JP4502975B2 - スパッタリング装置 - Google Patents
スパッタリング装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4502975B2 JP4502975B2 JP2006149061A JP2006149061A JP4502975B2 JP 4502975 B2 JP4502975 B2 JP 4502975B2 JP 2006149061 A JP2006149061 A JP 2006149061A JP 2006149061 A JP2006149061 A JP 2006149061A JP 4502975 B2 JP4502975 B2 JP 4502975B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- magnetic pole
- magnet
- circumferential
- erosion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
こうした要求に対して、入射角の小さなスパッタ粒子のみを微細ホールに入射させて成膜する工夫がなされてきた。この一つが、コリメートスパッタと呼ばれるものである。
そして、カソード2と基板ホルダ3との間の空間には、コリメーター6が設けられる。コリメーター6は、基板30に対して垂直な方向(以下、軸方向)が高さ方向となるような小さな筒状の部材をセグメント状に多数配置した構造であり、軸方向に沿ったスパッタ粒子の流路がセグメント状に多数形成されるようにしている。このような構造であり、しばしば「格子状」又は「蜂の巣状」等と称せられる。
しかしながら、上記コリメートスパッタリング装置では、コリメーター6へのスパッタ粒子の付着によって、コリメーター6の各流路の断面積が小さくなり、コリメーター6を通過できるスパッタ粒子の量が経時的に減少する。このため、スパッタ速度が経時的に低下してしまう。
図11に示す装置は、図10と同様、真空容器1の内部にカソード2と基板ホルダ3を対向配設し、磁石機構4の前側にターゲット5を設けるとともに基板ホルダ3の前面に基板を載置するようにする。TS距離は、例えば150mm〜360mm程度とされる。また、真空容器1内の圧力は、従来より低く1mTorr程度以下としている。これは、スパッタ粒子の平均自由行程を長くしてスパッタ粒子の散乱を少なくするためである。スパッタ粒子の散乱が少なく結果、基板にほぼ垂直な向きに多くスパッタ粒子を入射させることが可能になり、微小ホールのボトムカバレッジ率を向上させることができる。
具体例を述べると、例えば特開平7−292474号公報では、ターゲット直径250mm、基板直径200mm、TS距離300mm、圧力3×10-2Paの条件で、ボトムカバレッジ率の向上が見られるとしている。
このような基板サイズの大型化は、上記低圧遠隔スパッタにおけるTS距離や成膜速度のファクターに複雑に絡み合ってくる。
まず、基板サイズが大型化すると、前述のような低圧遠隔スパッタでも、中心から離れた基板の周辺部では、ボトムカバレッジ率が不十分になるという問題が生ずる。この点を図12及び図13を使用して説明する。
図12に示すように、ターゲット5と基板30とは平行に対向して配置され、その中心軸20(中心を通り表面に垂直な軸)は同一直線上に位置する。尚、図12には、中心軸20から片側の部分が例示されている。
このような状態は、コンタクトホール内面へのバリアメタル(拡散防止膜)の形成などの場合に致命的な欠陥となってしまう。従って、基板が大型化する場合、それに応じてターゲットを大型化させなければならない。
図14から図17は、低圧遠隔スパッタに関する実験データを示したものである。このうち図14は、ボトムカバレッジ率の圧力及びTS距離依存性を示すデータであり、図15は、得られた薄膜のシート抵抗分布の圧力及びTS距離依存性を示すデータである。また、図16及び図17は、アスペクト比に対するボトムカバレッジ率の関係を示すデータであり、図16がTS距離340mm、図17がTS距離が260mmの場合のデータである。尚、これらのデータは、基板直径6インチ、ターゲット直径269mmの条件で得られている。
また、図15に示すように、TS距離を長くするとシート抵抗分布の均一性が悪化する傾向があるが、圧力を低くするとこの傾向は緩和される。即ち、2.0mTorr以下にすると、TS距離を長くしてもシート抵抗分布は殆ど変化していない。
一方、TS距離を260mmに縮めると、成膜速度は1000オングストローム毎分に改善されるが、図17に示すように、ボトムカバレッジ率はアスペクト比2で28〜35%程度まで減少してしまう。ただ、この場合でも、コリメートスパッタ法の15%よりは高い。
まず、図17に示した通り、ターゲット直径269mm、TS距離340mmの条件により、優れたボトムカバレッジ率が得られる(図18(a))。これは、基板30がターゲット5より小さい直径8インチの場合も同様である。
次に、基板30がターゲット5よりも大きい300mmになった場合、前述したようにターゲット5も基板30と同程度まで大型化させる必要がある。この場合、同様のボトムカバレッジ率を得るためには、TS距離をさらに長くしなければならないと考えられる。
図19及び図20は、エロージョン最深部が周状となる点について説明した図であり、図19が従来の装置における磁石機構の斜視概略図、図20が従来の装置におけるカソードの斜視概略図である。図10や図11のような装置では、平板状のターゲット5の裏側に配設された磁石機構4は、円盤状のヨーク411の上に固定された中央の柱状の中心磁石412と中心磁石412を間隙をおいて取り囲む筒状の周辺磁石413とから構成されている。
また、マグネトロンスパッタリングでは、電界と磁界が直交する部分で電子がマグネトロン運動を行い、電離効率は最高となる。従って、図19及び図20に示すような構成では、弧状の漏洩磁力線の頂上の部分で電界と磁界の直交関係が成立し、この部分の下方の部分に強いエロージョンを生ずる傾向がある。つまり、エロージョン最深部は、弧状の漏洩磁力線の頂上部分の下方に位置する周状の形状を描くことになる。
この半周分のエロージョン最深部から放出されるスパッタ粒子を考えると、基板30に入射する入射角が最も大きくなるのは、基板30の中心付近に入射するスパッタ粒子である。エロージョン最深部の半径がターゲット5の半径の1/2以下であるときは、基板30の周辺部に入射するスパッタ粒子が最も入射角が小さくなるが、このような場合はまれである。
一方、基板30が大型化して300mmになった場合、前述したようにターゲット5も同様なサイズまで大型化させなければならない。図18(b)に示すように、基板30より少し大きな直径314mmのターゲット5を用い、エロージョン最深部が直径163mmの位置に生じた場合、TS距離を同一とすると、中心付近へのスパッタ粒子の入射角θは13.5°程度まで拡大してしまう。従って、図18(a)の場合と同様の入射角にして同様のボトムカバレッジ率を得るためには、TS距離を実に397mmにまで拡大しなければならなくなる。ここまでTS距離を長くすると、成膜速度は実用化不可能な程度迄低下してしまう。
このように、基板が大型化していく中、必要な成膜速度を維持してボトムカバレッジ率を向上させることは、低圧遠隔スパッタといえどもこれまでの構成では困難であった。
前記磁石機構は、ターゲットの表面のある場所から出てターゲットの表面の他の場所に入る漏洩磁力線を設定するとともにこのような漏洩磁力線をターゲットの表面上に周状に連ねて形成される周状磁界を設定するものであり、当該磁石機構がターゲットに対して相対的に静止している場合には周状となるエロージョン領域がこの周状磁界によってターゲットの表面上に形成されるスパッタリング装置において、
前記磁石機構は、ターゲット側の表面が第一の磁極である第一磁極磁石と、ターゲット側の表面の磁極が第一の磁極とは異なる第二の磁極である第二磁極磁石とを有しており、
第一磁極磁石は、平面で見た際、ターゲットの周縁に沿って延びるとともにターゲットの中心軸上に中心がある円周部と、円周部の内側を区画する区画部とから成り、区画部は、ターゲットの中心軸を外れた位置において延びていて円周部の内側を大きさの異なる二つの領域に区画しており、
第二磁極磁石は、第一磁極磁石の区画部によって区画された円周部内の二つの領域にそれぞれ配置されており、
第一磁極磁石及び各第二磁極磁石により、ターゲットの表面上に前記周状磁界が複数設定され、前記周状となるエロージョン領域が交差しないようにして複数形成されるようになっているという構成を有する。
同様に上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、上記請求項1の構成において、前記磁石機構をターゲットの中心軸の周りに回転させる回転機構を具備しているという構成を有する。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、ターゲットのエロージョンが均一化され、ターゲットの利用効率の向上が図れる。
図1は、本願発明の第一の実施形態に係るスパッタリング装置の概略を説明する図である。図1に示すスパッタリング装置は、排気系11を備えた真空容器1と、真空容器1内に対向して配置されたカソード2及び基板ホルダ3と、真空容器1内に所定のガスを導入するガス導入系7と、カソード2に所定の電圧を与えるカソード電源21等から主に構成されている。
図1の装置は、カソード2の構成に大きな特徴がある。図2及び図3は、図1の装置におけるカソード2の構成を説明する図であり、図2は磁石機構4の構成を説明する斜視概略図、図3は図2の磁石機構4によるターゲット5上の周状磁界の構成を説明する斜視概略図である。
カソード2は、磁石機構4と磁石機構4の前側に配設されたターゲット5とから構成され、カソード電源21によって所定の電圧が印加される。本実施形態の特徴的な点は、ターゲット5の表面上に周状磁界を複数設定して周状となるエロージョン領域が交差しないようにして複数形成されるようにする点である。
具体的に説明すると、磁石機構4は、円盤状のヨーク421と、このヨーク421の上に固定された一つのN極磁石422及び二つのS極磁石423,424とから構成されている。N極磁石422は、図2に示すように、ヨーク421の周縁に沿って延びるリング状の円周部と、中心から外れた位置で円周部の内側の空間を仕切るように延びる区画部とからなる形状である。また、二つのS極磁石のうちの一方は、外周部によって仕切られた空間のうち大きい方の空間の中央に位置する第一S極磁石423であり、他方は、小さい方の空間の中央に位置する第二S極磁石424になっている。尚、中心軸20は、第一S極磁石423とN極磁石422の区画部との間の間隙の中心付近を通るよう構成されている。また、図2及び図3から解るように、N極磁石422の円周部は、ターゲット5の周縁に沿って延びるものとなっている。
図4に斜線で示したターゲット5のエロージョンの断面形状において、エロージョン最深部から基板30を見込んだとき、入射角が左右同じで最も入射角が大きくなる基板30の表面上の箇所は、図18に示すのと同様に、周状のエロージョン最深部の中心と同軸上に位置する箇所である。そして、エロージョン最深部からこの箇所に入射するスパッタ粒子の入射角θは、図18に示すような一つのエロージョン領域の場合に比べ明らかに小さくなる。図4に示すように、中心を通る方向で見たエロージョン最深部の幅(以下、単にエロージョン最深部の幅)をφ1、φ2とする。
尚、二つのエロージョン領域50の離間距離が大きくなると、その離間部分に対向する基板30上の箇所において最も入射角が大きくなることがあり得る。従って、エロージョン領域50の離間距離はできるだけ小さくすべきであり、エロージョン最深部の幅の1/2以下にすることが理想的である。
さらに、TS距離に対する各々のエロージョン最深部の幅の大きさの限度は、被覆する微小ホールのアスペクト比等によって決まる。図5は、TS距離に対する各々のエロージョン最深部の幅とアスペクト比との関係について説明した図である。
まず、排気系11は、10−8Torr程度まで排気可能なものが採用され、成膜時には、真空容器1内にアルゴン等の放電用ガスを導入して0.3mTorr程度の真空圧力を維持し、前述した低圧遠隔スパッタと同様にスパッタ粒子散乱防止効果が得られるようにする。
真空容器1の器壁は、不図示のゲートバルブが設けられ、ゲートバルブを通して基板30を搬入搬出する不図示の搬送系が備え付けられている。また、真空容器1には、不図示のロードロックチャンバがゲートバルブを介して並設され、真空容器1から隔絶されたロードロックチャンバ内において、基板30を大気圧雰囲気に戻すようになっている。
ガス導入系7は、スパッタ放電に必要なガスを真空容器1内に導入するものであり、不図示のボンベに繋がれた配管71と、配管上に設けられた流量調整器72やバルブ73などで構成される。また、反応性スパッタ等を行う場合、反応性のガスを放電用のガスに混ぜて導入する場合がある。
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。
図6は、本願発明の第二の実施形態におけるカソードの構成を説明する斜視概略図である。この第二の実施形態では、図6に示す通り三つの周状磁界が設定されるようになっている。即ち、本実施形態では、カソード2を構成する磁石機構4は、ヨーク431上に固定されたN極磁石432と三つのS極磁石433とからなり、N極磁石432は、ヨーク431の周縁に沿ったリング状の外周部と、外周部の内部を三つの空間に区画部とから構成された形状を有している。そして、外周部内の三つの空間の中心位置には、それぞれS極磁石433が配設されている。
磁石機構4の部分以外は、前述した第一の実施形態と同様に構成できるので、説明を省略する。
このような配置によって、各磁極体によって設定される弧状の磁力線が周状に連なり、周状磁界が二つ並設されるようになっている。そして、第二磁極体443と第三磁極体444との間の中間部分が中心軸20になるようにしてターゲット5を同軸上に配置すれば、図2に示す磁石機構4とほぼ等価なカソード2の構成が電磁石によって達成される。この第三実施形態においても、中心軸20の周りに磁石機構4を回転させれば、エロージョンの均一化が図られ、ターゲット5の利用効率が向上できる。
この例における電流制御手段は、各々の磁界コイル447A,447B,……447Lに直流電流を供給する直流電源448と、直流電源448からの磁界コイル447A,447B,……447Lへの各供給回路上に設けられた電流調整器449と、電流調整器449を制御して各磁界コイル447A,447B,……447Lへの電流供給量を調整するプログラマブルコントローラ450とから主に構成されている。
そして、図7に示す鉄心体441に巻かれた四つの磁界コイル447への電流のオン周期に比べ、補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458に巻かれた八つの磁界コイル447への電流のオン周期を相当程度長くする。これによって、補助鉄心体451,452,453,454,455,456,457,458の部分の漏洩磁力線の磁束密度が相対的に高くなり、ターゲット5の周辺部分のエロージョンが強化される結果、基板30の周辺部の成膜速度が改善され膜厚分布の面内均一性が向上する。
上述した各実施形態の構成において、周状磁界の数は2又は3であったが、4もしくはそれ以上であってもよい。周状磁界の数を多くすれば同一TS距離におけるスパッタ粒子の入射角は一般的には小さくなるので、ボトムカバレッジ率向上の点から好適である。
尚、本明細書における「周状」は最も広い意味を有し、円周状、楕円周状、長円周状、角周状、波線のように入りくんだ周状等のあらゆる形状を含む。また、完全につながった周状でなくともよく、一部にとぎれている場合もよい。例えば一部にとぎれた部分がある周状磁界や周状のエロージョン領域50ではあっても、それに起因する膜厚不均一化等の問題が限度以下であればかまわない。
また尚、エロージョン領域とは、磁界の作用によって実質的なエロージョンが生じている場所のことである。エロージョン領域外に拡散して基板に到達したごく少数のイオンがターゲットをたたくことによって、エロージョン領域以外でも経時的にごく浅いエロージョンが生ずることがあるが、そのようなエロージョンは、成膜の状況に影響を与えるものではないので、実質的なエロージョンではないと判断される。例えば、エロージョン領域の平均エロージョン速度を100とした場合、5%以下の速度のエロージョンが生じている領域は、実質的にはエロージョン領域ではないとされる。
ターゲット直径:314mm、
TS距離:303mm、
基板直径:300mm、
圧力:0.3mTorr、
カソードへの供給電圧:−600V、
N極磁石の直線部の偏心距離(図2の距離d):40mm、
第一のエロージョン最深部の幅(図4のφ1):200mm、
第二のエロージョン最深部の幅(図4のφ2):100mm、
磁石機構の回転速度:200rpm、
基板温度:300℃、
ターゲット材料:チタン、
放電用ガス:アルゴン、
の条件でスパッタリングを行ったところ、アスペクト比2の微小ホールに対してボトムカバレッジ率40〜45%で成膜が行えることが確認された。またその際の成膜速度は1000オングストローム毎分であった。
11 排気系
2 カソード
20 中心軸
22 回転機構
3 基板ホルダ
30 基板
4 磁石機構
5 ターゲット
50 エロージョン領域
Claims (2)
- 排気系を備えた真空容器と、真空容器内の所定の位置に配置された円板状のターゲットと、ターゲットの表面側に磁界を設定する磁石機構とを具備し、ターゲットに対向させて円形の基板を同一中心軸上に平行に配置し、前記磁石機構が作る磁界によって電子を捉えながらターゲットをスパッタして基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング装置であって、
前記磁石機構は、ターゲットの表面のある場所から出てターゲットの表面の他の場所に入る漏洩磁力線を設定するとともにこのような漏洩磁力線をターゲットの表面上に周状に連ねて形成される周状磁界を設定するものであり、当該磁石機構がターゲットに対して相対的に静止している場合には周状となるエロージョン領域がこの周状磁界によってターゲットの表面上に形成されるスパッタリング装置において、
前記磁石機構は、ターゲット側の表面が第一の磁極である第一磁極磁石と、ターゲット側の表面の磁極が第一の磁極とは異なる第二の磁極である第二磁極磁石とを有しており、
第一磁極磁石は、平面で見た際、ターゲットの周縁に沿って延びるとともにターゲットの中心軸上に中心がある円周部と、円周部の内側を区画する区画部とから成り、区画部は、ターゲットの中心軸を外れた位置において延びていて円周部の内側を大きさの異なる二つの領域に区画しており、
第二磁極磁石は、第一磁極磁石の区画部によって区画された円周部内の二つの領域にそれぞれ配置されており、
第一磁極磁石及び各第二磁極磁石により、ターゲットの表面上に前記周状磁界が複数設定され、前記周状となるエロージョン領域が交差しないようにして複数形成されるようになっていることを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記磁石機構をターゲットの中心軸の周りに回転させる回転機構を具備していることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006149061A JP4502975B2 (ja) | 2006-05-29 | 2006-05-29 | スパッタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006149061A JP4502975B2 (ja) | 2006-05-29 | 2006-05-29 | スパッタリング装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8150041A Division JPH09310174A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | スパッタリング装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006241598A JP2006241598A (ja) | 2006-09-14 |
JP4502975B2 true JP4502975B2 (ja) | 2010-07-14 |
Family
ID=37048285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006149061A Expired - Fee Related JP4502975B2 (ja) | 2006-05-29 | 2006-05-29 | スパッタリング装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4502975B2 (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09310174A (ja) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Anelva Corp | スパッタリング装置 |
-
2006
- 2006-05-29 JP JP2006149061A patent/JP4502975B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09310174A (ja) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Anelva Corp | スパッタリング装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006241598A (ja) | 2006-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7955480B2 (en) | Sputtering apparatus and film deposition method | |
EP1067577A2 (en) | Sputtering reactor and method of using an unbalanced magnetron | |
JPH10259480A (ja) | イオン化スパッタリング装置 | |
JPH10289887A (ja) | イオン化スパッタリング装置 | |
JPH11302839A (ja) | スパッタリング装置 | |
TW201329270A (zh) | 磁控濺鍍裝置及磁控濺鍍方法 | |
KR100343033B1 (ko) | 진공아크 증발원 및 진공아크 증착장치 | |
JPH028365A (ja) | スパッター被覆装置 | |
US8617363B2 (en) | Magnetron sputtering apparatus | |
WO2009154213A1 (ja) | マグネトロンスパッタ方法及びマグネトロンスパッタ装置 | |
JP3749178B2 (ja) | 切頭円錐形スパッタリングターゲットのためのターゲット利用率の高い磁気構成 | |
JP4502975B2 (ja) | スパッタリング装置 | |
KR100270457B1 (ko) | 스퍼터링 장치 | |
JP5231962B2 (ja) | シートプラズマ成膜装置 | |
MX2013009737A (es) | Fuente de evaporacion por arco. | |
TWI616551B (zh) | 一種磁控元件和磁控濺射裝置 | |
JP4680353B2 (ja) | スパッタリング装置および成膜方法 | |
JPH11340165A (ja) | スパッタリング装置及びマグネトロンユニット | |
JP2001288566A (ja) | スパッタリング装置および成膜方法 | |
JPH10102247A (ja) | スパッタリング装置及び方法 | |
JPS62167877A (ja) | プラズマ移動式マグネトロン型スパツタ装置 | |
JP2001077052A (ja) | スパッタリング装置および成膜方法 | |
JPS6233764A (ja) | スパツタリング装置 | |
TWI839503B (zh) | 濺射裝置,薄膜製造方法 | |
JP7438853B2 (ja) | マグネトロンスパッタリング装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090811 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20090824 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090903 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20090903 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091117 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091118 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20100224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100420 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100420 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140430 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |