JPH0474861A - プレーナマグネトロンスパッタ装置 - 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】 〔概要〕 プレーナマグネトロンスパッタ装置に関し、ターゲット
の消耗を一様にし基板上へのスパッタ膜の形成で膜厚お
よび膜質を均一にすることを目的とし、 ターゲットの下方に設けられ、かつ、ターゲットの中心
には＼一致する回転軸を有する回転円盤上に、ターゲッ
トサイズに比較して小さいリング状閉磁場を形成する少
なくとも３個の磁石をそれぞれ独立して、かつ、円盤回
転時に前記ターゲット全面が前記リング状閉磁場に閉じ
込められたプラズマにより覆われるように配列し、前記
回転軸を中心として前記ターゲツト面に平行に前記回転
円盤を回転するようにプレーナマグネトロンスパッタ装
置を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はプレーナマグネトロンスパッタ装置とくに、リ
ング状の閉磁場をターゲツト面に沿って回転させる方式
のプレーナマグネトロンスパッタ装置の回転マグネット
構造の改良に関する。

ＩＣなどの半導体装置の大規模、微細構造化にともない
、基板上への各種スパッタ膜の膜厚、膜質（膜組成）、
ステップカバレージなどを高精度に制御することが益々
重要となっており、そのためにターゲットの−様な消耗
、すなわち、ターゲットのスパッタ率の均一化が強く求
められている。

〔従来の技術〕

従来のマグネトロンスパッタ装置は高速膜生成を特徴と
して広（用いられ特性的には膜厚が均一であればは一要
求を満たしていた。その理由は主として単一物質、たと
えば、八！などの例に見られるものであるが、最近は複
合組成、たとえば、Ａ　Ｉ２−５ｉ、　Ａ　１−Ｃｕな
どの金属合金が用いられることが多くなり、それら合金
をターゲットに用いた場合に必然的にスパッタ率の差に
よる組成すれといった膜質の問題がクローズアンプされ
るようになってきた。

これらの問題に対処するために、ターゲット全面を均一
にスパッタして−様な消耗を起こさせるような種々の方
法が試みられている。たとえば、ターゲットの下方に同
心円状の固定マグネ・ントを多重に設けたり、あるいは
、回転マグネ・ントを設けたりする方法が提案されてい
る。

第７図は従来のプレーナマグネトロンスパッタ装置の例
を示す模式図で、ターゲットの下方に回転マグネットを
設は回転するリング状閉磁場によってプラズマを閉し込
め、たとえば、ターゲット金属のスパッタリングを行う
方法の例である。図中、５１はターゲット、５２は金属
からなる）＼・ノキングプレート、５３はインジウム合
金などからなる低融点の半田材、５４はリング状閉磁場
を形成する磁石、５５は絶縁板、５６は金属製チャンバ
、５７は基板支持腕、５８は基板、たとえば、Ｓｉ基板
、５９は防着板、６０は真空バッキング、６１は真空排
気口、６２はガス導入口、６３は電源、６４は接地を示
す。

たとえば、Ａｌ１膜のスパッタに際してはＡｌ２からな
るターゲット５工をバッキングプレート５２上に半田材
５３で固着し、基板支持腕５７に、たとえば、Ｓｉ基板
５８を固定した金属製チャンバ５６を絶縁板５５を介し
てバッキングプレート５２上に被せ、真空排気口６１を
開いてチャンバ内を高真空に排気し、ガス導入口６２を
開いて、たとえば、Ａｒガスを所定量導入してチャンバ
内を、たとえば、１０−２〜１０−’Ｔ。

ｒｒ程度のＡｒガス圧にし、たとえば、直流電源６３に
よりターゲット５１とチャンバ５６間に所定の電圧を印
加してプラズマを発生させ、バッキングプレート５２後
部に配設されたリング状閉磁場を形成する磁石５４をそ
の偏心した場所を中心にして回転させ、ターゲット５１
の上を前記リング状閉磁場に閉じ込められたプラズマで
走査することによって、ターゲット５１材料、たとえば
、Ａｒは急速にス／’？ツタされて基板５８面状に被着
される。

第８図は従来装置の要部を示す図でリング状閉磁場を形
成する同心円形の永久磁石５４を模式的に示したもので
、同図（イ）は平面図、同図（ロ）はＡ−Ａ矢視断面図
である。図中、６５は磁性体からなる回転円盤、６６は
Ｎ極、６７はＳ極、Ｏ２は磁石の中心、０．ｌは回転中
心を示す。

このような磁石５４を用いると、破線で示すターゲット
５１上にはリング状閉磁場ＣＭＦ（点線で示す）が形成
され、プラズマ（ＰＬ）は図示したごとく閉磁場ＣＭＦ
のターゲット５１と平行な磁力線の領域に閉じ込められ
る。そして、磁石５４の偏心回転にともなって上記閉磁
場ＣＭＦ内に閉じ込められたプラズマ（ＰＬ）がターゲ
ット５１上を移動照射し、ターゲット５１面の異なる領
域が順次プラズマ（ＰＬ）に叩かれてスパッタされ基板
５８上に被着してスパッタ膜が形成される。

〔発明が解決しようとした課題〕

しかし、上記に詳細説明した従来例においては、ターゲ
ット上のスパッタ速度が場所によって大きく異なり一様
な消耗、すなわち、平坦な表面が維持できない。

第６図は従来装置におけるターゲットの消耗状態を示す
模式側断面図で、同図（イ）に上記に説明した従来装置
例の場合を示した。すなわち、ターゲット５１面の特定
な領域α、βなどがとくに多量にスパッタされて深く挾
れ、これによってターゲット寿命が大巾に低下し、かつ
、形成されるスパッタ膜の膜厚分布が悪くなる。

これに対して、回転円盤上に多数の磁石を偏心したハー
ト形に配列してターゲットのスパッタ速度の分布を改善
する提案が本発明者らによってなされている（特開昭６
２−６０８６６号）。第６図（ロ）はこの場合のターゲ
ットの消耗状態を模式的に示したもので同図（イ）の場
合に比較して大巾な改善効果が得られているが、一部に
、とくに、中心部に近い部分に図示したごとき突起状の
ヘソ部Ｔが生じ、最近の高精密半導体デバイスの性能に
悪影響を与える場合があるという問題があり、その解決
が求められていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、ターゲット５１の下方に設けられかつ、
ターゲット５１の中心には一一致する回転軸６６を有す
る回転円盤６５上に、ターゲットサイズに比較して小さ
いリング状閉磁場を形成する少なくとも３個の磁石ｌを
それぞれ独立して、かつ、円盤回転時に前記ターゲット
５１の全面が前記リング状閉磁場に閉じ込められたプラ
ズマにより覆われるように配列し、前記回転軸６６を中
心として前記ターゲット５１面に平行に前記回転円盤６
５を回転するように構成したプレーナマグネトロンスパ
ッタ装置によって解決することができる。

〔作用〕

本発明によれば、多数（３個以上）の、たとえば、同心
円形の磁石１を回転円盤６５上に配列し、それぞれ独立
したリング状閉磁場を形成し、そこにそれぞれ独立した
多数のプラズマ（ＰＬ）を発生させ回転円盤６５を回転
させるので、プラズマ（ＰＬ）密度の均一化が図られ、
上記従来例のごときターゲット５１面上に扶れα、βや
ヘソ部γなどが生しにく＼なり、ターゲット５１の消耗
状態が一様になりターゲット寿命の改善はもとより、ス
パッタ膜の膜厚分布、膜組成分布などの均一化が達成さ
れる。

〔実施例］ 第１図は本発明の実施例を示す図である。

図中、１は磁石、たとえば、同心円形に配置された永久
磁石で、６５は回転円盤、たとえば、軟磁性体からなり
ターゲット５１の下方に、かつ、ターゲット５１に平行
に配設され、その中央部にターゲット５１の中心にほゞ
一致する回転軸６６を有している。

なお、前記の諸口面で説明したものと同等の部分につい
ては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は
省略する。

第２図は本発明実施例の要部を示す図で、同図（イ）は
回転円盤とその上に配置された磁石群の平面図、同図（
ロ）は磁石とそこに生じたリング状閉磁場（ＣＭＦ）の
状態を模式的に示したものである。

図中、ｌａ、ｌｂ、ｌｃは３個の異なる大きさの磁石を
示し、いずれもターゲットサイズに比較して小さいリン
グ状閉磁場を形成し、各磁石はそれぞれ独立して、かつ
、円盤回転時に前記ターゲット５１の全面が前記リング
状閉磁場（ＣＭＦ）に閉じ込められたプラズマ（ＰＬ）
により覆われるように配列しである。その配列の仕方は
、たとえば、図示したごとく回転円盤６５の外側から渦
巻き状に中心部に向かって配列すればよい。同図（ロ）
のＮはＮ極、ＳはＳ極を示しリング状閉磁場（ＣＭＦ）
に閉し込められたプラズマ（ＰＬ）の図示は省略しであ
る。

この回転円盤６５を回転軸６６の回りに回転するとリン
グ状閉磁場（ＣＭＦ）に閉じ込められたプラズマ（ＰＬ
）、たとえば、３つのリング状のプラズマ（ＰＬ）はタ
ーゲット５１の表面上をは一一様な密度で回転するので
、全面はヌ゛均一なスパッタ速度でスパッタされるので
ある。

第５図は本発明実施例におけるターゲットの消耗状態を
示す模式側断面図である。前記第６図で説明した従来例
の場合に比較して、極めて平坦であり均一なスパッタ速
度が得られることがわかる。

この結果、ターゲット５１の寿命が大巾に向上すると共
に、基板５８上に形成されるスパッタ膜、たとえば、複
合組成の合金膜の膜厚分布は勿論のこと、その膜組成の
ずれも小さく極めて均一なスパッタ膜が得られる。

なお、上記実施例では磁石Ｉは円形のものを用いたが、
本発明はそれに限定されるものでなく楕円形や角形であ
ってもよく、また、磁石は永久磁石でなく電磁石であっ
てもよいことは言うまでもない。

さらに、磁石１の配列方法も上記の渦巻き形とは限らず
、本発明の趣旨に添うものであれば他の配列法を用いて
もよいことは勿論である。

第３図は本発明の他の実施例の要部を示す図である。図
中、ｌａ’　、　ｌｂ’　、　ｌｃ’は大きさおよび形
状の等しい３個の磁石を示し、いずれもターゲットサイ
ズに比較して小さいリング状閉磁場を形成し、前記実施
例と同様には＼渦巻き状に配置したもので、同一形状、
同一サイズの磁石を用いるので設計製作上容易に本発明
を実施できる利点がある。

第４図は本発明のさらに他の実施例の要部を示す図であ
る。図中、１ａ”＋ｌｂ”、ｌｃ”、ｌｄ”、ｌｅ”、
　ｉｆ”　、　１ｇ”は大きさおよび形状の等しい７個
の磁石を示し、いずれもターゲットサイズは勿論のこと
前記２つの実施例の場合よりもさらに小さいリング状閉
磁場を形成し、回転円盤６５上に渦巻き状に配置したも
のである。本実施例では小さい形状の磁石を多数用いて
いるので設計の自由度が大きく、より均一なスパッタ速
度を得るのに適している。

以上述べた実施例は例を示したもので、本発明の趣旨に
添うものである限り、使用する素材や各部の形状・寸法
などは適宜好ましいもの、あるいは、その組み合わせを
用いてよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明装置によれば多数（３個以
上）の、たとえば、同心円形の磁石１を回転円盤６５上
に配列し、それぞれ独立したリング状閉磁場を形成し、
そこにそれぞれ独立した多数のプラズマを発生させ回転
円盤６５を回転させるので、プラズマ密度の均一化が図
られ、従来例のごときターゲット５１面上に扶れα、β
やヘソ部Ｔなどが生しにく−なり、ターゲット５１の消
耗状態が一様になりターゲット寿命の改善はもとより、
スパッタ膜の膜厚分布、膜組成分布などの均一化が達成
され、したがって、半導体装置など製品の性能・品質・
歩留りの向上に寄与するところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明実施例の要部を示す図、第３図は本発明
の他の実施例の要部を示す図、第４図は本発明のさらに
他の実施例の要部を示す図、 第５図は本発明実施例におけるターゲットの消耗状態を
示す模式側断面図、 第６図は従来装置におけるターゲットの消耗状態を示す
模式側断面図、 第７図は従来のプレーナマグネトロンスパッタ装置の例
を示す模式図、 第８図は従来装置の要部を示す図である。 図において、 １　（ｌａ、　ｌｂ、　ｌｃ、　ｌａ’　、　Ｉｂ’　
、　ｌｃ’　、　ｌａ”、　ｌｂ”＋１ｃ”＋１ｄ”＋
１ｅ”＋１ｆ”、Ｉｇ”）は磁石、 ５１はターゲット、 ５８は基板、 ６５は回転円盤、 ６６は回転軸である。 不発朗芙権ダｌ／ｌｔ死示ず月 好　２　同 第 蜀 暦 （イ） 〔口） イご釆Ｋｌｌ二３う゛）するターリ”゛レトθ消耗１尺
帖を示す榎べ奮Ｉｌｌ剤杓肥 惰　６　ロ 好 目 不ｅ８月／）”Ｓｔ：ＡＹ／）’Ｎ°ｅ合’ｌ／）ｅＱ
示ｆｌ１７４−　口 第 ワ ■ （イ）平汀白反］ （ロ）Ａ−Ａ矢才見−′面Ｅリ ゲ未装置の聯評を示ず記 ′好　ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターゲット（５１）の下方に設けられ、かつ、タ
   ーゲット（５１）の中心にほゞ一致する回転軸（６６）
   を有する回転円盤（６５）上に、ターゲットサイズに比
   較して小さいリング状閉磁場を形成する少なくとも３個
   の磁石（１）をそれぞれ独立して、かつ、円盤回転時に
   前記ターゲット（５１）の全面が前記リング状閉磁場に
   閉じ込められたプラズマにより覆われるように配列し、
   前記回転軸（６６）を中心として前記ターゲット（５１
   ）面に平行に前記回転円盤（６５）を回転することを特
   徴としたプレーナマグネトロンスパッタ装置。
2. （２）前記磁石（１）の大きさが全て同一であることを
   特徴とした請求項（１）記載のプレーナマグネトロンス
   パッタ装置。
3. （３）前記磁石（１）の形状が同心円形であることを特
   徴とした請求項（１）および（２）記載のプレーナマグ
   ネトロンスパッタ装置。