JP4680352B2 - Sputtering apparatus and film forming method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング装置および成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
スパッタリング装置は、スパッタターゲットと、スパッタターゲットのエロージョン面に対面するように設けられたウエハ支持台と、スパッタターゲットの裏面に面して設けられたマグネトロンユニットと、を備える。このようなスパッタリング装置では、プロセスガスを真空チャンバ内に導入し、スパッタターゲットの近傍においてプラズマを発生させることによってスパッタターゲットから被スパッタ粒子を生じさせる。この被スパッタ粒子がウエハに到達し、これによって成膜が進行する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスにおける設計ルールの微細化に伴い、高アスペクト比のコンタクト孔、ビア孔といった接続孔の底部において十分なカバリッジを達成するという要求が高まってきている。このような要求に応じるために、発明者は、スパッタリング装置においてボトムカバリッジを改善する方法を検討している。
【0004】
そこで、本発明の目的は、ボトムカバリッジを改善可能なスパッタリング装置および成膜方法を提供することとした。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような技術的な課題を解決するために、発明者は、さらに検討を進めた。その結果、例えば高アスペクト比の接続孔の底部においてボトムカバリッジを改善するといった場合、スパッタリング装置に導入されるプロセスガスを低圧化することが有効であることを見出した。
【0006】
しかしながら、実験によれば、単にプロセスガスを低圧化しただけでは、スパッタリングを生じさせるためのプラズマが維持できないことが分かった。この実験結果に基づいて、発明者はさらに検討を行った。プロセスガスが低圧のときにプラズマが維持されない理由として、低圧化に伴ってプラズマを維持するために必要とされる電子供給源も少なくなり、またプラズマ中の電子はいずれかの導電部分に逃げてしまうと考えた。
【0007】
電子密度を低くしないためには、(a)新たな電子供給源を加える方法、(b)発生した電子を閉じ込め逃げないようにする方法、が考えられる。電子をさらに追加するためには、結局、何らかのガスを導入することが必要であるので、発生した電子が逃げないようにすることが重要である。そこで、電子の逃げ道を見出すために、スパッタリング装置の構造を十分に検討した。真空チャンバ内には、シールドが設けられている。発明者は、このシールドが接地されていることに着目した。プラズマ電位とシールド電位との関係から、プラズマ中の電子の一部はこのシールドに流れていると考えた。つまり、シールドに流れる電子の数を少なくすれば、電子密度を上げることができるのである。
【0008】
シールドへ流れる電子流を小さくするためには、真空チャンバ内の磁場および電界の大きさおよび向きと、この電磁場中における電子の運動とについてさらに知見を深める必要があると発明者は感じた。
【0009】
一般に、磁場中において電子は曲線を描きながら電界の向きに応じた方向に運動する。マグネトロンユニットによって発生された磁場は真空チャンバの外側にも伸びている。このため、このような磁場内において回転運動する電子の一部はシールドへ到達してしまうことがある。つまり、このような磁場は、プラズマの発生には寄与しているけれども、発生した電子を十分に閉じ込めるようには作用していないことを見出した。
【0010】
したがって、プラズマ中の電子を閉じ込めるような磁場をマグネトロンユニットによって発生すればよいという結論に達した。そこで、発明者は、このような様々な試行錯誤の末に、以下のような本発明をするに至った。
【0011】
本発明に係わるスパッタリング装置は、(1)真空チャンバと、(2)チャンバを減圧するための減圧手段と、(3)真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、(4)真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、(5)スパッタターゲットと、(6)マグネトロンユニットと、を備えている。
【0012】
このようなスパッタリング装置において、スパッタターゲットのエロージョン面は、基板支持部に対面している。マグネトロンユニットは、スパッタターゲットに関して基板支持部と反対側に設けられている。
【0013】
このマグネトロンユニットは、真空チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第1のマグネット部および第2のマグネット部を有する。第2のマグネット部は、第1のマグネット部の外側に配置されている。第1のマグネット部の総磁気量は第2のマグネット部の総磁気量より小さい。
【0014】
このため、これらのマグネット部によって発生される磁場は、プラズマ中の電子がプラズマ中からの逃れることを低減するように作用する。故に、ターゲット近傍の領域へ電子の閉じ込める性能が向上する。
【0015】
このような第1のマグネット部および第2のマグネット部は、以下のような様々な形態をとることができる。
【0016】
本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、複数の第1のマグネットおよび複数の第2のマグネットを有することができる。複数の第1のマグネットは、第1の磁極をターゲットに向けて配置されている。複数の第2のマグネットは、第2の磁極をターゲットに向けて配置されている。なお、第1の磁極は第2の磁極と異なる。
【0017】
また、各マグネット部が複数のマグネットを備えれば、各マグネット部が発生する磁場の形状をマグネットの配置位置に応じて変更できる。
【0018】
なお、第2のマグネット部は、最外周の配置されたマグネットからなることが好ましい。第2のマグネット部より内側にプラズマ中の電子を閉じ込めることができるからである。
【0019】
本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネットトロンユニットは、第1および第2のマグネット部が磁気回路を構成するように設けられた磁性部材を有することができる。
【0020】
また、本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、複数の第1の磁性部材を有することができる。各第1の磁性部材は、複数の第1のマグネットのうちの1マグネットと複数の第2のマグネットのうちの1マグネットとをそれぞれ支持する。これらの第1の磁性部材によれば、複数の第1のマグネットを複数の第2のマグネットに個々に磁気結合することを可能にする磁気回路が構成される。マグネトロンユニットは、また、この第2の磁性部材を有することができる。第2の磁性部材は、複数の第1のマグネットと複数の第2のマグネットとを支持する。第2の磁性部材によれば、複数の第1のマグネットを複数の第2のマグネットに全体として磁気結合することを可能にする磁気回路が構成される。
【0021】
本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、第3の磁性部材および第4の磁性部材を有することができる。第3の磁性部材の各々は、第1のマグネット端の各々に亘って設けられ、各マグネットの第1の磁極を磁気結合する。第4の磁性部材の各々は、第2のマグネット端の各々に亘って設けられ、各マグネットの第2の磁極を磁気結合する。
【0022】
第3および第4の磁性部材は、隣接マグネットを磁気的に結合するように設けられているので、マグネットが存在しないマグネット間の各領域にも磁束を導くことができる。このため、各マグネットからの磁束はこれらの磁性部材によって平均化され、スパッタターゲットに与えられる。また、隣接するマグネット間の磁気量の個体差も平均化される。
【0023】
本発明に係わるスパッタリング装置では、第1および第2のマグネット部は以下の形態をとることができる。第1のマグネット部は、第1の磁極を示す一端および第2の磁極を示す他端を有しこの一端をターゲットに向けて配置された複数の第1のマグネットを含みむことができる。また、第2のマグネット部は、第2の磁極を示す一端および第1の磁極を示す他端を有しこの一端をターゲットに向け複数の第1のマグネットの外側に環状に配置された複数の第2のマグネットを含むことができる。
【0024】
マグネットロンユニットは、第1の磁性部材、第3の磁性部材、および第4の磁性部材を含むことができる。第3の磁性部材は、複数の第1のマグネットの一端を結ぶように環状に設けられている。第4の磁性部材は、複数の第2のマグネットの一端を結ぶように環状に設けられている。さらに、第2のマグネット部は、第1のマグネット部の総磁気量の1.5倍以上である総磁気量を有する。
【0025】
このような形態において、さらに、第2の磁性部材を介して複数の第1のマグネットと複数の第2のマグネットとを磁気的に結合し磁気回路を構成することができる。また、上記の形態において、第1のマグネットの1つと第2のマグネットの1つとを第1の磁性部材を介して個々に磁気的に結合し磁気回路を構成することができる。
【0026】
本発明に係わるスパッタリング装置では、複数の第1および第2のマグネットの各々には、所定の磁気量を有する単位マグネットを適用することができる。単位マグネットを採用すると、第1のマグネット部と第2のマグネット部の各総磁気量が容易に把握きるようになり、磁気総量比の設定が容易になる。
【0027】
本発明に係わるスパッタリング装置では、スパッタターゲットTi、Al、およびCuの少なくとも何れかを含むことができる。
【0028】
本発明に係わる成膜方法は、(1)ターゲットに第1の磁極を向けるように設けられた第1のマグネット部、および第1のマグネット部の外側に環状に配置されターゲットに第2の磁極を向けるように設けられた第2のマグネット部、を有し、第1のマグネット部の総磁気量は第2のマグネット部の総磁気量より小さいマグネトロンユニットを有するスパッタリング装置を準備する工程と、(2)ターゲットに対面するように基板を配置する工程と、(3)真空チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、(4)基板にスパッタリング粒子を堆積し膜を形成する工程と、を備える。
【0029】
また、本発明に係わる成膜方法は、(5)ターゲットに対面するように基板を配置する工程と、(6)真空チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、(7)第1の磁極をターゲットに向けると共に第2の磁極を磁性部材に向けて設けられた第1のマグネット部、および第1のマグネット部の外側に環状に配置され第2の磁極をターゲットに向けると共に第2の磁極を磁性部材に向けて設けられた第2のマグネット部、を有し、第1のマグネット部の磁気総量は第2のマグネット部の磁気総量より小さいマグネトロンユニットを用いてプラズマを生成する工程と、(8)基板にスパッタリング粒子を堆積し膜を形成する工程と、を備える。
【0030】
上記のようなマグネトロンユニットを用いてプラズマを発生すれば、プラズマ中の電子を効率的に閉じ込めることができる。このため、プラズマ中において電子密度を高めることができる。電子密度が高くなると、プラズマを低圧でも維持することができ、これによりボトムカバリッジが改善される。
【0031】
また、プロセスガスの圧力を低くしてもプラズマが維持されるので、プロセスガスの低圧化を図ることができる。故に、被スパッタ粒子とプロセスガスの原子との衝突の確率が低減される。衝突確率が低くなると、ターゲットから基板への方向に向いた被スパッタ粒子の数が増加する。
【0032】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0033】
本発明に係るスパッタリング装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態に従うマグネトロン式スパッタリング装置の概略構成図である。
【0034】
スパッタリング装置10は、内部に真空チャンバ12を形成するハウジング14と、ハウジング14の上部開口部を閉じるように配置されたターゲット16を備えている。ハウジング14およびターゲット16は両方とも導電性材料から作られているので、ハウジング14とターゲット16との間には絶縁部材13aが挟まれている。図1に示す実施の形態では、ハウジング14は円形状の底面と、この円形状の底面の周辺から所定の距離だけ延び出した管状部を有し、例えば管状部は円柱殻形状を有する。ターゲット16の形状は円盤形である。ターゲット16の円形状の一表面16a(以下、下面という)は、スパッタリングによってエロージョンを受けるエロージョン面となっている。
【0035】
真空チャンバ12内には、基板支持手段(基板支持部ともいう)としてペディスタル18が配置されている。ペディスタル18は、真空チャンバ12内において基板15を支持する。このため、ペディスタル18は、処理されるべき基板15、例えば半導体ウエハWまたはガラス基板、をその一表面(以下、上面という)18a上において保持する。ペディスタル18の上面18aは、ターゲット16の下面(エロージョン面)16aに対面するように設けられている。ペディスタル18上の所定の位置に保持された基板15(ウエハW)の堆積されるべき面15aは、ターゲット16の下面16aに対して略平行に配置される。
【0036】
基板15は、その中心がターゲット16の中心に合うように、つまり同軸に配置されている。この中心は、形成された膜の面内均一性を向上させるために、マグネトロンユニットの回転中心(回転軸38)と一致していることが好ましい。本実施の形態では、ペディスタル18とターゲット16との間隔は、スパッタされた粒子が被着される基板の直径の約0.95倍が望ましい。
【0037】
スパッタリング装置10は、被スパッタ粒子から真空チャンバ12の内壁面を保護するために、被スパッタ粒子が内壁面に到達することを防止するシールド26を有している。シールド26の一辺の縁部は、ハウジング14と絶縁部材13aを介して絶縁されている。シールド26の一辺は、ハウジングの上部開口部の縁端において固定されている。シールド26の別の辺は、ペディスタル18の側面に至る。別辺の縁部はペディスタル18の側面に沿って絶縁部材13bを介して絶縁されている。このため、シールド26は、ペディスタル18と電気的に絶縁されている。
【0038】
ペディスタル18は、キャパシタ19を介して基準電位、例えば接地電位に接続されている。シールド26は、所定の基準電位に接続されている。キャパシタ19が設けられているので、ペデスタル18は、プラズマによって与えられる電子によってセルフバイアス状態で使用することもできる。また、キャパシタ19を介して高周波を加え、RFバイアス状態で使用することもできる。この場合、キャパシタ19と基準電位源との間にRFバイアス印加手段といったバイアス手段を備えている。いずれの場合においても、ペデスタル18は、プラズマ電位に対して負にバイアスされていることが好ましく、ターゲット16に対して負電位になっていることが好ましい。
【0039】
ハウジング14には排気ポート20が形成されている。本実施の形態の場合には、排気ポート20には、クライオポンプ等の真空ポンプ21が接続されている。この真空ポンプ21を作動させることによって、真空チャンバ12内を減圧することができる。排気ポート20および真空ポンプ21は減圧手段を構成する。アルゴンガスまたは窒素ガスといったプロセスガスが、プロセスガス供給源25から供給ポート22を通して真空チャンバ12内に供給される。供給ポート22は、バルブ23によって開閉可能である。このバルブ23を開閉すると、プロセスガスの供給の有無および供給量並びに供給タイミングを制御できる。供給ポート22およびプロセスガス供給源25は、プロセスガス供給手段を構成する。
【0040】
ターゲット16とシールド26との間に電圧を印加するために、プラズマ化手段のうちの1つとして電源24が接続されいる。真空チャンバ12内にプロセスガス、例えばアルゴンガスを導入して、ターゲット16とシールド18との間に電圧を加えると、グロー放電が起こりプラズマ状態となる。この放電によって発生したアルゴンイオンがターゲット16の下面16aに衝突すると、ターゲット16を構成する原子がはじき出され被スパッタ粒子が生成される。このターゲット原子がウエハW上に到達して堆積されると、ウエハW上に膜が形成される。
【0041】
ターゲット16の下面16aに対向する面、つまりターゲット16の上面16bには、ターゲット16のエロージョン面近傍の空間におけるプラズマ密度を高めるためのマグネトロンユニット30が配置されている。
【0042】
スパッタリング装置10は、制御器29を備えることができる。制御器29はマイクロコンピュータ、タイマ等を有しているので、電流のオン及びオフの制御、電流値の変更等を時間的な制御も含めて行うことができる。制御器29は、バルブ23、加速用電源24、および駆動用モータ36にも制御線29aを介して接続されている。制御器29は、これらの機器を相互に関連させながら制御することができる。このため、プロセスガスの供給、プロセスガスのプラズマ発生、等を所定のタイミングに対して同期して制御することができる。
【0043】
図2は、各マグネトロンユニット上のマグネットの位置を示す平面図である。図2は、図1のI−I断面における断面を示している。
【0044】
図1および図2を参照すると、マグネトロンユニット30は、円形のベースプレート32と、ベースプレート32の搭載面32a上に所定の配列で固定された複数のサブユニット34と、を備える。ベースプレート32は、ターゲット16に関して、基板支持部18と反対側に配置され、その上面の中心には駆動用モータ36の回転軸38が接続されている。したがって、駆動モータ36を作動させてベースプレート32を回転させると、各サブユニット(マグネットアセンブリともいう)34はターゲット16の上面に沿って旋回して、サブユニット34によって発生される磁界が一カ所に静止することを防止することができる。
【0045】
図2を参照すると、複数のマグネットアセンブリ34が環状に配置されている。各マグネットアセンブリ34は、一方の磁極(図2の例ではN極)を配列の外側へ向け、他方の磁極(図2の例ではS極)を配列の内側に向けている。各マグネットアセンブリの同一磁極の端部は、それぞれポールピースといった磁性部材48、50を介して磁気的に結合されている。磁性部材48、50(図2においては、マグネットと重なるため破線で描かれている)は、各マグネットアセンブリの同一の磁極を有する端部に接する帯形状の部材であって環状に設けられている。この帯状の部材部材からの磁場に対応して、それぞれエロージョン面上において外側の環状の領域および内側の領域が形成される。外側の環状領域では、例えば最外周のマグネット群(マグネットアセンブリ34のマグネットのN極)によって発生された磁力線が真空チャンバ内に伸び出す。これらの磁力線は内側に向かって伸び、その一部は内側の環状の磁場領域を通して内側のマグネット群(マグネットアセンブリのマグネットのS極)に到達する。
【0046】
磁性部材48、50は、マグネットアセンブリ34とスパッタターゲット16との間に設けられているので、隣接マグネットを磁気的に結合することができる。このため、マグネットが存在しない各マグネット間の領域にも磁束を導く。これらの磁性部材によって、各マグネットからの磁束は平均化されスパッタターゲットに与えられる。また、これらの磁性部材48、50によって、マグネットが離散的に配置されていても所定の強度の磁場が連続するように形成される。故に、磁場によるプラズマの閉じ込め性が向上する。さらに、隣接するマグネット間の磁気量の不均一さおよびマグネット自体の個体差も平均化される。この要因も電子閉じ込めに有利に作用する。
【0047】
また、マグネトロンユニット30は、1個以上の第1のマグネットアセンブリ34aおよび1個以上の第2のマグネットアセンブリ34bを有することができる。第1のマグネットアセンブリ34aは、回転中心となる回転軸38の近傍に形成されるべき磁場を規定するように設けられている。
【0048】
このためのマグネットアセンブリの配置形態としては、後ほど図4〜図7を参照しながら説明するが、ここでは概略的に説明する。回転軸38を含む面によって、ベースプレート32の搭載面32aは2つの領域に分離され、一方を第1の領域、他方を第2の領域と呼ぶとする。この配置形態では、 (i)第1のマグネットアセンブリ34aが、第1の領域に配置されている場合、(ii)第1のマグネットアセンブリ34aが、回転軸38を含む面とマグネトロンユニット30の搭載面とが交差する線上および第1の領域にわたって配置されている場合、(iii)第1のマグネットアセンブリ34aの外側マグネットが、第1および第2の領域に配置され、第2のマグネットアセンブリ34bが第1の領域に配置されている場合、が考えられる。いずれの場合においても、第2のマグネットアセンブリ34bの各々は、第1のマグネットアセンブリ34aと一緒になって環状配列を成すように設けられている。発明者の行った実験によれば、図4、図6および図7に示された形態で特に好適な結果が得られた。
【0049】
また、マグネトロンユニット30は、第1の磁極(図2の例ではN極)をエロージョン面に向けて設けられた外周マグネット部および第2の磁極(図2の例ではS極)をエロージョン面に向けて設けられた内側マグネット部を有する。内側マグネット部は、外周マグネット部の内側に設けられた全マグネットを含むことができる。外周マグネット部は、例えば最外周のマグネット群からなり、また内側マグネット部は、例えば、最外周のマグネットより内側のマグネット群からなることができる。外周マグネット部の総磁気量は、内側マグネット部の総磁気量より大きくなるように、各マグネット部または各マグネットの強度が規定されていることができる。
【0050】
総磁気量が大きい方の外周マグネット部の内側に総磁気量の小さい方の内側マグネット部を配置した。このため、外周マグネット部の磁束の一部分は、内側マグネット部に到達し、内側マグネット部内を通過して外周マグネット部において閉じる。また、外周マグネット部の磁束の残りの部分は、磁束ループを形成して外周マグネット部において閉じる。故に、真空チャンバの外側に伸びるような磁束が、プラズマが生成されるエロージョン面の近傍において低減される。このため、電子の閉じ込め性が向上する。
【0051】
図3は、スパッタリング装置10に適用可能なマグネットアセンブリを例示的に示している断面図である。各マグネットアセンブリ34は、図3に明示するように、磁性部材40および棒磁石42、44を備える。磁性部材40は、磁性体から成る平板状のヨーク部材である。棒磁石42、44の各々は、一端にS極および他端にN極を有する。棒磁石42はN極を示す一端をターゲット16に向けて配置され、棒磁石44はS極を示す一端をターゲットに向けて配置されている。棒磁石42はS極を示す他端を磁性部材40に接触させ、また棒磁石44はN極を示す他端を磁性部材40に接触させて、磁性部材40の各端部に固着されている。2本の棒磁石42、44は同一方向に延び、マグネットアセンブリ34の全体形状は略U字状となっている。一方の棒磁石42の自由端はN極、他方の棒磁石44の自由端はS極となっている。また、磁石42、44および磁性部材40は磁気回路を構成するので、これらは、異なる磁極が同一方向に向けられた一体の磁性体として機能する磁石手段を構成する。これによって、真空チャンバ12内に電子の閉じ込めに好適なように制御された磁場を与える。
【0052】
マグネットアセンブリ34では、外周マグネット部に含まれる各磁石42の自由端N極には磁性部材48が設けられ、また内側マグネット部に含まれる各磁石44の自由端S極には磁性部材50が設けられている。これらの磁性部材48は、既に説明したように各マグネトロンユニット内の磁石42を相互に結合するように取り付けられ、また磁性部材50は磁石44を相互に結合するように取り付けられている。
【0053】
図2および図3の実施例では、各マグネット部が複数のマグネットを備える場合を示したけれども、外周マグネット部および内側マグネット部のそれぞれに代えて、または何れか一方に代えて、単一のマグネットを備えることもできる。この場合においても、外周マグネット部(磁石42)の磁気量は、内側マグネット部(磁石44)の磁気量より大きい。
【0054】
なお、図3のを参照しながらマグネットアセンブリ34を説明したけれども、アセンブリ34の形態はこれに限られるものではなく、マグネットアセンブリ34は、さらに多くの磁石、磁性部材を備えることができる。また、各マグネットアセンブリ34内に使用される磁石の磁気量は、そのマグネットアセンブリ34の配置位置に与えるべき磁場に応じて決定される。このため、それぞれの磁石の強度は異なることがあり得る。
【0055】
図3のマグネットアセンブリ34では、各マグネット42,44の自由端が、エロージョン面16aに対向する面16bに、それぞれ対面するように配置されている。このようなマグネット34は、ヨーク部材40の背面をベースプレート32に接触させた状態で適当な固定手段、例えばねじ46、または各マグネット42、44の磁気力によってベースプレート32に固定されている。かかる形態を採用すれば、マグネットアセンブリ34の固定位置を自由に変更することが可能になるので、マグネットアセンブリ34の配置位置によって磁場形状を調整できる。
【0056】
図4、図6および図7は、スパッタリング装置10に好適なマグネットアセンブリ配置を示すための図面である。なお、図4におけるII-II線は、図1における断面に対応する。それぞれの図面では、複数のマグネットアセンブリの配置位置を示すために外周マグネット部52および内側マグネット部54を用いる。図4、図6および図7は、外周マグネット部52に関連する磁性部材48および内部マグネット部54に関連する磁性部材50がそれぞれエロージョン面上に射影された領域を示している。その領域は、マグネトロンユニット30が回転しているので、ある時刻における各マグネット部52,54とターゲット16との相対的な位置関係を示している。
【0057】
図4、図6および図7を参照すると、内側マグネット部54は、回転軸38を含む面によって分離されるマグネトロンユニット30のいずれかの領域(図4〜図7の実施例では、一点鎖線56で分離される領域の上側の領域)内に設けられている。外周マグネット部52は内側マグネット部54を囲むように設けられている。
【0058】
外周マグネット部52は、回転中心となる回転軸38近傍に磁場を提供するために、回転軸38またはその近傍を通過するように設けられている。このために、図4および図7に示された例では、外周マグネット部52の位置と回転軸38の位置とは重なっている。図6に示された実施例では、外周マグネット部52および内側マグネット部54の両方が、一点鎖線56によって分離される領域の一方に設けられている。このときも、外周マグネット部52は、回転軸38に対応するエロージョン面上の位置に所望の磁場を与えるように配置されている。図5では、外周マグネット部52は、回転軸38をその内側に含むように位置決めされている。これらの形態の中では、図4および図7の実施例におけるマグネットの配置形態が最も好適な結果となる。また、図6の実施例は、図5に示されたマグネットの配置形態より好適な結果を生じる。
【0059】
図4および図6に示された外周マグネット部52および内側マグネット部54では、軸56に沿う方向に関する外形の幅が、この軸56と直交する方向に関する外形の長さに比べて長い。図7に示された外周マグネット部52および内側マグネット部54では、軸56に沿う方向に関する外形の幅が、この軸56と直交する方向に関する外形の幅に比べて短い。なお、図7に示された配置のマグネット部に対して、図7に示されるようなマグネット部52と回転軸38との位置関係を同様に適用できる。
【0060】
図4、図6および図7において外周マグネット部52および内側マグネット部54が発生する磁場は、回転中心を含む領域に磁場を形成する少なくとも1個の第1のマグネットアセンブリ(図2の34a)と、このマグネットと一緒になって環状配置されこの領域の外側領域に磁場を形成する複数の第2のマグネットアセンブリ(図2の34b)とを用いて実現されることができる。第2のマグネットアセンブリは、回転軸38を含む面によって分離されるマグネトロンユニット30上の一方の領域に配置されている。
【0061】
外側マグネット部の総磁気量を内側マグネット部の総磁気量に比べて大きくすれば、プラズマの閉じ込め性が向上する。このため、プロセスガスの低圧化してもプラズマを維持できる。
【0062】
また、プラズマ閉じ込め性が向上されると、プラズマ中の電子密度も増加する。この閉じ込め電子の密度が高くなると、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は、電位勾配に従って基板支持部18の方向に引かれるので、この方向の速度成分が増加する。故に、膜厚均一性およびボトムカバリッジが向上する。
【0063】
加えて、スパッタターゲットの半分の領域にマグネットが配置されるので、その位置を調整してプラズマ形成領域を小さくすることが可能になる。このように縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。プラズマ密度が高まると電子密度もまた増加するので、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は基板表面に向かって加速されるので、基板表面に向いた速度成分を持つ被スパッタ粒子が多数生成される。このため、主にプラズマ領域の直下に被スパッタ粒子が到達し、この到達領域で成膜が進行する。このため、膜厚均一性が向上する。
【0064】
また、図4、図6および図7を参照すると、外周マグネット部52は、所定の凸図形の外周上に設けられている。この凸形状に応じて、プラズマの閉じ込めに寄与する磁場の形状が規定される。このため、同じ磁場の値を示す等磁場面(換言すれば、この面と、基板の表面に平行な平面との交線である等磁場線)の変化が抑えられるので、プラズマ中の電子の洩れ出しが抑制される。このための凸図形としては、円、略円、楕円、略楕円であることが好ましい。プラズマ中の電子の洩れ出しを低減するには、対称性が高いので、円形が特に好ましい。
【0065】
このように、等磁場面(または等磁場線)の形状を電子の閉じ込めに好適なように調整すると、プラズマ中の電子密度を高めることが可能になる。このため、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は基板方向に加速されるので、この方向の速度成分が大きくなる。また、プロセスガスを低圧化すれば、被スパッタ粒子とプロセスガス原子との衝突確率が低くできる。これらの作用は共に、基板に垂直方向の速度成分を持った被スパッタ粒子が増加するように作用する。このため、電子密度が高まると、ボトムカバリッジが改善される。
【0066】
なお、ここで凸図形とは、平面上においてその形状を規定する閉じた外形線上に存在する任意の2点を結ぶ線分が常にその外形線の一方の側またはその線上にあるような図形であって、直線および曲線並びに曲線の少なくともいすれかから構成される図形をいう。特に、閉曲線からなるものを凸曲線という。凸図形において、その図形を構成する曲線と直線との接続点では、直線は曲線に対する接線になっている。本明細書では、このような直線と曲線との接続を滑らかな接続という。
【0067】
シールドへ流れる電子流を小さくするために、電磁場中に電子の運動の観点から検討した。その結果、たとえ磁場の大きさが大きく変化しなくても閉じ込め磁場の外形が大きく変化する場合には、電子を閉じ込め作用が十分に発揮されない。電磁場中において電子は、電界の向きに力を受けると共に、電子の速度および磁場の向きに関連した方向にも力を受けており、電子は電場および磁場中において曲線を描きながら運動するので、例えば、磁場が大きく変化しているところでは、磁場によって電子の軌道が曲げられて到達する領域には、マグネトロンユニットによって十分な大きさの磁場が発生されていないことが起こりうる。このような領域に達した電子には、もはや、マグネトロンユニット30の磁場は電子を閉じ込めるように作用せず、そのような電子の運動方向を変えことができない。このため、このような電子は、電界に引かれてシールドに流れ込むことになる。
【0068】
つまり、図4、図6および図7に示されたマグネトロンユニット30では、電子の速度(電子の運動方向および電子の速さ)を考慮した上で、磁場を発生させるマグネットの配置を考慮すべきことを明らかにし、マグネトロンユニットによって発生される磁場の外形を空間的に大きく変化させないような構成を実現している。
【0069】
本実施の形態のスパッタリング装置10は、サブユニットをマグネトロンユニット30の半分の領域に限定的に配置する場合について説明してきたけれども、本発明は、このような形態に限られるものではない。図8は、サブユニット34の異なる配置を示した平面図であり、図1のI−I断面に相当する断面を示す。サブユニット34の配置は種々考えられるが、本実施の形態では、図8に示されるように、二重の環状配列にサブユニット34を配置することもできる。全環状サブユニットは、内側環状サブユニット34i群64、66(添え字iは内側の環状配列を表す)および外側環状サブユニット34o群60、62(添え字oは外側の環状配列を表す)からなる。
【0070】
次に他の実施形態について説明する。
【0071】
図9に、別の実施形態にかかるのスパッタリング装置11を示す。なお、図1に示したスパッタリング装置10と同様な機能を有する部材には、同一の符号を付して示す。図9では、図1におけるマグネトロンユニット30に代えて、マグネトロンユニット31を配設している。
【0072】
ここで図10(a)及び図14に、マグネトロンユニット31及びスパッタターゲット16を取り出して示す。
【0073】
マグネトロンユニット31は、磁性材料によって形成したベースプレート33、複数のマグネット43、各マグネット43の配列位置の位置決めを行うインナーベルトBin、アウターベルトBout、及び、環状に配列された各マグネットの先端部に固着される磁性部材49、47などによって構成している。
【0074】
ベースプレート33は円形領域と矩形領域とを接合させた形状を呈しており、各マグネット43は円形領域側に配列され、円形領域と矩形領域との接合領域付近に、ベースプレート33を回転駆動する回転軸38の一端部が固着されている。
【0075】
インナーベルトBin及びアウターベルトBoutは、マグネット43の位置決め部材として用いられ、非磁性材料によって形成しており、それぞれのベルト部にはマグネット43の外径に等しい開口を所定の間隔で形成している。各開口内にマグネット43を挿入することで、各マグネット43は、同心的に配置されたインナーベルトBin及びアウターベルトBoutに沿って、2列の環状に点在する状態で配列される。ここでは一例として、インナーベルトBin側のマグネット43はS極が、またアウターベルトBout側のマグネット43はN極が、それぞれスパッタターゲット16に向くようにして配列している。また、ベースプレート33とインナーベルトBin及びアウターベルトBoutとの間には、非磁性材料によるスペーサSが介在しており、これによりインナーベルトBin及びアウターベルトBoutは、ベースプレート33から離間した状態となっている。
【0076】
このように環状に配列されたマグネット43のうち、インナーベルトBinによって配列された各マグネット43の端面(スパッタターゲット16側に対向する端面)には、ポールピース或いはヨークなどによって形成された環状の磁性部材49が磁力によって固着されており、これにより、隣り合う各マグネット43のS極は互いに接続され、リング状のS極が形成される状態となる。また、同様に、アウターベルトBoutによって配列された各マグネット43の端面(スパッタターゲット16側に対向する端面)にも、磁性材料によって形成された磁性部材47が磁力によって固着されており、これにより、隣り合う各マグネット43のN極は互いに接続され、リング状のN極が形成される状態となる。そして、磁性部材49及びインナーベルトBinは、これらを貫通する、非磁性材料の固定ピン(図示せず)によってベースプレート33に対して固定されており、また同様に、磁性部材47及びアウターベルトBoutは、これらを貫通する、非磁性材料の固定ピン(図示せず)によってベースプレート33に対して固定されている。
【0077】
このようにしてインナー側に配列された全マグネット43と、アウター側に配列された全マグネット43によって、ドーナツ状に閉じた磁気回路が形成される。
【0078】
つまり、各磁性部材47、49は、内側列に含まれる複数の第1のマグネット43のS磁極(第1の磁極)と、外側列に含まれる複数の第2のマグネット43のN磁極(第2の磁極)とを磁気的に結合し、内側列に含まれる複数の第1のマグネット43のN磁極の各々を磁気的に結合すると共に、外側列に含まれる複数の第2のマグネット43のS磁極の各々を磁気的に結合するための磁気結合手段として機能する。つまり、この磁気結合手段は、複数の第1のマグネットのS磁極と複数の第2のマグネットのN磁極とを磁気的に結合するための手段、複数の第1のマグネットのN磁極の各々を磁気的に結合するための手段、複数の第2のマグネットのS磁極の各々を磁気的に結合するための手段のいずれかを有する。
【0079】
なお、図10(a)では、マグネット43を楕円の円周上に沿って配列した場合について図示したが、この例に限定するものではなく、例えば、図10(b)に示すように、より真円に近い円周上に沿ってマグネット43を配列する構成を採用することもできる。この場合、インナーベルトBin、アウターベルトBout、磁性部材49、47などの対応する部材を、円環状に形成すればよい。
【0080】
また、マグネトロンユニットを図15に示すように構成することもできる。このマグネトロンユニット100は、磁性材料によって形成されたベースプレート33の表面に、直径が異なる円柱型の2種のマグネットを磁力によって固着している。例えば直径が大きい方の大径マグネットの直径は約1.7cm、直径が小さい方の小径マグネットの直径は約1.4cm程度である。2種のマグネットとも高さは同一であり、例えば約3.3cm程度である。大径マグネットから発せされる磁力は、大径マグネットの一端から2cm離れた空間で、150〜200ガウス程度であり、小径マグネットから発せされる磁力は、大径マグネットの60〜70%程度である。
【0081】
図15に示すように、スパッタターゲット16の中心部から最も離れた部位となる、ベースプレート33の外縁部に、6個の大径マグネット110Nを円周上沿って配列させ、さらにこの6個の大径マグネット110Nを挟むように、その左右両側にそれぞれ9個の小径マグネット120Nを同一の円周上に沿って配列させている。従って、これらの大径マグネット110N及び小径マグネット120Nの全体によって、ベースプレート33の円形領域が囲まれるような状態となっている。図15の例では、これら大径マグネット110N及び小径マグネット120Nは、N極をスパッタターゲット16に向けて配列させており、大径マグネット110N及び小径マグネット120Nの端面(スパッタターゲット16に対向する端面)には、この配列に沿うようにリング状に形成した、ヨークなどによる磁性部材130を磁力によって固着している。
【0082】
これに対し、ベースプレート33の中央部には、10個の大径マグネット110Sを集合させた状態に配列させており、各大径マグネット110SはS極をスパッタターゲット16に向けた状態となっている。そして、各大径マグネット110Sの端面(スパッタターゲット16に対向する端面)には、磁性部材130と同じ材質で形成され、大径マグネット110Sの集合領域を覆うような円板状を呈する磁性部材140を、磁力によって固着している。
【0083】
図15に示す実施形態においても、各マグネット110N、110S、120Nの配列には、すでにインナーベルトBin等として例示した、非磁性材料による位置決め部材(図示せず)が用いられており、この位置決め部材によって位置決めされた状態でベースプレート33の表面に配列されている。
【0084】
マグネトロンユニットを図15に示すように構成することにより、ベースプレート33の外縁部に配列した全マグネットで発生される磁気量は、ベースプレート33の中央部に配列した全マグネットで発生される磁気量に比べて大きくなる。この結果、スパッタによってスパッタターゲット16から出る高いエネルギーを持った電子(2次電子)のうち、エロージョン面16aに表出する磁場に捕集された電子が、真空チャンバ12の側壁側に位置するシールド26へ流出してしまう現象を十分に抑制することができ、スパッタターゲット近傍の領域内に電子を効果的に閉じ込めることができる。
【0085】
また、このようにベースプレート33の中央部に比べて外縁部の磁力線が大となるので、スパッタターゲット16からウエハW方向に延びる磁力線が、スパッタターゲット16から離れるに連れて広がらないように作用するため、スパッタターゲット16とウエハWとの間に形成されるスパッタリング空間内に、電子を有効に閉じ込めることができる。
【0086】
さらに、ベースプレート33上の、スパッタターゲット16の中心部から最も離れた部位、すなわち真空チャンバ12の側壁側に、磁力の大きい6個の大径マグネット110Nを配列させたことにより、ベースプレート33が回転軸38を中心に回転駆動された場合にも、この6個の大径マグネット110Nは、常に真空チャンバ12の側壁側に位置する状態となる。従って、真空チャンバ12の側壁側となるスパッタターゲット16の外縁部から、ウエハW側に延びる磁力線は、ウエハW側に進むに連れて、真空チャンバ12の中央に向かうように延びる状態となり、真空チャンバ12の側壁側に位置するシールド26へ流れ出てしまう電子流を低減し、電子の閉じ込め性向上に寄与する。
【0087】
また、ベースプレート33上の、スパッタターゲット16の中心部から最も離れた部位に磁力の大きい6個の大径マグネット110Nを配列させたことにより、発生するプラズマが、スパッタターゲット16の表面に沿って、真空チャンバ12の側壁側へ引き延ばされるようになり、その結果、エロージョン領域がスパッタターゲット16の中央部に集中する傾向を抑制することができる。
【0088】
加えて、スパッタターゲット16の半分の領域にマグネットが配置されるので、その位置を調整してプラズマ形成領域を小さくすることが可能になる。このように縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。
【0089】
スパッタリング装置11においても、図4、図6および図7に示されたマグネットの配置形態を適用することができる。これによって、所望の効果を得ることができる。それぞれの図面では、第1の磁性部材47に沿って配列される外側のマグネット43は、外周マグネット部52に対応し、第2の磁性部材49に沿って配列される内側のマグネット43は、内側マグネット部54に対応している。
【0090】
スパッタリング装置11では、複数の第1および第2の磁性部材47、49に沿って配置されるマグネット43の各々には、所定の磁気量を有する単位マグネットを適用することができる。単位マグネットを採用すると、第1の磁性部材からなるマグネット部と第2の環状からなるマグネット部の各総磁気量をマグネット数により把握きるようになり、磁気総量比の設定が容易になる。
【0091】
スパッタターゲット16を、回転の中心となる回転軸38を含む平面によって分離して、一方を第1の領域、他方を第2の領域とすると、内側マグネット部は第1の領域に位置すると共に、外側マグネット部は第1および第2の領域の境界上および第1の領域の少なくともいずれかに位置する。
【0092】
マグネトロンユニット31では、内側マグネット部は第1の領域に設けられると共に、外側マグネット部は第1および第2の領域の境界上を通過すると共に第1の領域に設けられることが好ましい。また、外側マグネット部は回転軸38に対応する位置を通過することができる。特に、図10に示した形態では、外側マグネットのための磁性部材47と、内側マグネットのための磁性部材49との間の領域は、第1の領域とのみ重なっている。
【0093】
このようにマグネット43を配列することにより、プラズマが形成されるエロージョン面16a上の領域を小さくすることが可能になる。このように縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。プラズマ密度が高まると電子密度もまた増加するので、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子はウエハW表面に向かって加速されるので、ウエハW表面に向いた速度成分を持つ被スパッタ粒子が多数生成される。このため、主にプラズマ領域の直下に被スパッタ粒子が到達し、この到達領域で成膜が進行する。このため、膜厚均一性が向上すると共に、ボトムカバリッジも改善される。
【0094】
スパッタリング装置11では、それぞれのマグネット部は、それぞれの閉じた線上に沿って磁場を提供するように配置されることができる。エロージョン面16a近傍においては、上記の閉じた線の挟まれた領域にプラズマが生成される。つまり、2つの閉じた線によって、プラズマが生成される領域の形状および面積が規定される。閉じた線は、閉曲線であることができる。また、閉じた線は凸曲線であることができる。これらの曲線は、マグネトロンユニットの第1の領域に設けられることができ、また回転軸38を通過することもできる。
【0095】
また、マグネトロンユニット31では、外側マグネット部は、マグネトロンユニット31上において所定の凸図形の外周線上に設けられると、プラズマの発生に寄与する磁場の形状はこの凸図形によって規定される。凸図形の外周線である閉凸曲線に基づく等磁場線の屈曲の変化範囲は、閉曲線の屈曲の変化範囲に比べてさらに小さくできる。これによって、プラズマ中からの電子の洩れ出しが低減され、効率的に電子が閉じ込められる。
【0096】
電子密度が高まると被スパッタ粒子のイオン化が促進されるイオン化された被スパッタ粒子は基板方向に加速されるので、この方向の速度成分が大きくなる。また、プラズマ中の電子密度が高まると、プロセスガスの低圧化が可能になる。低圧化によって、被スパッタ粒子とプロセスガス原子との衝突確率が低くなるので、基板に垂直方向の速度成分を持った被スパッタ粒子が増加する。これらの理由によって、ボトムカバリッジが改善される。外側マグネット部は、最外周の配置されたマグネットからなることが好ましい。これによって、最外周マグネット部の内側に電子を閉じ込めることができる。
【0097】
図11は、内周マグネット部の総磁気量が外周マグネット部の総磁気量より小さい場合にマグネトロンユニット31によって発生される磁場を概略的に示している。図12は、図11における総磁気量の関係が逆である場合にマグネトロンユニット31によってによって発生される磁場を概略的に示している。
【0098】
図11のスパッタリング装置では、外周マグネット部(図4、図6および図7における52)に含まれるマグネット43のN極からの磁力線(図中に破線で示す)は、マグネトロンユニット31の中心方向に向かって伸びる。磁場の一部は、マグネット43のS極に到達して、磁気回路を構成する磁性部材内41を通過して閉じる。残りの磁場は、マグネトロンユニット31の中心方向に向かって中心軸附近まで伸びた後、この軸方向に向きを変えて、マグネトロンユニット31と反対側へ伸びる。このため、外周マグネットからの磁場は、エロージョン面16aの近傍ではマグネトロンユニット31の内側に向いている。磁場の曲がりに応じて、電子の運動方向はマグネトロンユニット30の内側に向けられる。このため、シールド26へ流れる電子流を小さくすることができる。
【0099】
一方、図12に概略的に例示するように、内側に設けた内側マグネット部80(S極)の総磁気量が、その外側に設けた外側マグネット部81(N極)の総磁気量よりも大きい場合を想定すると、内側マグネット部80から延びる磁力線(図中に破線で示す)は、外側マグネット部81で囲まれた範囲外に向かって延びる状態となる。このため、このような磁場がプラズマを閉じ込める作用は弱い。
【0100】
以上説明してきたようなスパッタリング装置では、マグネトロンユニット30、31は、およびエロージョン面16aとペディスタル18の上面18aとの間にある真空チャンバ12内の空間(以下、スパッタリング空間という)に形成される磁場Hの形状をそれぞれ支配する。マグネトロンユニット30、31によれば、スパッタリング空間に電子の閉じ込めに好適な磁場が発生される。マグネトロンユニット30、31は、駆動モータ36によって回転されるので、各マグネットによって発生される磁場は実際のスパッタリング装置10、11では回転軸38の周りに、例えば毎分60〜100回程度の頻度で回転している。
【0101】
マグネトロンユニット30、31からのプロセスガスがエロージョン面16aの近傍においてプラズマ化されると、ターゲット16のエロージョン面16aから被スパッタ粒子が生成される。図2、図4、図6、図7、図10(a)および図10(b)に対応するようなマグネトロンユニットの形態を採用すれば、プラズマを維持するために必要な圧力を下げることができる。また、プラズマが発生される領域を小さくすれば、プラズマ密度を上げることができる。これによって、電子電流密度が大きくできる。このため、被スパッタ粒子のイオン化か促進される。イオン化した被スパッタ粒子は、基板支持部18の方向に加速される。故に、基板Wに交差する軸に沿った方向の速度成分がこれと直交する方向の速度成分に対して相対的に大きくなり、ボトムカバリッジが改善される。また、基板Wに垂直な速度成分が大きくなると、回転するマグネトロンユニット30、31が通過している直下において成膜が進行して、ボトムカバリッジが良好な膜は形成される。
【0102】
このようなスパッタリング装置において、発明者が行った実験結果によれば、従来の装置における膜厚均一性が10%以上あったものが、本発明の適用によって、5%以下に抑えられるようになった。ここで、膜厚均一性とは、
(膜厚の最も厚い点での測定値−
膜厚の最も薄い点での測定値)/(膜厚の平均値)/2×100
で定義される。
【0103】
以上説明したスパッタリング装置において発明者が行った実験によれば、実用的には、外周マグネット部の総磁気量は内側マグネット部の総磁気量の1.5倍以上に設定することが好適であることが分かっている。
【0104】
図13は、横軸に総磁気量比、縦軸にシート抵抗Rsの一様性を示した測定結果を示す。
【0105】
この測定は、以下の条件
ターゲット:Ti
パワー :12kW
圧力 :6.67×10-2Pa(0.5mT)
膜厚 :100nm
にて行われた。
【0106】
図13によれば、総磁気量比が1.5より小さいとRs一様性が悪化する傾向にある一方で、総磁気量比が1.5以上では磁気総量比が大きくなるに従ってRs一様性が改善されている。
【0107】
また、従来のスパッタリング装置では、発明者の知る範囲において、プロセスガスの圧力を0.05Pa(0.375mTorr)以下にするとプラズマを維持できなかった。しかしながら、以上説明したようなスパッタリング装置では、最低放電維持電圧を0.02Pa(0.15mTorr)まで下げることができた。このような低圧力においてボトムカバリッジが従来に比べて1.5倍以上に向上できるようになった。
【0108】
既に説明したように、図2、図4、図6、図7、図10(a)および図10(b)には、第1および第2の実施の形態に適用可能なマグネット配置の形態が示されている。これらの形態では、マグネット部、例えばマグネット部52は、所定の閉曲線の沿って、例えばポールピースに形状に沿って設けられている。
【0109】
このようなマグネトロンユニットでは、閉曲線の最小曲率半径が最大曲率半径の0.8倍以上であることが好適であり、また凸曲線の最小曲率半径が最大曲率半径の0.8倍以上であることが好適であると、発明者は考えている。所定の閉曲線に沿って外側マグネット部を配置すれば、プラズマの発生に寄与する磁場の形状はこの閉曲線によって規定される。等磁場線は上記の曲率半径の範囲で屈曲するので、等磁場曲線の曲がりによって生じうるプラズマ中からの電子の洩れ出しが低減される。内側マグネットも、上記のような曲率半径に関する条件を満たせば、さらに好適な結果を得ることができる。特に、図10(b)に示されたマグネット配置が最も好適な結果を生む。
【0110】
上記のようなマグネトロンユニットを準備すれば、磁場による電子閉じ込め作用のため、プラズマ中の電子を効率的に閉じ込めることができる。このため、電子密度を高めることができる。電子密度が高まると、被スパッタ粒子がイオン化されるようになる。イオン化された被スパッタ粒子は電界によって加速されるので、ターゲットから基板への方向に運動する被スパッタ粒子の数が増加する。
【0111】
また、プロセスガスの低圧化を図ることができるので、、プロセスガスの粒子がスパッタリング粒子と衝突することが頻度が減るので、ボトムカバリッジ率が更に向上する。
【0112】
本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本実施の形態のスパッタリング装置10、11が適用可能なターゲット材料は、銅(Cu)に限られるものではなく、このほかの元素、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、およびこれらの合金等でも適用可能である。
【0113】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、真空チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第1のマグネット部および第2のマグネット部を有する。第2のマグネット部は、第1のマグネット部の外側に配置されている。第1のマグネット部の総磁気量は第2のマグネット部の総磁気量より小さい。
【0114】
このため、真空チャンバの外側に伸びるような磁束が少なくなるので、電子の閉じ込めが向上する。
【0115】
また、本発明に係わる成膜方法では、電子閉じ込め性が優れた磁場を発生させて成膜を行うようにした。
【0116】
したがって、ボトムカバリッジを改善可能なスパッタリング装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、第1の実施の形態に従うマグネトロン式スパッタリング装置の概略構成図である。
【図2】図2は、第1の実施の形態におけるサブユニットの配置位置を示すための平面図である。
【図3】図3は、サブユニット部分を拡大したマグネトロンユニットの拡大図である。
【図4】図4は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図5】図5は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図6】図6は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図7】図7は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図8】図8は、サブユニットの配置を示したマグネトロンユニットの平面図である。
【図9】図9は、第2の実施の形態にかかるマグネトロン式スパッタリング装置の概略構成図である。
【図10】図10(a)および図10(b)は、図9のマグネトロンユニットにおけるマグネット及びベースプレートと、スパッタターゲットとの位置関係を平面的に示す説明図である。
【図11】図11は、スパッタリング装置に形成される磁場を示す構成図である。
【図12】図12は、スパッタリング装置に形成される磁場を示す構成図である。
【図13】図13は、外周マグネットと内側マグネットとの間の総磁気量比をRsとの関係を示す特性図である。
【図14】図14は図9に示したマグネトロンユニットを示す分解斜視図である。
【図15】図15は他の実施形態にかかるマグネトロンユニットのマグネット及びベースプレートと、スパッタターゲットとの位置関係を平面的に示す説明図である。
【符号の説明】
10、11…スパッタリング装置、12…真空チャンバ
13a、13b…絶縁部材、14…ハウジング、15…基板
16…スパッタターゲット、18…ペディスタル、20…排気ポート
21…真空ポンプ、22…供給ポート、23…バルブ、24…加速用電源
25…プロセスガス供給源、26…シールド、29…制御器
30、31、100…マグネトロンユニット、32、33…ベースプレート
30、32、34…マグネット、36…駆動モータ
38…回転軸、40…ヨーク部材、42、43、44…棒磁石
47、48、49、50…磁性部材
52…第1のマグネット部、54…第2のマグネット部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering apparatus and a film forming method.
[0002]
[Prior art]
The sputtering apparatus includes a sputtering target, a wafer support provided to face the erosion surface of the sputtering target, and a magnetron unit provided to face the back surface of the sputtering target. In such a sputtering apparatus, a process gas is introduced into a vacuum chamber, and plasma is generated in the vicinity of the sputter target to generate sputtered particles from the sputter target. The sputtered particles reach the wafer, whereby film formation proceeds.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With the miniaturization of design rules in semiconductor devices, there is an increasing demand to achieve sufficient coverage at the bottom of connection holes such as high aspect ratio contact holes and via holes. In order to meet such demands, the inventors have studied a method for improving bottom coverage in a sputtering apparatus.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of improving bottom coverage.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a technical problem, the inventor further studied. As a result, it has been found that, for example, when the bottom coverage is improved at the bottom of the connection hole having a high aspect ratio, it is effective to reduce the pressure of the process gas introduced into the sputtering apparatus.
[0006]
However, experiments have shown that plasma for causing sputtering cannot be maintained by simply reducing the pressure of the process gas. Based on the results of this experiment, the inventor further studied. The reason why the plasma is not maintained when the process gas is at a low pressure is that, as the pressure is reduced, fewer electron sources are required to maintain the plasma, and electrons in the plasma escape to any conductive part. I thought.
[0007]
In order not to lower the electron density, (a) a method of adding a new electron supply source and (b) a method of confining the generated electrons so as not to escape are conceivable. In order to add more electrons, it is necessary to introduce some gas after all, so it is important to prevent the generated electrons from escaping. Therefore, in order to find the escape route of electrons, the structure of the sputtering apparatus was fully examined. A shield is provided in the vacuum chamber. The inventor has paid attention to the fact that this shield is grounded. From the relationship between the plasma potential and the shield potential, it was considered that some of the electrons in the plasma flowed to this shield. That is, if the number of electrons flowing through the shield is reduced, the electron density can be increased.
[0008]
The inventor felt that in order to reduce the electron flow to the shield, it was necessary to further deepen knowledge about the magnitude and direction of the magnetic and electric fields in the vacuum chamber and the movement of the electrons in the electromagnetic field.
[0009]
In general, in a magnetic field, electrons move in a direction corresponding to the direction of the electric field while drawing a curve. The magnetic field generated by the magnetron unit also extends outside the vacuum chamber. For this reason, some of the electrons that rotate in such a magnetic field may reach the shield. That is, it was found that such a magnetic field contributes to the generation of plasma, but does not act to sufficiently confine the generated electrons.
[0010]
Therefore, it has been concluded that a magnetron unit should generate a magnetic field that confines electrons in the plasma. Therefore, the inventor came to make the present invention as follows after such various trials and errors.
[0011]
A sputtering apparatus according to the present invention includes (1) a vacuum chamber, (2) a decompression unit for decompressing the chamber, (3) a gas supply unit for supplying a process gas into the vacuum chamber, and (4) A substrate support part for supporting the substrate in the vacuum chamber, (5) a sputtering target, and (6) a magnetron unit are provided.
[0012]
In such a sputtering apparatus, the erosion surface of the sputtering target faces the substrate support portion. The magnetron unit is provided on the side opposite to the substrate support with respect to the sputtering target.
[0013]
This magnetron unit has a first magnet part and a second magnet part provided so as to generate a magnetic field in the vacuum chamber. The second magnet unit is disposed outside the first magnet unit. The total magnetism of the first magnet unit is smaller than the total magnetism of the second magnet unit.
[0014]
For this reason, the magnetic field generated by these magnets acts to reduce the escape of electrons in the plasma from the plasma. Therefore, the performance of confining electrons in the region near the target is improved.
[0015]
Such a first magnet part and a second magnet part can take various forms as follows.
[0016]
In the sputtering apparatus according to the present invention, the magnetron unit can have a plurality of first magnets and a plurality of second magnets. The plurality of first magnets are arranged with the first magnetic pole facing the target. The plurality of second magnets are arranged with the second magnetic pole facing the target. The first magnetic pole is different from the second magnetic pole.
[0017]
Further, if each magnet unit includes a plurality of magnets, the shape of the magnetic field generated by each magnet unit can be changed according to the position of the magnet.
[0018]
In addition, it is preferable that a 2nd magnet part consists of a magnet arrange | positioned at the outermost periphery. This is because the electrons in the plasma can be confined inside the second magnet portion.
[0019]
In the sputtering apparatus according to the present invention, the magnetron unit can have a magnetic member provided such that the first and second magnet portions constitute a magnetic circuit.
[0020]
In the sputtering apparatus according to the present invention, the magnetron unit can have a plurality of first magnetic members. Each first magnetic member supports one magnet of the plurality of first magnets and one magnet of the plurality of second magnets, respectively. According to these first magnetic members, a magnetic circuit is configured that enables a plurality of first magnets to be individually magnetically coupled to a plurality of second magnets. The magnetron unit can also have this second magnetic member. The second magnetic member supports the plurality of first magnets and the plurality of second magnets. According to the second magnetic member, a magnetic circuit is configured that enables the plurality of first magnets to be magnetically coupled to the plurality of second magnets as a whole.
[0021]
In the sputtering apparatus according to the present invention, the magnetron unit can have a third magnetic member and a fourth magnetic member. Each of the third magnetic members is provided over each of the first magnet ends, and magnetically couples the first magnetic pole of each magnet. Each of the fourth magnetic members is provided over each of the second magnet ends, and magnetically couples the second magnetic pole of each magnet.
[0022]
Since the third and fourth magnetic members are provided so as to magnetically couple the adjacent magnets, the magnetic flux can be guided to each region between the magnets where no magnet is present. For this reason, the magnetic flux from each magnet is averaged by these magnetic members and given to the sputtering target. Also, individual differences in the amount of magnetism between adjacent magnets are averaged.
[0023]
In the sputtering apparatus according to the present invention, the first and second magnet portions can take the following forms. The first magnet unit may include a plurality of first magnets having one end indicating the first magnetic pole and the other end indicating the second magnetic pole, the one end being arranged with the one end facing the target. The second magnet section has one end indicating the second magnetic pole and the other end indicating the first magnetic pole, and the one end faces the target and a plurality of annularly arranged outside the plurality of first magnets. A second magnet can be included.
[0024]
The magnetron unit can include a first magnetic member, a third magnetic member, and a fourth magnetic member. The third magnetic member is provided in an annular shape so as to connect one ends of the plurality of first magnets. The fourth magnetic member is provided in an annular shape so as to connect one ends of the plurality of second magnets. Furthermore, the second magnet unit has a total magnetic amount that is 1.5 times or more the total magnetic amount of the first magnet unit.
[0025]
In such a configuration, a plurality of first magnets and a plurality of second magnets can be magnetically coupled via the second magnetic member to form a magnetic circuit. Further, in the above embodiment, one of the first magnets and one of the second magnets can be individually magnetically coupled via the first magnetic member to form a magnetic circuit.
[0026]
In the sputtering apparatus according to the present invention, a unit magnet having a predetermined magnetic quantity can be applied to each of the plurality of first and second magnets. When the unit magnet is employed, the total magnetic amount of the first magnet unit and the second magnet unit can be easily grasped, and the setting of the magnetic total amount ratio is facilitated.
[0027]
The sputtering apparatus according to the present invention can include at least one of the sputtering targets Ti, Al, and Cu.
[0028]
The film forming method according to the present invention includes: (1) a first magnet portion provided so that the first magnetic pole is directed to the target, and a second magnetic pole disposed on the target in an annular shape outside the first magnet portion. Preparing a sputtering apparatus having a magnetron unit having a second magnet part provided so as to face the first magnet part, wherein the total magnetism of the first magnet part is smaller than the total magnetism of the second magnet part; (2) arranging the substrate so as to face the target; (3) introducing a process gas into the vacuum chamber; and (4) depositing sputtering particles on the substrate to form a film. .
[0029]
The film forming method according to the present invention includes (5) a step of placing a substrate so as to face the target, (6) a step of introducing a process gas into the vacuum chamber, and (7) a first magnetic pole. A first magnet portion that is directed toward the target and the second magnetic pole is directed toward the magnetic member, and is annularly disposed outside the first magnet portion, the second magnetic pole is directed toward the target, and the second magnetic pole is A step of generating a plasma using a magnetron unit having a second magnet portion provided toward the magnetic member, wherein the total magnetic amount of the first magnet portion is smaller than the total magnetic amount of the second magnet portion; 8) depositing sputtered particles on the substrate to form a film.
[0030]
If plasma is generated using the magnetron unit as described above, electrons in the plasma can be confined efficiently. For this reason, the electron density can be increased in the plasma. As the electron density increases, the plasma can be maintained even at low pressure, thereby improving bottom coverage.
[0031]
Further, since the plasma is maintained even when the pressure of the process gas is lowered, the pressure of the process gas can be reduced. Therefore, the probability of collision between the particles to be sputtered and the atoms of the process gas is reduced. As the collision probability decreases, the number of sputtered particles directed in the direction from the target to the substrate increases.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. When possible, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0033]
A sputtering apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0034]
The
[0035]
A
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
An
[0040]
In order to apply a voltage between the
[0041]
A
[0042]
The
[0043]
FIG. 2 is a plan view showing the position of the magnet on each magnetron unit. FIG. 2 shows a cross section taken along line II of FIG.
[0044]
Referring to FIGS. 1 and 2, the
[0045]
Referring to FIG. 2, a plurality of
[0046]
Since the
[0047]
In addition, the
[0048]
The arrangement of the magnet assembly for this purpose will be described later with reference to FIGS. The mounting
[0049]
In addition, the
[0050]
The inner magnet part with the smaller total magnetic quantity was arranged inside the outer peripheral magnet part with the larger total magnetic quantity. For this reason, a part of the magnetic flux of the outer peripheral magnet portion reaches the inner magnet portion, passes through the inner magnet portion, and closes at the outer peripheral magnet portion. Further, the remaining part of the magnetic flux of the outer magnet part forms a magnetic flux loop and closes at the outer magnet part. Therefore, the magnetic flux extending outside the vacuum chamber is reduced in the vicinity of the erosion surface where the plasma is generated. For this reason, the electron confinement property is improved.
[0051]
FIG. 3 is a sectional view exemplarily showing a magnet assembly applicable to the
[0052]
In the
[0053]
2 and 3, the case where each magnet unit includes a plurality of magnets has been shown. However, instead of each of the outer magnet unit and the inner magnet unit, or any one of them, a single magnet is used. Can also be provided. Even in this case, the magnetic amount of the outer magnet portion (magnet 42) is larger than the magnetic amount of the inner magnet portion (magnet 44).
[0054]
Although the
[0055]
In the
[0056]
4, 6, and 7 are drawings for illustrating a magnet assembly arrangement suitable for the
[0057]
4, 6, and 7, the
[0058]
The outer
[0059]
In the outer
[0060]
4, 6, and 7, the magnetic field generated by the
[0061]
If the total magnetic quantity of the outer magnet part is made larger than the total magnetic quantity of the inner magnet part, the plasma confinement property is improved. For this reason, plasma can be maintained even when the pressure of the process gas is reduced.
[0062]
Moreover, when the plasma confinement property is improved, the electron density in the plasma also increases. As the density of the confined electrons increases, ionization of the sputtered particles is promoted. Since the ionized particles to be sputtered are attracted toward the
[0063]
In addition, since the magnet is arranged in a half region of the sputter target, it is possible to reduce the plasma formation region by adjusting its position. Since power can be supplied to the reduced area in this way, the plasma density can be increased without increasing the input power. As the plasma density increases, the electron density also increases, so that ionization of the particles to be sputtered is promoted. Since the ionized particles to be sputtered are accelerated toward the substrate surface, a large number of particles to be sputtered having a velocity component directed to the substrate surface are generated. For this reason, the particles to be sputtered mainly arrive directly under the plasma region, and film formation proceeds in this reaching region. For this reason, the film thickness uniformity is improved.
[0064]
Referring to FIGS. 4, 6 and 7, the outer
[0065]
Thus, by adjusting the shape of the isomagnetic surface (or isomagnetic field lines) to be suitable for electron confinement, the electron density in the plasma can be increased. For this reason, ionization of the particles to be sputtered is promoted. Since the ionized particles to be sputtered are accelerated in the direction of the substrate, the velocity component in this direction increases. If the process gas is reduced in pressure, the probability of collision between the sputtered particles and the process gas atoms can be lowered. Both of these actions act so that the number of sputtered particles having a velocity component perpendicular to the substrate increases. For this reason, when the electron density is increased, the bottom coverage is improved.
[0066]
Here, a convex figure is a figure in which a line segment connecting any two points existing on a closed outline defining the shape on a plane is always on one side of the outline or on the line. In this case, the figure is composed of a straight line, a curve, and at least one of the curves. In particular, a closed curve is called a convex curve. In a convex figure, the straight line is a tangent to the curve at the connection point between the curve and the straight line constituting the figure. In this specification, such a connection between a straight line and a curved line is referred to as a smooth connection.
[0067]
In order to reduce the electron flow to the shield, we studied from the viewpoint of electron motion in the electromagnetic field. As a result, even if the magnitude of the magnetic field does not change significantly, if the outer shape of the confined magnetic field changes greatly, the effect of confining electrons is not sufficiently exhibited. In an electromagnetic field, electrons are subjected to a force in the direction of the electric field and also in a direction related to the velocity of the electron and the direction of the magnetic field, and the electrons move while drawing a curve in the electric field and the magnetic field. When the magnetic field changes greatly, it is possible that a sufficiently large magnetic field is not generated by the magnetron unit in the region where the electron trajectory is bent by the magnetic field. For electrons that have reached such a region, the magnetic field of the
[0068]
That is, in the
[0069]
Although the
[0070]
Next, another embodiment will be described.
[0071]
FIG. 9 shows a
[0072]
Here, FIG. 10A and FIG. 14 show the
[0073]
The
[0074]
The
[0075]
The inner belt Bin and the outer belt Bout are used as positioning members for the
[0076]
Among the
[0077]
Thus, a magnetic circuit closed in a donut shape is formed by all the
[0078]
That is, each of the
[0079]
Although FIG. 10A illustrates the case where the
[0080]
The magnetron unit can also be configured as shown in FIG. In the
[0081]
As shown in FIG. 15, six large-
[0082]
On the other hand, ten large-
[0083]
Also in the embodiment shown in FIG. 15, a positioning member (not shown) made of a non-magnetic material exemplified as the inner belt Bin or the like is already used for the arrangement of the
[0084]
By configuring the magnetron unit as shown in FIG. 15, the amount of magnetism generated by all the magnets arranged at the outer edge portion of the
[0085]
Further, since the magnetic lines of force at the outer edge portion are larger than the central portion of the
[0086]
Furthermore, by arranging the six large-
[0087]
In addition, by arranging the six large-
[0088]
In addition, since the magnet is disposed in a half region of the
[0089]
Also in the
[0090]
In the
[0091]
When the
[0092]
In the
[0093]
By arranging the
[0094]
In the
[0095]
Further, in the
[0096]
When the electron density is increased, ionization of the sputtered particles is accelerated, and the ionized sputtered particles are accelerated in the direction of the substrate, so that the velocity component in this direction increases. Further, when the electron density in the plasma is increased, the process gas can be reduced in pressure. By reducing the pressure, the probability of collision between the sputtered particles and the process gas atoms decreases, so that sputtered particles having a velocity component perpendicular to the substrate increase. For these reasons, the bottom coverage is improved. The outer magnet portion is preferably made of a magnet disposed on the outermost periphery. Thereby, electrons can be confined inside the outermost peripheral magnet part.
[0097]
FIG. 11 schematically shows a magnetic field generated by the
[0098]
In the sputtering apparatus of FIG. 11, the magnetic field lines (shown by broken lines in the figure) from the N pole of the
[0099]
On the other hand, as schematically illustrated in FIG. 12, the total magnetic amount of the inner magnet portion 80 (S pole) provided on the inner side is larger than the total magnetic amount of the outer magnet portion 81 (N pole) provided on the outer side. Assuming a large case, the magnetic lines of force (indicated by broken lines in the figure) extending from the
[0100]
In the sputtering apparatus as described above, the
[0101]
When the process gas from the
[0102]
In such a sputtering apparatus, according to the results of experiments conducted by the inventor, the film thickness uniformity in the conventional apparatus is 10% or more, but by applying the present invention, it can be suppressed to 5% or less. It was. Here, the film thickness uniformity is
(Measured value at the thickest point of film thickness-
(Measured value at the thinnest point of film thickness) / (Average value of film thickness) / 2 × 100
Defined by
[0103]
According to the experiments conducted by the inventors in the sputtering apparatus described above, it is practically preferable to set the total magnetic quantity of the outer magnet part to 1.5 times or more of the total magnetic quantity of the inner magnet part. I know that.
[0104]
FIG. 13 shows measurement results in which the horizontal axis represents the total magnetic quantity ratio and the vertical axis represents the uniformity of the sheet resistance Rs.
[0105]
This measurement is based on the following conditions
Target: Ti
Power: 12kW
Pressure: 6.67 × 10 -2 Pa (0.5mT)
Film thickness: 100 nm
It was done in
[0106]
According to FIG. 13, when the total magnetic quantity ratio is smaller than 1.5, the Rs uniformity tends to deteriorate. On the other hand, when the total magnetic quantity ratio is 1.5 or more, the Rs uniformity increases as the magnetic total quantity ratio increases. Sex has been improved.
[0107]
Further, in the conventional sputtering apparatus, the plasma could not be maintained when the pressure of the process gas was set to 0.05 Pa (0.375 mTorr) or less within the range known to the inventors. However, in the sputtering apparatus as described above, the minimum discharge sustaining voltage could be lowered to 0.02 Pa (0.15 mTorr). At such a low pressure, the bottom coverage can be improved by 1.5 times or more compared to the conventional one.
[0108]
As already described, FIGS. 2, 4, 6, 7, 10 (a) and 10 (b) show magnet arrangements applicable to the first and second embodiments. It is shown. In these forms, the magnet part, for example, the
[0109]
In such a magnetron unit, it is preferable that the minimum curvature radius of the closed curve is 0.8 times or more of the maximum curvature radius, and the minimum curvature radius of the convex curve is 0.8 times or more of the maximum curvature radius. The inventor believes that is preferred. If the outer magnet portion is arranged along a predetermined closed curve, the shape of the magnetic field contributing to the generation of plasma is defined by this closed curve. Since the isomagnetic field lines are bent within the above-mentioned radius of curvature, the leakage of electrons from the plasma that can be caused by the bending of the isomagnetic field curve is reduced. If the inner magnet also satisfies the above-described conditions regarding the radius of curvature, a more favorable result can be obtained. In particular, the magnet arrangement shown in FIG. 10 (b) produces the most favorable results.
[0110]
If the magnetron unit as described above is prepared, the electrons in the plasma can be efficiently confined due to the electron confinement action by the magnetic field. For this reason, an electron density can be raised. As the electron density increases, the sputtered particles become ionized. Since the ionized sputtered particles are accelerated by the electric field, the number of sputtered particles moving in the direction from the target to the substrate increases.
[0111]
Further, since the pressure of the process gas can be reduced, the frequency of the collision of the process gas particles with the sputtered particles decreases, and the bottom coverage ratio is further improved.
[0112]
Although the present invention has been described based on each embodiment, the present invention is not limited to such an embodiment, and various modifications are possible. For example, the target material to which the
[0113]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the sputtering apparatus according to the present invention, the magnetron unit has the first magnet part and the second magnet part provided so as to generate a magnetic field in the vacuum chamber. The second magnet unit is disposed outside the first magnet unit. The total magnetism of the first magnet unit is smaller than the total magnetism of the second magnet unit.
[0114]
For this reason, since the magnetic flux extending outside the vacuum chamber is reduced, the confinement of electrons is improved.
[0115]
Further, in the film forming method according to the present invention, the film is formed by generating a magnetic field with excellent electron confinement.
[0116]
Therefore, a sputtering apparatus and a film forming method capable of improving the bottom coverage are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetron sputtering apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view for illustrating the arrangement positions of subunits in the first embodiment;
FIG. 3 is an enlarged view of a magnetron unit in which a subunit portion is enlarged.
FIG. 4 is a plan view showing a magnet arrangement for explaining a magnetic field generated by a subunit.
FIG. 5 is a plan view showing a magnet arrangement for explaining a magnetic field generated by a subunit.
FIG. 6 is a plan view showing a magnet arrangement for explaining a magnetic field generated by a subunit.
FIG. 7 is a plan view showing a magnet arrangement for explaining a magnetic field generated by a subunit.
FIG. 8 is a plan view of a magnetron unit showing the arrangement of subunits.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment.
10 (a) and 10 (b) are explanatory views showing the positional relationship between the magnet and base plate and the sputter target in the magnetron unit of FIG. 9 in plan view.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a magnetic field formed in the sputtering apparatus.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a magnetic field formed in the sputtering apparatus.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the total magnetic quantity ratio between the outer magnet and the inner magnet and Rs.
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the magnetron unit shown in FIG. 9;
FIG. 15 is an explanatory view showing the positional relationship between a magnet and a base plate of a magnetron unit according to another embodiment and a sputter target in a plan view.
[Explanation of symbols]
10, 11 ... Sputtering device, 12 ... Vacuum chamber
13a, 13b ... insulating member, 14 ... housing, 15 ... substrate
16 ... Sputter target, 18 ... Pedestal, 20 ... Exhaust port
21 ... Vacuum pump, 22 ... Supply port, 23 ... Valve, 24 ... Power supply for acceleration
25 ... Process gas supply source, 26 ... Shield, 29 ... Controller
30, 31, 100 ... magnetron unit, 32, 33 ... base plate
30, 32, 34 ... magnet, 36 ... drive motor
38 ... Rotating shaft, 40 ... Yoke member, 42, 43, 44 ... Bar magnet
47, 48, 49, 50 ... Magnetic member
52 ... 1st magnet part, 54 ... 2nd magnet part
Claims (9)
前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、
前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、
前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設けられたスパッタターゲットと、
前記スパッタターゲットに関して前記基板支持部と反対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、前記チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第1のマグネット部および第2のマグネット部を有し、前記第2のマグネット部は前記第1のマグネット部の外側に配置され、前記第1のマグネット部の総磁気量は前記第2のマグネット部の総磁気量より小さく、
前記第1のマグネット部は、第1の磁極を示す部分を前記ターゲットに向けて配置された複数の第1のマグネットを有し、前記第2のマグネット部は、第2の磁極を示す部分を前記ターゲットに向けて配置された複数の第2のマグネットを有し、
前記複数の第2のマグネットは、前記複数の第1のマグネットを囲むように環状に配列されている、スパッタリング装置。A vacuum chamber;
Decompression means for decompressing the vacuum chamber;
Gas supply means for supplying a process gas into the vacuum chamber;
A substrate support for supporting the substrate in the vacuum chamber;
A sputter target provided so that an erosion surface faces the substrate support;
A magnetron unit provided on the opposite side of the substrate support with respect to the sputter target, and
The magnetron unit has a first magnet part and a second magnet part provided to generate a magnetic field in the chamber, and the second magnet part is arranged outside the first magnet part. is the total magnetic content of the first magnet portion is minor than the total magnetic content of the second magnet unit,
The first magnet portion has a plurality of first magnets arranged with a portion showing the first magnetic pole facing the target, and the second magnet portion has a portion showing the second magnetic pole. A plurality of second magnets arranged toward the target;
The sputtering apparatus , wherein the plurality of second magnets are annularly arranged so as to surround the plurality of first magnets .
前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、
前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、
前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設けられたスパッタターゲットと、
前記スパッタターゲットに関して前記基板支持部と反対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、前記チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第1のマグネット部および第2のマグネット部を有し、前記第2のマグネット部は前記第1のマグネット部の外側に配置され、前記第1のマグネット部の総磁気量は前記第2のマグネット部の総磁気量より小さく、
前記第1のマグネット部は、第1の磁極を示す一端および第2の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向けて配置された複数の第1のマグネットを含み、
前記第2のマグネット部は、第2の磁極を示す一端および第1の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向け前記複数の第1のマグネットの外側に環状に配置された複数の第2のマグネットを含み、
前記マグネットロンユニットは、複数の第1の磁性部材、第3の磁性部材、および第4の磁性部材を含み、各第1の磁性部材は、磁気回路を構成するように前記複数の第1のマグネットの他端と前記複数の第2のマグネットの他端とをそれぞれ支持し、前記第3の磁性部材は、前記複数の第1のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられ、前記第4の磁性部材は、前記複数の第2のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられ、
前記第2のマグネット部は、前記第1のマグネット部の総磁気量の1.5倍以上である総磁気量を有する、スパッタリング装置。 A vacuum chamber;
Decompression means for decompressing the vacuum chamber;
Gas supply means for supplying a process gas into the vacuum chamber;
A substrate support for supporting the substrate in the vacuum chamber;
A sputter target provided so that an erosion surface faces the substrate support;
A magnetron unit provided on the opposite side of the substrate support with respect to the sputter target, and
The magnetron unit has a first magnet part and a second magnet part provided to generate a magnetic field in the chamber, and the second magnet part is arranged outside the first magnet part. The total magnetism of the first magnet unit is smaller than the total magnetism of the second magnet unit,
The first magnet unit includes a plurality of first magnets having one end indicating a first magnetic pole and the other end indicating a second magnetic pole, the one end being disposed toward the target,
The second magnet portion has one end indicating the second magnetic pole and the other end indicating the first magnetic pole, and a plurality of the second magnet portions are annularly arranged outside the plurality of first magnets with the one end facing the target. A second magnet of
The magnetron unit includes a plurality of first magnetic members, a third magnetic member, and a fourth magnetic member, and each of the first magnetic members forms the magnetic circuit. The other end of the magnet and the other end of the plurality of second magnets are respectively supported, and the third magnetic member is provided in an annular shape so as to connect the one ends of the plurality of first magnets. The four magnetic members are provided in an annular shape so as to connect the one ends of the plurality of second magnets,
The said 2nd magnet part is a sputtering device which has the total magnetic quantity which is 1.5 times or more of the total magnetic quantity of the said 1st magnet part.
前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、
前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、
前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設けられたスパッタターゲットと、
前記スパッタターゲットに関して前記基板支持部と反対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、前記チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第1のマグネット部および第2のマグネット部を有し、前記第2のマグネット部は前記第1のマグネット部の外側に配置され、前記第1のマグネット部の総磁気量は前記第2のマグネット部の総磁気量より小さく、
前記第1のマグネット部は、第1の磁極を示す一端および第2の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向けて環状に配置された複数の第1のマグネットを含み、
前記第2のマグネット部は、第2の磁極を示す一端および第1の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向け前記複数の第1のマグネットの外側に環状に配置された複数の第2のマグネットを含み、
前記マグネットトロンユニットは、磁気回路を構成するように前記複数の第1のマグネットの他端と前記複数の第2のマグネットの他端とを支持する第2の磁性部材、前記複数の第1のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられた第3の磁性部材、および前記複数の第2のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられた第4の磁性部材を含み、
前記第2のマグネット部は、前記第1のマグネット部の総磁気量の1.5倍以上である総磁気量を有する、スパッタリング装置。 A vacuum chamber;
Decompression means for decompressing the vacuum chamber;
Gas supply means for supplying a process gas into the vacuum chamber;
A substrate support for supporting the substrate in the vacuum chamber;
A sputter target provided so that an erosion surface faces the substrate support;
A magnetron unit provided on the opposite side of the substrate support with respect to the sputter target, and
The magnetron unit has a first magnet part and a second magnet part provided to generate a magnetic field in the chamber, and the second magnet part is arranged outside the first magnet part. The total magnetism of the first magnet unit is smaller than the total magnetism of the second magnet unit,
The first magnet unit includes a plurality of first magnets having one end indicating a first magnetic pole and the other end indicating a second magnetic pole, the one end being annularly arranged toward the target,
The second magnet portion has one end indicating the second magnetic pole and the other end indicating the first magnetic pole, and a plurality of the second magnet portions are annularly arranged outside the plurality of first magnets with the one end facing the target. A second magnet of
The magnetron unit includes a second magnetic member that supports the other ends of the plurality of first magnets and the other ends of the plurality of second magnets so as to form a magnetic circuit, and the plurality of first magnets. A third magnetic member provided annularly so as to connect the one ends of the magnets, and a fourth magnetic member provided annularly so as to connect the one ends of the plurality of second magnets,
The said 2nd magnet part is a sputtering device which has the total magnetic quantity which is 1.5 times or more of the total magnetic quantity of the said 1st magnet part.
真空チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、
第1の磁極を前記ターゲットに向けると共に第2の磁極を磁性部材に向けて設けられた第1のマグネット部、および前記第1のマグネット部の外側に環状に配置され第2の磁極を前記ターゲットに向けると共に第1の磁極を前記磁性部材に向けて設けられた第2のマグネット部、を有し、前記第1のマグネット部の磁気総量は前記第2のマグネット部の磁気総量より小さいマグネトロンユニットを用いてプラズマを生成する工程と、
前記基板にスパッタリング粒子を堆積し膜を形成する工程と、
を備える成膜方法。Arranging the substrate to face the target;
Introducing a process gas into the vacuum chamber;
A first magnet portion provided with a first magnetic pole directed toward the target and a second magnetic pole directed toward a magnetic member, and a second magnetic pole disposed annularly outside the first magnet portion And a second magnet portion provided with the first magnetic pole directed toward the magnetic member, and the total magnetism of the first magnet portion is smaller than the total magnetism of the second magnet portion. A step of generating plasma using
Depositing sputtered particles on the substrate to form a film;
A film forming method comprising:
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