JPH0230757A - マグネトロンスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、マグネトロン方式のスパッタリング方法に関
する。

（従来の技術） この種のマグネトロンスパッタでは、ターゲット基板の
長寿命化と、試料表面上の堆積膜厚分布の均一化を図る
ことが要求されている。このためには、ターゲット基板
上でプラズマが立つ位置を可変するものが好ましく、こ
の踵の提案として特開昭５８−３９７５号公報に開示さ
れた技術がある。

これは、同公報の発明の要点の記載（第８頁第１７行〜
第９頁第１３行）より明らかなように、少なくとも三つ
の磁極面を有する−の磁束源を梢或し、その一部の磁極
面に発生する磁束量を制御して、残りの他の磁極面に発
生する磁束量及びその分布の立つ位置、すなわちプラズ
マの立つ領域を容易にかつ幅広く移動させるようにした
プレートマクネトロン方式のスパッタリング方法であっ
て、その一部の磁極体に設けた電磁石にスパッタリング
工程中所定の周期を持った矩形波電流を流して環状のプ
ラズマ発生領域を所定の周期で少なくとも一回以上移動
させてそれぞれの環状プラズマ発生領域において得られ
る成膜膜厚を合成して成膜することを特徴とするもので
ある。

そして、このようにその一部の磁極面に発生ずる磁束量
を制御して、残りの他の磁極面に発生ずる磁束量及びそ
の分布の立つ位置を変化さぜるなめに、例えば内側コイ
ルと外側コイルとを有するものであれば、内側コイルへ
の通電量を一定とし、外側コイルへ逆電流を流し、がっ
、その電流値を周期的に変化させる構成が開示されてい
る。

この構成により、内側コイルへの通電により生ずる磁束
をその逆特性の磁束強度によって制御し、プラズマリン
グの径の大きさを変化させることができる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の方法によれば、従来のプラズマリング径が一定の
ものと比較ずれば、エロージョンエリアが拡がるため、
ターゲット基板の長寿命化と、試料表面」二の堆積膜厚
分布の均一化を図ることができるが、その一部の磁極面
に発生する磁束量を制御して、残りの他の磁極面に発生
する磁束量及びその分布の立つ位置を讐化させるもので
あるため、エロージョンエリアにも限界が生じている。

″すなわち、上記したように三つの磁極端（中央磁極端
、内側磁極端、外側磁極端）を有し、かつ、中央磁ｌＩ
Ｉ！端と内側磁極端との間に配置される前記内側コイル
と、内側磁極端と外側磁極端との間に配置される前記外
側コイルとを有する構成であって、外側コイルへの逆電
流の値を変化させる場合にあっては、最も径の大きいプ
ラズマリンクは中央磁極端、外側磁極端間に生ずる磁束
によって決定され、これ以上径の大きなプラズマリング
を形成することができなかった。

このため、上記中央磁極と外側磁極との間で生ずる磁束
によってプラズマリングの股大径が決定されるので、こ
の最大径の外側領域に対応するターゲットの周辺は浸蝕
されないこととなり、ターゲットの有効利用にも限界が
あった。

一方、試料側について着目すれば１．Ｆ記股人径の領域
外の試料の周辺部分に垂直に入射するスパッタ粒子を十
分に確保できないため、試料に形成される膜厚の均一性
にもさらに改善の余地があった。

そこで、本発明の目的とするところは、−Ｌ述した従来
の問題に対処してなされたもので、プラズマリンクの立
つ位置を小円から大円、大円がら小円と変化させ、しが
も従来よりもエロージョンエリアを拡大してターゲット
の長寿命化と試料全面に対する膜厚の均一性とを向上さ
せることができるマグネトロンスパッタリング方法を提
供することにある。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段） 本発明は、ヨークによって磁気結合されたリング状のに
極（Ｋ≧３）の磁極を有し、このＮ極の磁極のうちの２
極の磁極を順次選択使用して形成できる径の異なる（２
Ｋ−３）種のプラズマリングを、小径から大径または大
径から小径と変化させながら、スパッタリングを行う構
成としている。

（作用） 磁極数Ｋが３極である場合についてまず説明すると、第
１図に示すように中央磁極端１．内側磁極２．外側磁極
３をそれぞれ円形ないしは矩形状に形成し、これらをヨ
ーク４によって磁気結合している。また、各磁極間には
、内側コイル５と外側コイル６とを配置している。

ここで、まず内側コイル５にのみ電流を流すと、同図（
Ａ）に示すように中央磁ｌｌ１ｉ１より内側磁極２Ｋ向
かう磁束が形成され、小径のプラズマリング１０か形成
される。

次に、内側コイル５及び外側コイル６に例えばほぼ同じ
電流値の電流を同方向に通電すると、第１図（Ｂ）に示
すように中央磁ｊｆｊ１より内側磁極２、内側磁極２よ
り外側磁極３へそれぞれ向かう磁束により、内側磁極２
での磁力線が打ち消された形の合成磁場として中央磁極
１より外側ＦａＩｊ３へ向かう磁束が形成され、中径の
プラズマリンク１１か形成される。

次に、内側コイル５への通電を解除すると、内側磁極２
より外側磁極３へ向かう磁束が形成され、この結果大径
のプラズマリング１２が形成される。

このように磁極数Ｋを三つとした場合には、３極の磁極
のうちの２極の磁極を使用した組み合わせにより２Ｋ一
３＝３種のプラズマリングを形成することができる。

このように、磁極数かに＝３の場合には、３種のプラズ
マリング径を推移させることで、エロージョンエリアが
拡大され、ターゲットの長寿命化と試料全面での膜厚の
均一性を確保することかできる。

そして、本発明方法をＦ記特開昭５８−３９７５号公報
に開示された技術と比較すれば、同公報のものは第１図
（Ｃ）のような工程を実現できないので、本発明方法の
方がプラズマリング径を大きく形成でき、エロージョン
エリアをさらに拡大することができる。

次に、４種以上の場合について説明すると、第２図はに
＝４とした場合のプラズマリングの種類を示しており、
２Ｋ一３＝５種のプラズマリングが形成でき、Ｋ＝５の
場合には第３図に示すように２Ｋ一３＝７種のプラズマ
リングを形成でき、６種以上の場合も同様に径の累なる
（２Ｋ−３）種のプラズマリングを形成して実施するこ
とかできる。

（実施例） 以下、本発明を半導体ウェハのマグネトロンスパッタリ
ングに適用した一実施例について、図面を参！１イシて
具体的に説明する。

まず、スパッタ装置について説明すると、第４図に示す
ように前述した中央磁極１．内側磁極２゜外側磁極３．
ヨーク４．内側コイル５及び外側コイル６を有しており
、前記各Ｍ１極１，２．３の磁極端１ａ、２ａ、３ａと
当接して陰極となるバッキングプレート２０が配置され
ている。そして、このバッキングプレー１・２０上には
ターゲット平板２１が固定され、さらに、陽極となるシ
ールド部材２２かト記各部材を覆うように配置されてい
る。そして、被成膜基板である半導体ウェハ２３は、ト
記ターゲット平板２１の−Ｌ方にこれと平行に配置され
ている。

次に、上記実施例装置で実施される本発明方法の一例に
ついて説明する。

本実施例では、第１図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）に示す３
種の径のプラズマリングを形成するために、第５図に示
すように、内側コイル５．外側コイル６への通電を周期
的に変化する矩形波により実行している。この周期は、
膜形成中に複数回の変化をさせることを条件として選択
する。

まず、内側コイル５にのみ通電すると、この結果子する
磁力線は、第１図（Ａ）に示すように中央磁極１の磁極
端１ａ（Ｎ極）→内側磁極２の磁極端２ａ（ＳＶｊり→
内側磁極２→ヨーク４→中央磁極１と閉ループに沿って
形成され、この結果、同図の小径のプラズマリング１０
を形成することができる。

次に、内側コイル５への通電をそのまま維持し、かつ、
外側＝１イル６へ同方向にかつ、はぼ同じ値の電流を通
電すると、中央磁極１より内側磁極２゜内側磁極２より
外（ｌｌＩ＆Ｉｉ極３へそれぞれ向かう磁束により、内
側磁＄２での磁力線が打ち消された形の合成磁場として
、中央＆！極１の磁極端１ａ（Ｎ極）→外側磁極３のｍ
極端３ａ（Ｓ極）→外側磁極３→ヨーク４→中央磁極１
へ向かう磁力線か形成され、中径のプラズマリング１１
か形成される。

次に、外側コイル６への通電を維持したまま、内側コイ
ル５への通電を解除すると、内側磁極２の磁極端２ａ（
Ｎ極）→外側磁極３の磁極端３ａ（Ｓ極）−外側磁極３
→ヨーク４−内側磁極２へ向かう磁力線が形成され、こ
の結果大径のプラズマリング１２が形成されることにな
る。

そして、上記の３種のプラズマリングの形成を１サイク
ルとし、これを繰り返す（例えば１枚の半導体ウェハ２
３に対するスパッタリング中に５０回程度）ことで、小
径から大径へのプラズマリンクの推移を連続して実行す
ることができ、エロージョンエリアの拡大により、ター
ゲット２１が有効利用され、かつ、このように推移する
プラズマリングの形成によりウェハ２３に垂直に向かう
スパッタ粒子がウェハ２３のほぼ全面に亘って入射され
ることになるので、ウェハ２３の全面に対する膜厚の均
一性を高めることができる。

なお、Ｌ記方法において、各コイル５，６への通電のタ
イミングを換えることで、例えば第６１関に示すタイミ
ングチャートにしたがって通電することで、１−記実施
例とは逆に大円から小円に推移するプラズマリングの形
成を１サイクルとることもでき、あるいは第７図に示す
タイミングチャートにしたがって通電することで、小円
→中日−大円→中円→小円を１サイクルとしてプラズマ
リングを推移させることも可能である。

また、Ｌ聞咎実施例では他方のコイルへの通電を完全に
解除するものであったが、＠　５１８＋の変形例として
第８図に示すように、正方向への電流よりも波高値の低
い逆電流を流すものであってもよい、このように逆電流
を流す理由は、内側磁極２Ｋ流れる磁束を相殺し、中央
磁極１と外側磁極３との間で磁束を流すためである。

さらに、各コイルに通電する電流の波形としては、必ず
しも矩形波の電流を用いるものに限らず、のこぎり波等
種々の形状波を採用することができる。

次に、磁極数に＝４とした場合には、第９図に示すタイ
ミングチャートにしたがって第２図に示すように２Ｋ一
３＝５種の径のプラズマリングを形成し、推移させるこ
とになる。すなわち、第２図（Ａ）でまずコイル３０に
のみ通電することで籠小径の第１のプラズマリング４０
を形成し、次にコイル３０．３１にほぼ同程度の電流を
通電することで、同図（Ｂ）示すプラズマリング４１を
形成し、以下、コイル３１への通電によりプラズマリン
グ４３（同図（Ｃ）参照）、コイル３１゜３２Ｋ同程度
の電流を流すことで第４のプラズマリング４３を形成し
く同図（Ｄ）参照）、最後にコイル３２へ通電すること
で最大径の第５のプラズマリング４４を形成することが
できる（同図（Ｅ）参照）。

次に、磁極数に＝５とした場合には、第１０図に示ずタ
イミングチャート・にしたがって、第３図に示すように
３に一３＝７種のプズマリングを順次推移させて形成す
ることになる。

そして、第５のプラズマリング４４までは上記に＝４の
場合と同様であるか（第３図（Ａ）〜（Ｅ）参照）、第
５のプラズマリング４５を形成するためには、コイル３
２．３３に同程度の電流を通電することで実行しく第３
図（Ｆ）参照）、最大径の第７のプラズマリング４６を
形成するためには、コイル３３にのみ通電することで実
行することができる（第３図（Ｇ）参照）。

なお、プラズマリングの推移のさせ方としては、Ｋ＝３
の場合の変形例と同様に大円から小円に推移させるもの
、小円→大円→小円と推移させるもの等種々の推移方法
を採用することができる。

以下、Ｋ＝６以上の場合も上記実施例と同様に実施する
ことで、（２Ｋ−３）種のプラズマリングを形成するこ
とができる。

なお、本発明はｔ記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨のは範囲内で種々の変形実施が可能である
。

例えば、磁極の形状としてはスパッタされる試料の形状
に合わせたリング形状とすることができ、必ずしも円形
のものに限らず、例えば試料がＬＣＤ基板（液晶デイス
プレー基板）である場合には矩形状等種々の変形実施が
可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればに極の磁極を有す
る場合に（２Ｋ−３）種のプラズマリングを推移させな
がらスパッタを実施することができるので、ターゲット
全面の有効利用によるターゲットの長野白化が図られ、
かつ、試料全面に対する膜厚の均一性を向１−すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、磁極数に＝３とした場合の３種のプラズマリ
ングの形成を説明するための概略説明図、第２図は、磁
極数に＝４とした場合の５種のプラズマリングの形成を
説明するための概略説明図、第３図は、磁極数に＝５と
した場合の７種のプラズマリングの形成を説明するため
の概略説明図、第４図は、本発明方法を実施するための
スパッタ装置−例を示すの概略説明図、 第５図は、磁極数に＝３の場合であって、小円から大円
に推移するプラズマリングの形成を１サイクルとした場
合の各コイルへの通電を説明するためのタイミングチャ
ート、 第６図は、磁極数に＝３の場合であって、大円から小円
に推移するプラズマリングの形成を１すイクルとした場
きの各コイルへの通電を説明するためのタイミングチャ
ート、 第７図は、磁極数に−３の場合であって、小円→大円→
小円に推移するプラズマリングの形成を１サイクルとし
た場合の各コイルへの通電を説明するためのタイミング
チャート、 第８図は、第５図のタイミングチャートの変形例であっ
て、一方のコイルへの通電を波高値の低い逆電流とした
場合を示すタイミングチャート、第９図は、磁極数に＝
４の場計の各コイルへの通電を説明するためのタイミン
グチャート、第１０図は、磁極＠に＝５の場合の各コイ
ルへの通電を説明するためのタイミングチャートである
。 】・・・中央磁極、 ２・・・内侵１′＆ｊＪ、極、 ３・・・外側磁極、 ４・・・ヨーク、 ５・・・内側コイル、 ６・・・外側コイル、 ０・・・最小径プラズマリンク、 １・・・中経プラズマリング、 ２・・・籠人径プラズマリング、 １・・・ターゲット平板、 ３・・・試料、 ０〜３３・・・コイル、 ０〜４６・・・プラズマリンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ヨークによって磁気結合されたリング状のＫ極（Ｋ≧３
   ）の磁極を有し、このＫ極の磁極のうちの２極の磁極を
   順次選択使用して形成できる径の異なる（２Ｋ−３）種
   のプラズマリングを、小径から大径または大径から小径
   と変化させながら、スパッタリングを行うことを特徴と
   するマグネトロンスパッタリング方法。