JPH05163567A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］スパッタ装置においてターゲットの表面付近の
磁界強度分布を任意の勾配で可変調整し、被処理体上の
膜厚を精細に制御できるようにする。 ［構成］マグネット・アッセンブリ４４の上板４４ｃ
は、４組のボルト４６およびナット４８によってドライ
ブリングの支持板４０に着脱可能に取付される。これら
のボルト４６を緩めてそれぞれのナット４８を外すこと
で、支持板４０からテーパ形スペーサ４２とマグネット
・アッセンブリ４４を取外し、テーパ形スペーサ４２を
別のものと交換することができる。テーパ形スペーサ４
２のテーパ角θを変えてターゲット表面に対するマグネ
ット・アッセンブリ４４の傾き角度を調整することによ
り、プラズマリングＲにおける内側部Ｒa と外側部Ｒb
との磁界強度ひいてはプラズマ密度の差を任意の割合お
よび任意の勾配で調節することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ装置に係り、
特にプレーナ型マグネトロンスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングは、陰極側のターゲット
（蒸着材料）の表面にプラズマのイオンを衝突させ、そ
こからはじき飛ばされた粒子を対向する陽極側の被処理
体上に堆積させて膜を形成する成膜技術である。一般の
スパッタ装置では、磁界を利用してターゲット表面付近
に高密度のプラズマを閉じ込め、スパッタ効率を高める
ようにしている。

【０００３】図６に、従来のプレーナ型マグネトロンス
パッタ装置の典型的な構成を示す。ターゲット１００は
その外周面１００ａおよび裏面１００ｂを包まれるよう
にして冷却ジャケット１０２に保持される。冷却ジャケ
ット１０２は、ターゲット１００の熱歪みを少なくする
ためのもので、内部に設けられた水路１０２ａには冷却
水が流される。冷却ジャケット１０２の背後には、プラ
ズマ閉じ込め用の磁界を発生するマグネット・アッセン
ブリ１０４が配設される。

【０００４】このマグネット・アッセンブリ１０４は、
回転駆動軸１０６の下端に結合された支持板１０８に平
板状のスペーサ１１０を介して平行に取付され、ターゲ
ット１００の表面側に向けて曲線Ｇで示すようにほぼ点
対象の磁束を発生する。カソード電極であるターゲット
１００の表面１００ｃの付近には垂直方向に電界Ｅが印
加されており、この電界Ｅとターゲット表面付近の磁界
Ｂとのベクトル積Ｅ×Ｂがループ状に閉じる場所に高密
度のプラズマが閉じ込められ、図７に示すような、いわ
ゆるプラズマリングＲが形成される。

【０００５】マグネット・アッセンブリ１０４が回転駆
動軸１０６を中心として回転移動すると、それに伴って
磁界Ｂが回転移動することにより、プラズマリングＲも
ターゲット１００の表面上で回転移動する。これによ
り、ターゲット１００の表面上で円周方向に均一なスパ
ッタが行われる。ただし、半径方向においては、プラズ
マリングＲの移動方向つまり円周方向に平行な高密度プ
ラズマ部分しかスパッタに有効に寄与しないため、図７
に示すように、ターゲット中心から見てプラズマリング
Ｒの内側部Ｒa および外側部Ｒb にそれぞれ対向した２
つのトラックＴa,Ｔb で実質的なスパッタが行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにしてターゲ
ット１００上の２つの同心円トラックＴa,Ｔb で実質的
なスパッタが行われ、そこから粒子が被処理体に向けて
はじき飛ばされるのであるが、上記した従来のスパッタ
装置では、両トラックＴa,Ｔb から等しいスパッタ量が
得られなかった。つまり、両トラックＴa,Ｔb の径（ま
たは行路長）が違うため、プラズマリングＲが一定速度
で回転しても、プラズマ内側部Ｒa,外側部Ｒb から両ト
ラックＴa,Ｔb に対するプラズマイオンの単位時間当た
りの供給量が異なり、相対的に外側トラックＴb からの
スパッタ量が内側トラックＴa からのスパッタ量よりも
少なくなる。その結果、被処理体たとえば半導体ウエハ
上において、ウエハ中心部付近の膜厚に比してウエハ外
縁部付近の膜厚が薄くなるという不具合が生じた。

【０００７】また、スパッタリング中、ターゲット１０
０の熱膨張によってターゲット外周面１００ａが冷却ジ
ャケット１０２の内周面に強い圧力で圧接するため、そ
の反作用でターゲット１００は冷却ジャケット１０２よ
り半径方向に強い圧力を受ける。ところが、上記従来の
装置では、外側トラックＴb よりも内側トラックＴaの
部分でエロージョン（スパッタによる侵食）が深いた
め、冷却ジャケット１０２からの該圧力によってターゲ
ット１００が内側トラックＴa を支点として折れ曲がる
おそれがあった。

【０００８】かかる問題に対処するため、従来は、内側
トラックＴa と対向するマグネット・アッセンブリ１０
４の表面部分に鉄片等を被せて、その表面部分からター
ゲット１００表面側へ与えられる磁界の強度を弱めるこ
とにより、プラズマリングＲの内側部Ｒa における磁界
強度ひいてはプラズマ密度を相対的に外側部Ｒb におけ
るそれよりも小さくして、結果的に両トラックＴa,Ｔb
から等しいスパッタ量が得られるようにしていた。しか
し、この方式では、プラズマリングＲの内側部Ｒa,外側
部Ｒb におけるそれぞれの磁界強度あるいはプラズマ密
度に任意の差あるいは連続的（勾配的）な差を設けるの
が難しく、精細なスパッタ制御を行うことができなかっ
た。

【０００９】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、ターゲットの表面付近の磁界強度分布を任意の
勾配で可変調整し、被処理体上の膜厚分布を精細に制御
することができるスパッタ装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のスパッタ装置は、ターゲットの表面付近で
高密度のプラズマを閉じ込めるための磁界を与える磁界
発生手段を備えたスパッタ装置において、前記ターゲッ
トの表面に対して前記磁界発生手段の傾きを任意の角度
に調整するための手段を具備する構成とした。

【００１１】

【作用】たとえば、プレーナ型マグネトロンスパッタ装
置のように、高密度プラズマがターゲット表面上を回転
移動してなぞるよう、ターゲットの裏側で磁界発生手段
を回転移動させるような場合には、ターゲットの中心か
ら見て高密度プラズマの外側部における磁界が内側部に
おける磁界よりも相対的に所定量または所定の割合だけ
大きくなるように、磁界発生手段の傾き角度を調整すれ
ばよい。これにより、ターゲットの表面側で、高密度プ
ラズマの外側部におけるプラズマ密度を内側部における
プラズマ密度よりも所定の勾配で所定の割合だけ高くす
ることができる。このように、高密度プラズマの外側部
および内側部におけるプラズマ密度に任意の差を与える
ことにより、それら外側部、内側部と対向するターゲッ
ト表面部におけるスパッタ量の比あるいはエロージョン
の比を可変調整することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して本発明の実施例
を説明する。図１は本発明の一実施例によるプレーナ型
マクネトロンスパッタ装置の構成を示す斜視図、図２は
実施例のスパッタ装置におけるマグネット・アッセンブ
リ内の構成を示す平面図、図３は実施例のスパッタ装置
におけるマグネット・アッセンブリ４４の取付構造を示
す斜視図、図４は実施例のスパッタ装置の要部の構成を
示す部分拡大断面図および図５は実施例のスパッタ装置
で用いる交換可能型の各種テーパ形スペーサを示す斜視
図である。

【００１３】この実施例のマグネトロンスパッタ装置に
おいて、処理容器１０の上面にスパッタガン１２が下向
きに取付され、スパッタガン１２の下方に対向して配設
された加熱機構５０の載置台上に被処理体として、たと
えば半導体ウエハ５２が載置される。加熱機構５０の周
囲の板５４はカバー板である。スパッタガン１２と半導
体ウエハ５２との間にはシャッタ５６が設けられ、この
シャッタ５６はスパッタリング期間中はスパッタガン１
２の前面（スパッタ面）から退避するようになってい
る。５８はシャッタ駆動軸、６０はシャッタ駆動モータ
である。

【００１４】スパッタガン１２は円筒状のケーシング１
４を有する。このケーシング１４の内側下端部にリング
状の絶縁材１６を介して円盤状の冷却ジャケット１８が
固定取付され、この冷却ジャケット１８に皿状のターゲ
ット２０がターゲット表面２０ａを下に向けてネジ２２
により着脱可能に装着される。冷却ジャケット１８内に
は冷却水を通すための水路１８ａが設けられている。冷
却ジャケット１８の下面中央のターゲット取付部には、
ターゲット２０の回転ずれを防止するための一対のピン
１８ｂが設けられている。

【００１５】ケーシング１４の上部には円盤状の絶縁基
板２４がケーシング上端開口を閉塞するようにして取付
され、この絶縁基板２４の中央部の下方に円筒部２６が
冷却ジャケット１８の肉厚中央部の裏側に固定されてい
る。この円筒部２６内に給電棒２８が冷却ジャケット１
８の肉厚中央部の裏面まで通されている。給電棒２８は
８００〜１０００ボルト程度の負電圧電源（図示せず）
に接続されており、その負電圧がカソード電圧として給
電棒２８および冷却ジャケット１８内の導体を介してタ
ーゲット２０に印加される。

【００１６】円筒部２６の外周側には軸受３０を介して
ドライブリング３２が回転可能に取付されている。ドラ
イブリング３２の上部の歯車３４は駆動モータ３６の出
力軸に結合された歯車３８と歯合しており、駆動モータ
３６の回転駆動力によってドライブリング３２が円筒部
２６を中心軸として一定の回転速度たとえば３０ｒｐｍ
で回転するようになっている。ドライブリング３２の下
部の円盤状の支持板４０には、テーパ形スペーサ４２を
介してマグネット・アッセンブリ４４がターゲット２０
の表面に対して斜めに取付されている。

【００１７】処理容器１０には、気体たとえば不活性ガ
スを導入するためのガス供給系１００、および処理容器
１０内を所定の圧力に減圧するための排気系１１０が接
続されている。

【００１８】図２に示すように、マグネット・アッセン
ブリ４４は、磁性体からなるリング状のポールピース４
４ａの内周面にほぼ９０゜間隔で４個の永久磁石片４４
ｂを固着したものである。また、図３および図４に示す
ように、マグネット・アッセンブリ４４の上板４４ｃ
は、４組のボルト４６およびナット４８によってドライ
ブリング３２の支持板４０に着脱可能に取付されてい
る。マグネット・アッセンブリ４４の上板４４ｃ、テー
パ形スペーサ４２および支持板４０には、これらのボル
ト４６を通すための４つの孔が形成されている。

【００１９】これらのボルト４６を緩めてそれぞれのナ
ット４８を外すことで、支持板４０からテーパ形スペー
サ４２とマグネット・アッセンブリ４４を取外し、テー
パ形スペーサ４２を別のものと交換できるようになって
いる。図５に示すように、テーパ角θ，θ’…の異なる
テーパ形スペーサ４２，４２’…を多数枚用意し、それ
らのスペーサを選択的に交換することで、マグネット・
アッセンブリ４４の傾き角度を任意の大きさに調整する
ことができる。

【００２０】図４に示すように、この実施例では、ター
ゲット２０の中心から見てマグネット・アッセンブリ４
４の外側部をターゲット２０側に近付け、マグネット・
アッセンブリ４４の内側部をターゲット２０側から遠ざ
けるように、マグネット・アッセンブリ４４をターゲッ
ト表面に対してたとえば１〜２゜だけ傾ける。

【００２１】マグネット・アッセンブリ４４より曲線Ｇ
で示すようなほぼ点対象の磁束が出ることにより、ター
ゲット２０の表面側にプラズマ閉じ込め用の磁界Ｂが与
えられる。ターゲット表面２０ａには垂直方向に電界Ｅ
が印加されているので、この電界Ｅとターゲット表面付
近の磁界Ｂとのベクトル積Ｅ×Ｂがループ状に閉じる場
所に高密度のプラズマが閉じ込められ、図７に示すもの
と同様なプラズマリングＲが形成される。

【００２２】マグネット・アッセンブリ４４がドライブ
リング３２と一体に回転移動するとそれに伴って磁界Ｂ
が回転移動することにより、プラズマリングＲもターゲ
ット表面２０ａ上で回転移動する。これにより、ターゲ
ット表面２０ａ上で円周方向に均一なスパッタが行われ
る。そして、半径方向においては、プラズマリングＲの
移動方向つまり円周方向に平行な高密度プラズマ部分し
かスパッタに有効に寄与しないため、図７に示すものと
同様に、ターゲット中心から見てプラズマリングＲの内
側部Ｒa および外側部Ｒb にそれぞれ対向した２つのト
ラックＴa,Ｔbで実質的なスパッタが行われる。

【００２３】本実施例では、マグネット・アッセンブリ
４４を上記のように傾けることにより、ターゲット２０
の表面側で、プラズマリングＲの内側部Ｒa における磁
界強度ひいてはプラズマ密度を相対的に小さくする一
方、外側部Ｒb における磁界強度ひいてはプラズマ密度
を相対的に大きくすることができる。しかも、テーパ形
スペーサ４２のテーパ角θを変えてマグネット・アッセ
ンブリ４４の傾き角度を調整することで、内側部Ｒa と
外側部Ｒb との磁界強度ひいてはプラズマ密度の差を任
意の割合および任意の勾配で調節することができる。し
たがって、両トラックＴa,Ｔb の径または行路長の差を
正確に補償して、両トラックＴa,Ｔb のスパッタ量を正
確に等しくすることができる。あるいは、あえて外側ト
ラックＴbのスパッタ量を内側トラックＴa のそれより
も所望の割合だけ多くすることも高い精度で行うことが
できる。このようにして、被処理体（半導体ウエハ）５
２上の膜厚を精細に制御することができる。

【００２４】また、両トラックＴa,Ｔb のエロージョン
（スパッタ侵食）を同程度にすることができるので、ス
パッタリング中にターゲット２０の熱膨張に対する反作
用として冷却ジャケット１８より半径方向の押圧力がタ
ーゲット２０に加わっても、その押圧力が内側トラック
Ｔa に集中するおそれがなく、したがって内側トラック
Ｔa を支点としてターゲット２０が折れ曲がるようなお
それがない。

【００２５】なお、プラズマ閉じ込め用磁界発生手段と
してのマグネット・アッセンブリは上記実施例における
ようなものに限らず、種々の形態が可能であり、傾きの
向きも任意に選択することが可能である。また、永久磁
石に代えて電磁石を用いて構成してもよく、マグネット
・アッセンブリを複数個備えるものであってもよい。ま
た、テーパ形スペーサの板厚を変えることでターゲット
表面上の磁界強度を調整したり、ボルト以外の取付手段
を用いること等も可能である。また、上述した実施例は
プレーナ型マグネトロンスパッタ装置に係るものであっ
たが、本発明はターゲットの表面付近にプラズマを閉じ
込めるための磁界発生手段を有する任意のスパッタ装置
に適用可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスパッタ
装置によれば、ターゲットの表面付近に高密度のプラズ
マを閉じ込めるための磁界を発生する磁界発生手段をタ
ーゲット表面に対して任意の角度に傾けることにより、
高密度プラズマ内における磁界の強度ひいてはプラズマ
密度分布を任意の勾配で可変調整し、ターゲット表面上
の各部におけるスパッタ量の比あるいはエロージョンの
比を可変調整することができる。したがって、被処理体
上の膜厚を精細に制御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるプレーナ型マグネトロ
ンスパッタ装置の構成を示す縦断面図である。

【図２】実施例のスパッタ装置におけるプラズマ閉じ込
め用磁界発生手段としてのマグネット・アッセンブリ内
の構成を示す平面図である。

【図３】実施例のスパッタ装置におけるマグネット・ア
ッセンブリの取付構造を示す斜視図である。

【図４】実施例のスパッタ装置の要部の構成を示す部分
拡大断面図である。

【図５】実施例のスパッタ装置において用いられる交換
可能型のテーパ形スペーサを示す斜視図である。

【図６】従来の典型的なプレーナ型マグネトロンスパッ
タ装置の構成を示す縦断面図である。

【図７】プレーナ型マグネトロンスパッタ装置において
ターゲット表面上に形成されるプラズマリングおよびス
パッタトラックの様子を示す平面図である。

【符号の説明】

１２ スパッタガン １８ 冷却ジャケット ２０ ターゲット ３２ ドライブリング ４０ 支持板 ４２ テーパ形スペーサ ４４ マグネット・アッセンブリ ４６ ボルト ４８ ナット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットの表面付近で高密度のプラズ
   マを閉じ込めるための磁界を与える磁界発生手段を備え
   たスパッタ装置において、 前記ターゲットの表面に対して前記磁界発生手段の傾き
   を任意の角度に調整するための手段を具備してなること
   を特徴とするスパッタ装置。