるよ
う構成されている。Further, a plasma control magnet 7 is provided in the coolant circulation gap 6, and the plasma control magnet 7 is configured to be rotatable around a center of the target 4 by a motor 8. ing. The plasma controlling magnet 7 is configured so that the rotating radius R can be arbitrarily changed within the range of the length L by the motor 9.
すなわち、上記モ−タ８の回転軸10は、液密を保持す
るためのシ−ル例えば磁性流体シ−ル11を介してハウジ
ング５を貫通する如く冷媒循環用空隙６内に延在してお
り、その先端には、ギヤ−12が設けられている。また、
ギヤ−12にはギヤ−13が歯合されており、このギヤ−13
の両面には、中空構造とされた回転軸14（ハウジング５
側）と、スクリュ−軸受15（タ−ゲット４側が設けられ
ている。That is, the rotating shaft 10 of the motor 8 extends into the refrigerant circulation gap 6 so as to penetrate the housing 5 through a seal for maintaining liquid tightness, for example, a magnetic fluid seal 11. A gear 12 is provided at the tip. Also,
The gear 13 is meshed with a gear 13.
The hollow shaft 14 (housing 5)
Side) and a screw bearing 15 (target 4 side).
上記中空構造の回転軸14は、液密を保持するためのシ
−ル例えば磁性流体シ−ル16を介してハウジング５を貫
通する如く設けられており、その先端に形成されたフラ
ンジ部17にモ−タ９が固定されている。また、このモ−
タ９の回転軸18は、中空構造の回転軸14の内部を通り、
前述したスクリュ−軸受15内まで延在しており、その先
端には傘歯車19が設けられている。The rotary shaft 14 having the hollow structure is provided so as to penetrate the housing 5 through a seal for maintaining liquid tightness, for example, a magnetic fluid seal 16, and is provided on a flange portion 17 formed at the end thereof. The motor 9 is fixed. Also, this mode
The rotation shaft 18 of the rotor 9 passes through the rotation shaft 14 having a hollow structure,
It extends into the screw bearing 15 described above, and a bevel gear 19 is provided at the tip.
この傘歯車19には、このスクリュ−軸受15を貫通する
如く設けられたスクリュ−軸20を軸方向に移動させるた
めの傘歯車ユニット21が歯合されている。そして、モ−
タ９を回転させることにより、傘歯車19、傘歯車ユニッ
ト21を介してスクリュ−軸20を、移動させることによ
り、このスクリュ−軸20の先端に接続されたプラズマ制
御用マグネット７をガイド軸22に沿って移動させ、回転
半径Ｒを変更可能に構成されている。The bevel gear 19 is meshed with a bevel gear unit 21 for moving a screw shaft 20 provided so as to penetrate the screw bearing 15 in the axial direction. And mo
By rotating the screw 9, the screw shaft 20 is moved via the bevel gear 19 and the bevel gear unit 21, so that the plasma control magnet 7 connected to the tip of the screw shaft 20 is guided by the guide shaft 22. And the radius of rotation R can be changed.
また、モ−タ８を回転させると、ギヤ−12を介してギ
ヤ−13が回転し、このギヤ−13に固定されたスクリュ−
軸受15およびスクリュ−軸受15に支持されたプラズマ制
御用マグネット７が中空構造の回転軸14を中心として回
転するよう構成されている。When the motor 8 is rotated, the gear 13 rotates through the gear 12, and the screw fixed to the gear 13 is rotated.
The bearing 15 and the plasma control magnet 7 supported by the screw bearing 15 are configured to rotate about a rotary shaft 14 having a hollow structure.
なお、ギヤ−13および中空構造の回転軸14とともに、
モ−タ９も回転するので、このモ−タ９と図示しないコ
ントロ−ラ等との電気的な接続は、スリップリング23を
介して行う。また、このモ−タ９の回転軸17と、中空構
造の回転軸14との間にも液密を保持するためのシ−ル例
えば磁性流体シ−ル24が設けられている。In addition, together with the gear 13 and the rotating shaft 14 having a hollow structure,
Since the motor 9 also rotates, electrical connection between the motor 9 and a controller (not shown) is made via a slip ring 23. A seal such as a magnetic fluid seal 24 for maintaining liquid tightness is also provided between the rotating shaft 17 of the motor 9 and the rotating shaft 14 having a hollow structure.
上記構成のこの実施例のスパッタ装置では、まず、真
空チャンバ内を例えば10-1〜10-3Torr程度の真空度まで
荒引きする。次に、真空チャンバ内の真空度を10-5〜10
-8Torr程度の高真空度まで排気し、その後、この真空チ
ャンバ内にスパッタガス、例えばArガスを導入し、真空
容器内を10-2〜10-3Torr程度に設定する。In the sputtering apparatus of this embodiment having the above configuration, first, the inside of the vacuum chamber is roughened to a degree of vacuum of, for example, about 10 -1 to 10 -3 Torr. Next, the degree of vacuum in the vacuum chamber is set to 10 -5 to 10
After evacuation to a high degree of vacuum of about -8 Torr, a sputtering gas, for example, Ar gas is introduced into the vacuum chamber, and the inside of the vacuum vessel is set to about 10 -2 to 10 -3 Torr.
そして、図示しないスパッタリング電源により、ター
ゲット４に負電圧を印加して、ターゲット４と半導体ウ
エハ１との間にプラズマを発生させる。Then, a negative voltage is applied to the target 4 by a sputtering power supply (not shown) to generate plasma between the target 4 and the semiconductor wafer 1.
すると、このプラズマはプラズマ制御用マグネット７
によって形成される磁場によって、タ−ゲット４の近傍
に閉じ込められ、この領域内のターゲット４（ターゲッ
ト本体4a）のスパッタリングが行われ、ターゲット本体
4aから叩き出された粒子が半導体ウエハ１表面に被着
し、所望組成の薄膜が成膜される。また、この時モ−タ
８によってプラズマ制御用マグネット７を回転させる
と、プラズマがターゲット本体4aの環状の領域を移動
し、この環状の領域でスパッタリングが生じる。さら
に、この時モ−タ９を正逆両方向に回転させてプラズマ
制御用マグネット７の回転半径Ｒを周期的に変化させれ
ば、プラズマがターゲット本体4aのほぼ全面を移動し、
ターゲット本体4aのほぼ全面で均一にスパッタリングが
生じる。Then, this plasma is generated by the plasma controlling magnet 7.
The target 4 (target body 4a) is confined in the vicinity of the target 4 by the magnetic field formed by this, and the sputtering of the target 4 (target body 4a) is performed in this region.
The particles knocked out from 4a adhere to the surface of the semiconductor wafer 1, and a thin film having a desired composition is formed. When the plasma control magnet 7 is rotated by the motor 8 at this time, the plasma moves in the annular region of the target main body 4a, and sputtering occurs in this annular region. Furthermore, at this time, if the rotation radius R of the plasma control magnet 7 is periodically changed by rotating the motor 9 in both the forward and reverse directions, the plasma moves over substantially the entire surface of the target body 4a,
Sputtering occurs uniformly over substantially the entire surface of the target main body 4a.
したがって、半導体ウエハ１の全面に亙って均一な膜
厚の薄膜を形成することができる。また、他の条件によ
って例えば半導体ウエハ１の周縁部と中心部とで膜厚が
異なる傾向がある場合等は、プラズマ制御用マグネット
７の回転半径Ｒを一定の周期ではなく適宜変更すること
によって膜厚の制御を行うこともできる。Therefore, a thin film having a uniform thickness can be formed over the entire surface of the semiconductor wafer 1. Further, when the film thickness tends to be different between the peripheral portion and the central portion of the semiconductor wafer 1 due to other conditions, for example, the rotation radius R of the plasma controlling magnet 7 is not changed at a constant cycle but is changed as appropriate. Thickness control can also be performed.
［発明の効果］ 以上説明したように本発明のスパッタ装置およびスパ
ッタ方法によれば、成膜における面内膜厚分布を任意に
制御することができ、面内膜厚分布の均一化を図ること
ができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the sputtering apparatus and the sputtering method of the present invention, the in-plane film thickness distribution in film formation can be arbitrarily controlled, and the in-plane film thickness distribution can be made uniform. Can be.
第１図は本発明の一実施例のスパッタ装置の構成を示す
図である。 １……半導体ウエハ、２……載置台、３……スパッタガ
ン、４……タ−ゲット、５……ハウジング、６……冷媒
循環用空隙、７……プラズマ制御用マグネット、8,9…
…モ−タ、10……回転軸、11……磁性流体シ−ル、12、
13……ギヤ−、14……中空構造の回転軸、15……スクリ
ュ−軸受、16……磁性流体シ−ル、17……フランジ部、
18……回転軸、19……傘歯車、20……スクリュ−軸、21
……傘歯車ユニット、22……ガイド軸、23……スリップ
リング、24……磁性流体シ−ル。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a sputtering apparatus according to one embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor wafer, 2 ... Mounting table, 3 ... Sputter gun, 4 ... Target, 5 ... Housing, 6 ... Refrigerant circulation gap, 7 ... Plasma control magnet, 8, 9 ...
... Motor, 10 ... Rotary shaft, 11 ... Magnetic fluid seal, 12,
13: Gear, 14: Rotating shaft of hollow structure, 15: Screw bearing, 16: Magnetic fluid seal, 17: Flange,
18 ... rotating shaft, 19 ... bevel gear, 20 ... screw shaft, 21
... bevel gear unit, 22 ... guide shaft, 23 ... slip ring, 24 ... magnetic fluid seal.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−277771（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−11761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−290275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−144474（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47478（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203,21/285 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-27771 (JP, A) JP-A-2-11761 (JP, A) JP-A-63-290275 (JP, A) JP-A-58- 144474 (JP, A) JP-A-62-47478 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 H01L 21/203, 21/285
Claims (4)
ット近傍にプラズマを閉じ込めるための磁界を形成しス
パッタリングするスパッタ装置において、 前記プラズマ制御用マグネットを回転させる手段と、こ
のプラズマ制御用マグネットを回転の径方向に移動させ
回転半径を変化させる手段とを具備したことを特徴とす
るスパッタ装置。1. A sputtering apparatus for forming a magnetic field for confining plasma in the vicinity of a target by using a magnet for plasma control and performing sputtering, comprising: means for rotating the magnet for plasma control; Means for changing the radius of rotation by moving the sputtering apparatus.
は、前記プラズマ制御用マグネットの回転中心である回
転軸に対して回転方向外側に突出するように設けられ前
記回転軸と共に回転するガイドを有し、前記プラズマ制
御用マグネットを、前記ガイドに沿って回転の径方向に
移動させて、前記プラズマ制御用マグネットと前記回転
軸との距離を変化させるよう構成されたことを特徴とす
るスパッタ装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the means for changing the radius of rotation of the plasma control magnet is arranged to protrude outward in the rotation direction with respect to a rotation axis which is the center of rotation of the plasma control magnet. A guide provided to rotate with the rotation axis, the plasma control magnet is moved in a radial direction of rotation along the guide, and a distance between the plasma control magnet and the rotation axis is changed. A sputter device comprising:
ット近傍にプラズマを閉じ込めるための磁界を形成しス
パッタリングするにあたり、 前記プラズマ制御用マグネットを、回転半径を変化させ
つつ回転させることを特徴とするスパッタ方法。3. A sputtering method characterized in that, when a magnetic field for confining plasma near a target is formed by a plasma control magnet and sputtering is performed, the plasma control magnet is rotated while changing a radius of rotation.
することによって、被成膜基板の面内の膜厚の制御を行
うことを特徴とするスパッタ方法。4. The sputtering method according to claim 3, wherein the in-plane film thickness of the deposition target substrate is controlled by appropriately changing the rotation radius of the plasma control magnet. Method.
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|---|---|---|---|
| JP1280861A JP3056222B2 (en) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | Sputtering apparatus and sputtering method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1280861A JP3056222B2 (en) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | Sputtering apparatus and sputtering method |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH03140467A JPH03140467A (en) | 1991-06-14 |
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1989
- 1989-10-26 JP JP1280861A patent/JP3056222B2/en not_active Expired - Fee Related
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