JPH05295535A

JPH05295535A - マグネトロンスパッタ装置

Info

Publication number: JPH05295535A
Application number: JP12996692A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Hara; 正道原; Shigetoshi Hosaka; 重敏保坂; Hiroshi Yamaguchi; 博史山口
Original assignee: Tel Varian Ltd
Current assignee: Tel Varian Ltd
Priority date: 1992-04-22
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】マグネトロンスパッタ装置の磁石ユニットの
磁石体の配列の調整を容易に行うこと。【構成】上面が開口した鉄のケース体７の内壁に、内
外に夫々Ｎ、Ｓ極が着磁された複数の磁石体８を吸着配
列して磁石ユニット６を構成し、この磁石ユニット６を
ターゲット５の裏面側に回転自在に取り付ける。磁石体
８の配列については、磁石ユニット６の回転中心のまわ
りを周方向に沿って４等分し、各分割領域Ｓ１〜Ｓ４に
前記回転中心を中心とする円弧を割り当てる。そしてそ
の円弧の半径を分割領域の並びに対応して順次大きく
し、その弦Ｌ１〜Ｌ４に沿って磁石体８を配列し、各分
割領域Ｓ１〜Ｓ４毎にターゲット５の表面にエロージョ
ンリングが形成されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンスパッタ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンスパッタは、陰極側のター
ゲットの表面付近に、磁界を利用して高密度のプラズマ
を形成し、このプラズマ中のイオンをターゲットに衝突
させて叩き出された粒子を、対向する陽極側の被処理体
上に堆積させる成膜技術であり、被膜の密着性が優れて
いる上、コントロール因子も少ないため、ウエハを大量
処理するのに適しており、例えばＤＲＡＭのビット線を
形成する場合などに適用されている。

【０００３】この方法を利用して半導体を成膜する装置
は、図６に示すように真空チャンバ１内にターゲット１
１及びウエハ支持台１２を対向して配置すると共に、タ
ーゲット１１の表面付近に磁場を形成するように表面側
に磁石ユニット１３をターゲット１１の周方向に回動自
在に設けて構成されており、この装置では真空チャンバ
１内に不活性ガスを導入すると共に、ターゲット１１及
び真空チャンバ１間に電圧Ｅを印加してプラズマを発生
させ、このプラズマのイオンをターゲット１１に衝突さ
せてターゲット１１より叩き出された粒子がウエハＷ表
面に堆積される。

【０００４】ここでターゲット１１の表面全体に均一な
プラズマを形成することは極めて困難であるため、上述
の装置ではプラズマリングを発生させてこれをターゲッ
ト１１の表面に沿って回転させ、当該表面を均一にスパ
ッタするようにしている。そしてプラズマを安定化させ
るためには、プラズマのループが閉じることつまり磁石
ユニット１３により形成される磁界のうち水平方向の磁
界（垂直方向の磁束密度が零）が閉ループを形成するこ
とが必要であり、磁石ユニット１３の磁石体をリング状
に配列している。

【０００５】このような磁石ユニット１３としては例え
ばＵＳＰ4,995,958 号公報に記載されているように、図
７に示す如く複数の磁石体１４をハート形状に沿って配
列すると共に、磁石体１４の外側と内側に磁路部材１５
を設け、ターゲット１１の中心ａを回動中心とするハー
ト型の磁石ユニット１３が知られている。ハート形状
は、ターゲット１１の中心ａに対して周方向に多数分割
し、分割された領域Ａ１、Ａ２に点ａを中心とする円の
円弧を割り当ててその半径を順次大きくし（ただし円弧
は便宜上大きく描いてある）その分割数を無限大にした
ときの円弧の集合を２つに合わせて形成されたものであ
る。こうしてハート型の磁石ユニット１３を用いた場合
には、磁石ユニット１３を１回転させたときにターゲッ
ト１１の径方向においてプラズマリングが均一に接触す
るのでエロージョンが均一になり、ウエハＷに対して均
一な膜付けを行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述のハート
型の磁石ユニット１３の製作段階において、設計したタ
ーゲット１１のエロージョンと現実のマグネトロンスパ
ッタ装置により形成されるエロージョンとが異なること
が多いため、実際のエロージョン及びウエハ上の成膜状
況を見ながら、各磁石体１４の配置を変えて磁石ユニッ
ト１３の形状を手直しするようにしている。一方プラズ
マ中のイオンによりスパッタされたターゲット１１の粒
子は、ターゲット表面から例えば余弦分布形状の角度分
布で放出されるので、半導体ウエハのある点における堆
積粒子は、ターゲット１１の１個所からではなく、広い
領域から放出された粒子の集合である。そしてハート型
の磁石ユニット１３は、先述のようにターゲット１１の
周方向に無限大に分割し、各分割領域にプラズマリング
の半径を割り当ててターゲット１１の表面に均一なエロ
ージョンが形成されるように構成しているので、ターゲ
ット１１の半径方向のエロージョンの分布に対して各磁
石体１４が相互に関連し、このためウエハの面方向の膜
厚分布に対し磁石体１４の各々の責任分担が明確でな
い。従って磁石ユニット１３の製作段階において磁石体
１４の配列位置を微調整する場合、どの磁石体を動かせ
ばよいのかという判断が困難であるし、ある磁石体の位
置の変更に関連して他の磁石体の位置も変えなければな
らず、しかもこうしたことが連鎖するため、磁石体１４
の配列設定作業が非常に頻わしいという問題点があっ
た。

【０００７】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、装置の制作段階やその後の
メンテナンスなどにおいて磁石ユニットの調整が容易な
マグネトロンスパッタ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ター
ゲットの表面に沿って磁界を形成するための複数の磁石
体を、リング状に配列してなる磁石ユニットを備え、こ
の磁石ユニットをターゲットの周方向に回転させて当該
ターゲットの表面に沿ってプラズマリングを回転させる
マグネトロンスパッタ装置において、磁石ユニットの回
転中心のまわりを周方向に複数の領域に分割し、ターゲ
ットの表面に磁石ユニットの分割領域毎にエロージョン
リングが形成されるように、各分割領域に磁石体を配列
したことを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、ターゲットの表面に沿
って磁界を形成するための複数の磁石体を、リング状に
配列してなる磁石ユニットを備え、この磁石ユニットを
ターゲットの周方向に回転させて当該ターゲットの表面
に沿ってプラズマリングを回転させるマグネトロンスパ
ッタ装置において、磁石ユニットの回転中心のまわりを
周方向に複数の領域に分割し、各分割領域に前記回転中
心を中心とする円弧を割り当てると共に、その円弧の半
径を各分割領域の並びに対応して順次大きくし、各円弧
またはその弦に沿って磁石体を配列して、各分割領域毎
にターゲットの表面にエロージョンリングが形成される
ように構成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】磁石ユニットにより形成された磁界によりター
ゲットの表面付近に高密度なプラズマが形成され、この
プラズマは磁石ユニットの磁石体の配列に対応したリン
グ状の形状となる。ここで磁石ユニットの回転中心のま
わりを周方向に沿って複数の領域例えば９０度づつ４つ
の領域に分割し、プラズマリングを回転させたときに各
分割毎にターゲットの表面にエロージョンリングが形成
されるように磁石体を配列しているので、各分割領域毎
に磁石体がエロージョンリングに対して責任分担される
ことになる。従って例えば装置の制作段階において実際
にプラズマを発生させてエロージョンリングの状態を見
ることによりいずれの分割領域について磁石体を動かせ
ばよいか把握でき、磁石体の配列が容易になる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す縦断側面図であ
る。図１中２は真空チャンバであり、この真空チャンバ
２の上部にはマグネトロンカソード３が設けられると共
に、真空チャンバ２の下部には、前記マグネトロンカソ
ード３と対向するよう被処理体としての半導体ウエハＷ
を載置するための載置台４が加熱機構４１の上に配置さ
れている。この加熱機構４１の周囲にはカバー板４２が
設けられている。前記真空チャンバ２には、イオン化ガ
スである例えばアルゴンガスを導入するためのガス導入
管２１及び所定の圧力に減圧するための排気管２２が接
続されている。前記マグネトロンカソード３は、真空
チャンバ２の上面に絶縁リング３０を介して取り付けら
れた有底筒状体３１を備えており、この筒状体３１の下
面には、例えばアルミニウムよりなる円形状のターゲッ
ト５が着脱自在に取り付けられている。このターゲット
の形状としては、周縁下面が内方側に傾斜したものや、
完全に下面が平坦なものを用いることができる。前記筒
状体３１の中空部内は冷却水で満たされており、この中
には後で詳述する磁石ユニット６が筒状体３１の上面を
貫通する回転軸３２を介してモータ３３によりターゲッ
ト５の中心を回転中心として回転するように配置されて
いる。また真空チャンバ２とターゲット５との間には、
ターゲット５側がカソードとなるように図示しない直流
電源が接続されている。

【００１２】前記磁石ユニット６は、図２及び図３に示
すように上面が開口し、底面に回転軸３２の挿入部７１
を備えた鉄よりなるケース体７の内壁に、永久磁石より
なる複数の磁石体８を互に間隔をおいて配列して構成さ
れ、各磁石体８は、内側にＳ極が、外側にＮ極が夫々着
磁されている。各磁石体８は例えば最大エネルギー積が
３５ＭＧＯｅのネオジウム系の磁石が用いられ、ケース
体７の側壁内面に吸着されている。従ってケース体７は
磁路形成部材として機能し、ケース体７の全周に亘って
磁界が形成される。

【００１３】ケース体７の形状、即ち磁石体８の配列形
状について述べると、図３に示すようにターゲット５の
中心と一致する中心部６０を中心とする円６１を９０度
づつ４等分し、これら分割領域Ｓ１〜Ｓ４に夫々前記中
心部６０を中心として円弧Ｒ１〜Ｒ４を描くと共に、こ
れら円弧Ｒ１〜Ｒ４の半径を、分割領域Ｓ１からＳ２、
Ｓ３、Ｓ４に移るに従って順次大きくし、例えば円弧Ｒ
１〜Ｒ４の半径を夫々５０ｍｍ、１００ｍｍ、１３５ｍ
ｍ，１６８ｍｍとし、各円弧Ｒ１〜Ｒ４の弦Ｌ１〜Ｌ４
に沿ってケース体７の側壁を形成する。ただしケース体
７の側壁は、前記弦Ｌ１〜Ｌ４に完全に沿って形成され
ているのではなく、弦Ｌ１に対しては若干外れているが
略沿っており、また弦Ｌ２〜Ｌ４の端部においては、弦
Ｌ２〜Ｌ４に完全に沿うようにすると磁石体８がぶつか
り合ってしまうので、折れ曲がっている。更にケース体
７の前記弦Ｌ４からＬ１に向かう部分では、直線状に向
かわずに、ターゲット５の最外領域のエロージョンをよ
り強くするために分割領域Ｓ１内に膨らむように形成し
ている。

【００１４】次に上述実施例の作用について説明する。
先ず真空チャンバ２内を図示しない真空ポンプにより排
気管２２を介して真空引きした後、ガス導入管２１によ
り真空チャンバ２内に例えばアルゴンガスを所定圧力例
えば５．０ｍＴｏｒｒ程度となるように導入し、ターゲ
ット５側をカソードとして図示しない直流電源によりタ
ーゲット５と真空チャンバ２内に直流電圧を印加してア
ルゴンガスを放電しプラズマを生成する。

【００１５】一方磁石ユニット６の磁石体８のＮ極から
Ｓ極に向かう磁界が形成されるが、これら磁石体８が吸
着されているケース体７の側壁が磁路を形成するため、
ターゲット５の表面側では、図４に示すように磁力線Ｂ
が磁石ユニット６の周縁に沿って並ぶようになる。この
結果プラズマ中の電子が前記磁界によりトラップされて
磁力線の垂直成分が０（Ｂｚ＝０）の部分に沿ってサイ
クロイド運動をし、これにより磁石ユニット６の外形に
対応した即ち磁石体８の配列ラインに対応した形状の高
密度のプラズマリングが形成される。そして前記磁石ユ
ニット６を駆動モータ３３により回転させることによ
り、プラズマリングもターゲット５の周方向に表面をな
ぞりながら回転し、プラズマ中のイオンがターゲット５
の表面に衝突してアルミニウム粒子をスパッタする。こ
うしてスパッタされたアルミニウム粒子は、加熱機構４
１により加熱されたウエハＷの表面に堆積されていく。
なおターゲット５としてはタンタル、モリブデン、タン
グステンなどを用いてもよいし、イオン化ガスとしては
クリプトンのような不活性ガスやＮ_２ガスなどを用いる
こともできる。

【００１６】ここで磁石ユニット６は、先述のよう半径
が順次大きくなる円弧Ｒ１〜Ｒ４の弦Ｌ１〜Ｌ４に沿っ
て磁石体８を配列し、弦Ｌ１〜Ｌ４の間にも磁石体８を
配置して磁力線の並びが閉じるようにしているのでター
ゲット５の全面に亘ってエロージョンが形成されるが、
図５（ａ）、（ｂ）に示すように弦Ｌ１〜Ｌ４に沿って
夫々配列された磁石体８の軌跡に対応した個所が強くス
パッタされ、４重のエロージョンリング５１〜５４が形
成される。なお図５（ｂ）中、Ｔはスパッタされる前の
ターゲットの厚さである。そしてこのような４重のエロ
ージョンリングが形成されてもウエハＷの表面には十分
均一な膜を形成することができるが、この場合には、ウ
エハＷの成膜が不均一であったときに不均一な個所が４
重のエロージョンリングのいずれかに起因しているた
め、前記分割領域Ｓ１〜Ｓ４のうち、該当するエロージ
ョンリングに対応する分割領域内の磁石体８について位
置調整を行えばよい。従ってウエハＷの表面に対応し
て、磁石ユニット６の磁石体８の責任分担を明確にして
いるため、装置の製作段階においてウエハＷ表面の成膜
状態を見ながら磁石体８の位置調整を行うときに責任の
ある磁石体８が特定されるので、つまり分割領域Ｓ１〜
Ｓ４のうちのどの領域に含まれる磁石体８を動かせばよ
いかわかるので、調整作業が容易である。

【００１７】以上において、前記磁石ユニット６はケー
ス体７の側壁を２重構造としてこれら側壁の間に磁石体
８を吸着させて配列してもよく、またターゲット５の表
面に複数のエロージョンリングが形成される配列であれ
ば、上述実施例のように弦Ｌ１〜Ｌ４に沿って配列する
ことに限定されるものではなく、円弧Ｒ１〜Ｒ４やある
いはその他のラインに沿って配列してもよい。

【００１８】更に磁石ユニット６の回転中心６０のまわ
りを分割するにあたっては４等分に限定されるものでは
なく、３等分あるいは５等分以上としてその分割数に対
応する数だけターゲット５の表面にエロージョンリング
を形成するようにしてもよいし、あるいはまた等分割に
限らず例えばある分割領域を他の分割領域より広くして
もよい。

【００１９】そしてまた磁石体８は、内側、外側に夫々
着磁する代りに、上面側及び下面側に夫々Ｎ、Ｓ極の一
方及び他方を着磁するようにしてもよいし、永久磁石の
代りに電磁石を用いてもよい。

【００２０】なお、本発明は、上述のような直流バイア
スをかけるプループ式以外の他の方式のマグネトロンス
パッタにも適用できる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、
磁石ユニットの回転中心のまわりを分割し、ターゲット
の表面に複数のエロージョンリングが形成されるように
各分割領域に磁石体を配列しているため、ターゲットの
エロージョンに対する磁石体の責任分担が明確になり、
従って装置の製作段階などにおいて磁石体の配列を調整
する場合に、エロージョンの状態を見ることによってい
ずれの分割領域の磁石体を動かせばよいかわかるので、
磁石体の配列の調整作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示す縦断側面図で
ある。

【図２】本発明の実施例に係る磁石ユニットを示す斜視
図である。

【図３】本発明の実施例に係る磁石ユニットを示す平面
図である。

【図４】ターゲット表面の磁界を模式的に示す説明図で
ある。

【図５】ターゲット表面のエロージョンリングを示す説
明図である。

【図６】マグネトロンスパッタ装置全体の従来例の概略
を示す縦断側面図である。

【図７】従来の磁石ユニットを示す平面図である。

【符号の説明】

２真空チャンバ３マグネトロンカソード４載置台５ターゲット６磁石ユニット６０磁石ユニットの回転中心７ケース体８磁石体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットの表面に沿って磁界を形成す
るための複数の磁石体を、リング状に配列してなる磁石
ユニットを備え、この磁石ユニットをターゲットの周方
向に回転させて当該ターゲットの表面に沿ってプラズマ
リングを回転させるマグネトロンスパッタ装置におい
て、磁石ユニットの回転中心のまわりを周方向に複数の領域
に分割し、ターゲットの表面に磁石ユニットの分割領域
毎にエロージョンリングが形成されるように、各分割領
域に磁石体を配列したことを特徴とするマグネトロンス
パッタ装置。
【請求項２】ターゲットの表面に沿って磁界を形成す
るための複数の磁石体を、リング状に配列してなる磁石
ユニットを備え、この磁石ユニットをターゲットの周方
向に回転させて当該ターゲットの表面に沿ってプラズマ
リングを回転させるマグネトロンスパッタ装置におい
て、磁石ユニットの回転中心のまわりを周方向に複数の領域
に分割し、各分割領域に前記回転中心を中心とする円弧
を割り当てると共に、その円弧の半径を各分割領域の並
びに対応して順次大きくし、各円弧またはその弦に沿っ
て磁石体を配列して、各分割領域毎にターゲットの表面
にエロージョンリングが形成されるように構成したこと
を特徴とするマグネトロンスパッタ装置。