JPH04314858A - マグネトロンスパッタリング方法 - Google Patents

マグネトロンスパッタリング方法

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JPH04314858A
JPH04314858A JP233891A JP233891A JPH04314858A JP H04314858 A JPH04314858 A JP H04314858A JP 233891 A JP233891 A JP 233891A JP 233891 A JP233891 A JP 233891A JP H04314858 A JPH04314858 A JP H04314858A
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JP
Japan
Prior art keywords
target
magnetic field
sputtering
cathode electrode
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP233891A
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English (en)
Inventor
Hisaharu Obinata
小日向 久治
Koichiro Takaishi
高石 幸一郎
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウエハ等の基
板の表面にマグネトロンスパッタリングにより薄膜を形
成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造工程に於い
て、スパッタリングにより基板に薄膜を形成することは
一般的に行われており、この場合マグネトロン放電を発
生させてスパッタリングを行なうマグネトロンスパッタ
リングも一般的に行われている。マグネトロンスパッタ
リングは、通常、真空室内に、例えばシリコンウエハの
基板を取付けたアノード電極と該基板に対向してターゲ
ットを取付けたカソード電極とを設け、該カソード電極
の背後に設けた電磁石又は永久磁石、或いは電磁石と永
久磁石の両方により該ターゲットの前面に電界と直交す
る磁界を発生させ乍ら行われる。
【0003】マグネトロンスパッタリングの一例は、図
1に示す如くであり、RF電源aに接続された真空室b
内のカソード電極cの背後に永久磁石dを設け、該カソ
ード電極cの表面に電界gと直交する磁界eを形成しな
がら該カソード電極cの表面に取付けたターゲットfを
スパッタリングするもので、該ターゲットfの表面付近
に該磁界eにより電子を収束することにより高密度プラ
ズマ領域を形成し、該高密度プラズマ領域内に発生する
多くのイオンで該ターゲットfをスパッタすることによ
り迅速に該ターゲットfに対向して設けられた基板(図
示してない)に薄膜を形成することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】マグネトロンスパッタ
リングは、スパッタリングの進行に伴ない、高密度プラ
ズマ領域に面したターゲットfの部分が他の部分よりも
多くスパッタされて図示のように消耗し、永久磁石dが
外側の環状の磁石とその中心部の柱状の磁石で構成され
ている場合、その消耗部分(エロージョン領域)はドー
ナッツ状になり、その部分からスパッタされたターゲッ
ト物質の一部が消耗部分以外のターゲットfの表面に堆
積するようになる。
【0005】この堆積した物質は、比較的剥離しやすい
ため剥離してダストとなり、基板に付着してしまうこと
がしばしば発生し、成膜不良の基板が製造されてしまう
欠点があった。ターゲットfがストレス(内部応力)の
大きい高融点金属の場合、この欠点が著しく、基板に高
融点金属の薄膜を形成するときの大きな問題になってい
る。
【0006】本発明は、マグネトロンスパッタリングに
於けるターゲットへスパッタされた物質が再付着するこ
とにより発生する前記欠点を解決することをその目的と
するものである。
【0007】本発明の他の目的は、高融点金属の薄膜を
マグネトロンスパッタリングで形成する際の成膜不良の
発生を防止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の各目
的を達成するために、真空室内に、成膜を施す基板を取
付けた電極と該基板に対向してターゲットを取付けたカ
ソード電極とを設け、該カソード電極の背後に磁石を設
けて該ターゲットの前面に電界と直交する磁界を発生さ
せ乍らスパッタリングを行なう方法に於いて、スパッタ
リングの作動を開始してから所定の時間が経過すると、
該ターゲットの前面の磁界を一旦実質的に消磁させて該
ターゲットの全面に亘るスパッタリングを行なって該タ
ーゲットの全表面をクリーニングするようにした。
【0009】この場合、必要ならば、該ターゲットの前
面の磁界を一旦実質的に消磁させると共に該真空室内の
圧力を上げて該ターゲットの前面に亘るスパッタリング
を行ない、該ターゲットの全表面をクリーニングする。
【0010】
【作用】真空室内を真空排気したのち不活性ガスを導入
して圧力を調整し、電源からターゲットを取付けたカソ
ード電極に電力を投入すると、カソード電極と基板を取
付けた電極の間にプラズマが発生する。該プラズマ中の
電子は、カソード電極の背後に設けた磁石により該ター
ゲットの前面に発生する電界と直交する磁界に拘束され
てマグネトロン運動を行い、該ターゲットの表面付近に
於いて高密度プラズマが形成される。高密度プラズマ領
域の内部に於いては、多くのイオンが発生するが、その
イオンの大部分はカソード電極の負の電位に引かれてタ
ーゲットに突入し、該ターゲットの物質がスパッタされ
て基板に比較的高速で薄膜状に堆積する。プラズマ密度
は、磁石の磁極の中間部分に対応した箇所に於いて高ま
るために、ターゲットは磁極の中間部分が激しくスパッ
タされて大きく消耗するが、それ以外のターゲットの部
分はスパッタされることが少なく、部分によっては、殆
どスパッタされることがない。
【0011】そのため、スパッタされた物質の一部が、
ターゲットのスパッタされない或いはスパッタされるこ
との少ない部分に付着する。この付着物はスパッタ時間
が長くなると多くなり、やがては剥離して飛散してダス
トとなり、基板に付着するようになり、成膜不良の基板
が製造されてしまう。
【0012】本発明では、このターゲットの消耗されな
い部分に付着するスパッタ物質を除去するために、ター
ゲットの前面の磁界を一旦実質的に消磁させてスパッタ
リングを行なうもので、該ターゲットの前面の磁界を消
磁することによりプラズマがターゲットの表面全体に広
がり、ターゲットの全面に亘るスパッタリングが行われ
、該ターゲットの表面に付着したスパッタ物質がスパッ
タにより除去されて全表面がクリーニングされる。
【0013】このクリーニングは、マグネトロンスパッ
タリングで基板に成膜した時間が一定時間経過したとき
に真空室を開けることなく行なえ、真空装置を止める必
要がないので、そのクリーニングを終了したのち直ちに
再びマグネトロンスパッタリングにより基板への成膜作
業に移ることが出来る。
【0014】マグネトロンスパッタリングを行なってい
たときの真空圧のまま該ターゲットの前面の磁界を消磁
してスパッタリングを行なおうとすると、プラズマが発
生し難くなることがあるが、この場合には該真空室内の
圧力をマグネトロンスパッタリングのときよりも一桁程
度上げることにより安定したプラズマが発生する。
【0015】
【実施例】本発明の実施に使用した装置を先ず図2に基
ずき説明すると、同図に於いて、符号1は真空ポンプに
連なる真空排気口2とAr ガス等の不活性ガスを導入
するガス導入口3を備えた金属製の真空室を示し、該真
空室1内の下方には、シリコンウエハから成る基板4を
取付けたアノード電極5が設けられ、該真空室1の上方
には、該基板4に平行に対向して金属或いは非金属から
成るターゲット6を取付けたカソード電極7が設けられ
る。該基板4が円形である場合、その直径に合致した円
形のアノード電極5、ターゲット6及びカソード電極7
が用意される。該アノード電極5は例えばアースに接続
され、該カソード電極7は負の電位となるように例えば
高周波電源8に接続される。
【0016】該カソード電極7の背後には、ターゲット
6の表面に電界9と直交する磁界10を発生させるため
の磁石11が設けられる。該磁石11は、電磁石、又は
永久磁石、或いは電磁石と永久磁石を組合せた磁石が使
用される。電磁石が設けられたカソード電極7の詳細は
図3及び図4に示す如くであり、この例では、磁石11
を環状の電磁石11a、11bを内外2重に組合せて構
成し、中心のヨーク12と周囲のヨーク13との間に磁
界10が発生するようにし、各電磁石11a、11bは
各電源14a、14bへの接続回路に介在させた連動ス
イッチ15をオン・オフすることにより励磁と消磁が行
われる。また、永久磁石が設けられたカソード電極7の
詳細は図5に示す如くであり、この例では、磁石11を
中心の柱状の永久磁石11cとその周囲の環状の永久磁
石11dとで構成し、該カソード電極7の背後の真空室
1に、該磁石11がカソード電極7から後退するための
空間16を設け、適当なアクチュエータにより往復移動
するロッド17に磁石11を連結してその後退を行なう
ようにした。該磁石11は、ロッド17によりターゲッ
ト6の表面から実質的に磁界が消磁した状態になる位置
まで後退する。
【0017】次に、本発明の方法の実施例を説明すると
、まず真空室1内を真空排気口2から真空に排気したの
ちガス導入口3からAr ガスを導入して圧力を調整し
、磁石11によりターゲット6の前面に電界9と直交す
る磁界10を発生させておき、高周波電源8からカソー
ド電極7に電力を投入すると、ターゲット6の前方に磁
界10で拘束されたプラズマが発生し、従来と同様のマ
グネトロンスパッタリングが行われ、基板4にターゲッ
ト6からスパッタされた物質が高速で薄膜状に堆積する
【0018】該ターゲット6がスパッタにより消耗され
る部分は、磁石11のNS極の中間例えば図3に符号1
8で示す消耗部分であり、多数枚例えば3000枚の基
板4に薄膜の形成を続けるとスパッタ物質の一部がター
ゲット6の消耗部分18以外の表面の部分19に付着す
るようになるが、この時に磁界10を実質的にターゲッ
ト6の前面から消滅させると、それまで磁界10の作用
により収束していたプラズマはターゲット6の全面に広
がり、ターゲット6の表面全体がスパッタされるように
なる。このスパッタでターゲット6の消耗部分18以外
の部分19に付着したスパッタ物質が除去され、ターゲ
ット6の表面全体がクリーニングされる。
【0019】磁界10を消磁した結果、プラズマの発生
が不安定になるときには、ガス導入口3からAr ガス
を導入して真空室1内の圧力を一桁高めて例えば5Pa
 以上に調整すれば安定したプラズマの発生が得られる
【0020】このスパッタリングによるクリーニングが
完了すると、再びターゲット6の前面に磁界10を発生
させてマグネトロンスパッタリングにより基板4の成膜
が行なわれるが、該ターゲット6の表面にはスパッタ物
質が付着していないので、成膜される基板4にターゲッ
ト6から剥離したスパッタ物質が付着することがなく、
成膜不良の基板4が製造されることがない。
【0021】磁界10を消磁するには、磁石11が電磁
石の場合には、連動スイッチ15を切ることにより行わ
れ、磁石11が永久磁石の場合には、ロッド17でカソ
ード電極7の表面から永久磁石を遠ざけ、該ターゲット
6の前面の磁界10をマグネトロンスパッタリングが発
生しない100 ガウス以下の実質的に消磁した状態と
することにより行われる。尚、磁石11が電磁石の場合
でも、永久磁石のときのように、電力の投入の調節によ
って実質的に消磁した状態とすることが可能である。
【0022】ターゲット6がTi 、Wなどの高融点金
属の場合、3000枚を越える基板4に3000オング
ストローム程度の薄膜を継続してマグネトロンスパッタ
リングにより形成すると、従来は図6の曲線Aで示すよ
うに、基板4に付着するダストの個数が急激に増加する
が、本発明の方法を3000枚の基板4の処理を終えた
時点で実施したのち再びマグネトロンスパッタリングを
開始すれば、点線の曲線Bで示すように再び基板4に付
着するダストの個数が減少する。従って、3000枚の
基板4の成膜を終える毎に本発明の方法を実施すれば、
従来の何倍かの基板4に薄膜を形成し続けることが可能
になる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によるときは、マ
グネトロンスパッタリングを行なうためにカソード電極
の背後に設けられた磁石を、スパッタリングの作動を開
始してから所定の時間が経過したとき一旦実質的に消磁
するようにしたので、プラズマがカソード電極のターゲ
ットの全面に広がってターゲットの全表面がクリーニン
グされ、スパッタ物質がターゲットから剥離して基板に
付着することが少なくなり、成膜不良の基板の製造が防
止され、このクリーニングのためのスパッタリングは、
真空室を開放する必要がないので、引き続きマグネトロ
ンスパッタリングを行なうことができ、短時間に簡単な
操作でクリーニング出来る等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のカソード電極の截断側面図
【図2】本発
明の実施に使用した装置の截断側面図
【図3】カソード
電極部分の拡大截断側面図
【図4】図3のIV−IV線
部分に沿った底面図
【図5】カソード電極部分の変形例
の截断側面図
【図6】基板の処理枚数とダスト数の関係
を示す線図
【符号の説明】
1  真空室      4  基板      5 
 アノード電極      6  ターゲット 7  カソード電極      9  電界     
 10  磁界    11  磁石 11a、11b  電磁石      11c、11d
  永久磁石 14a、14b  電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  真空室内に、成膜を施す基板を取付け
    た電極と該基板に対向してターゲットを取付けたカソー
    ド電極とを設け、該カソード電極の背後に磁石を設けて
    該ターゲットの前面に電界と直交する磁界を発生させ乍
    らスパッタリングを行なう方法に於いて、スパッタリン
    グの作動を開始してから所定の時間が経過すると、該タ
    ーゲットの前面の磁界を一旦実質的に消磁させて該ター
    ゲットの全面に亘るスパッタリングを行なって該ターゲ
    ットの全表面をクリーニングすることを特徴とするマグ
    ネトロンスパッタリング方法。
  2. 【請求項2】  真空室内に、成膜を施す基板を取付け
    た電極と該基板に対向してターゲットを取付けたカソー
    ド電極とを設け、該カソード電極の背後に磁石を設けて
    該ターゲットの前面に電界と直交する磁界を発生させ乍
    らスパッタリングを行なう方法に於いて、スパッタリン
    グの作動を開始してから所定の時間が経過すると、該タ
    ーゲットの前面の磁界を一旦実質的に消磁させると共に
    該真空室内の圧力を上げ、該ターゲットの全面に亘るス
    パッタリングを行なって該ターゲットの全表面をクリー
    ニングすることを特徴とするマグネトロンスパッタリン
    グ方法。
  3. 【請求項3】  前記カソード電極の背後に設けた磁石
    が電磁石であり、該電磁石への通電を一時的に停止又は
    電流を下げて磁界を消磁することによりターゲットの全
    表面をクリーニングすることを特徴とする請求項1又は
    2に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
  4. 【請求項4】  前記カソード電極の背後に設けた磁石
    が永久磁石であり、該永久磁石を該カソード電極の表面
    から機械的手段により遠ざけて該ターゲットの前面の磁
    界を実質的に消磁することによりターゲットの全表面を
    クリーニングすることを特徴とする請求項1又は2に記
    載のマグネトロンスパッタリング方法。
JP233891A 1991-01-11 1991-01-11 マグネトロンスパッタリング方法 Withdrawn JPH04314858A (ja)

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Effective date: 19980514