JPH06104899B2 - マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば半導体デバイスの製造の際の基板表
面への薄膜形成等に薄膜形成等に利用されるマグネトロ
ンスパッタリング装置に関する。

（従来の技術） 従来、マグネトロンスパッタリング装置は、構造的にシ
ンプルであり、かつ生産性、再現性も良いことから、広
く用いられている。

特に半導体デバイスの製造用としては、 （１） 成膜速度を大きくとることができると共に、不
純物ガスの影響を低く抑えることができる。この結果、
良質な薄膜の形成が可能である。

（２） 形成する薄膜の基板内における管理が可能で、
基板内の薄膜のプロファイルが基板間で同一にできる。

などの長所がある枚葉処理型のマグネトロンスパッタリ
ング装置が使用されるに至っている。

第８図および第９図は現在、半導体デバイスの製造に使
用されているマグネトロンスパッタリング装置の一例を
表わしたもので、薄膜が形成される基板51に対して平板
型のターゲット（薄膜を形成する材料）52が平行に対向
してあると共に、平板型ターゲット52の裏面に磁場手段
53が回転自在に設置してある。前記磁場手段53は中心磁
極54と、該中心磁極54の外周に配置された環状磁極55を
ヨーク56で結合して構成されており、スパッタリングを
行う際には、この磁場手段53を矢示57のように回転する
ように構成されている。

前記の従来のマグネトロンスパッタリング装置は、中心
磁極54が平面長方形の板体で構成されて、磁場手段53の
回転中心から一側に偏倚して配置してある点および環状
磁極55内側に補助磁極（フェライトを含浸させたゴム状
シートを複数枚重合して構成されており、重合枚数や各
シートの磁界方向等を変更できるようにしてある）58を
設置してある点に構造上の特徴があり、スパッタリング
によって形成される平板型ターゲット52の表面のエロー
ジョン部（ターゲット材料が消耗する部分）が第８図に
点線で示したように59、60、61の三重の同心円状にな
り、ターゲットの利用率を約58％とできるものであっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 前記の装置はターゲットの利用率を向上し、かつ基板上
におけるステップカバレージや膜厚分布の点でもかなり
の改良が得られたものであったが、基板に付着するパー
ティクルの点で未だ改良の余地のあるものだった。

即ち前記従来の装置では、平板型ターゲット52の全面が
十分にスパッタされ難く、スパッタのされることが少な
い中心部分に塵埃が付着或は堆積し易い為、これが基板
側へ飛散して、基板上に形成した薄膜に対して欠陥を与
える原因となっていた。

この発明は、このような問題を解決し、ターゲットの全
面が十分にスパッタでき、塵埃（パーティクル）の付着
或いは堆積が少ないマグネトロンスパッタリング装置を
提供することを目的としている。

（課題を解決する為の手段） この発明は、ターゲットの中心部分の磁場強度を強化し
て、中心部分も十分にスパッタされるようにしたもので
ある。

即ちこの発明のマグネトロンスパッタリング装置は、 円盤状ターゲットと、 円盤状ターゲットの裏面に配置された、中心磁極とその
外周に配置した環状磁極をヨークで結合してなる磁場手
段と、 磁場手段を回転する為の手段とを備えてなるマグネトロ
ンスパッタリング装置において、 前記中心磁極を磁場手段の回転中心より一側に偏倚させ
て設置してあり、 中心磁極の、前記偏倚方向と反対側に、中心磁極と同一
極性とした第１補助磁極が設置してあり、 前記環状磁極の外周面で、前記中心磁極が近接する周面
に、環状磁極と同一極性とした第２補助磁極がヨークに
接することなく設置してあり、 前記環状磁極の内周面で、前記中心磁極の偏倚方向と直
交する方向で対向する周面に、環状磁極と同一極性とし
た、２つの第３補助磁極が設置してあり、 前記環状磁極の内周面で、前記第１補助磁極と対向する
周面に、環状磁極と同一極性とした第４補助磁極が設置
してあり、 更に、前記第４補助磁極の内側縁部に環状磁極と同一極
性とした第５補助磁極が設置してあり、 これらの補助磁極によって、磁場手段を回転させた時
の、前記円盤状ターゲットの表面側中心部分の磁場が強
化されて、スパッタリングによって円盤状ターゲットの
表面に形成されるエロージョン領域が円盤状ターゲット
の中心部分にも形成される構成としたことを特徴として
いる。

（作用） この発明のマグネトロンスパッタリング装置において
は、円盤状ターゲットの中心部分の磁場を強化した結
果、スパッタリングの際にターゲットと基板の間に形成
されるプラズマをターゲットの中心部分にとじ込め、該
部のプラズマ濃度を濃くできる。この為、円盤状ターゲ
ットの中心部分のスパッタも良く行なわれ、ターゲット
の全面が十分にスパッタされて、塵埃の付着や堆積を防
ぎ、基板に付着するパーティクルを低減することができ
る。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。

基板１、円盤状ターゲット２、磁場手段３の配置は従来
の装置と同様であって、基板１と円盤状ターゲット２が
平行に対向させてあると共に、磁場手段３が円盤状ター
ゲット２の裏面側に設置され、中心軸線４の回りで回転
自在としてある。

磁場手段３は、Ｓ極である中心磁極５と、その外周に配
置した、Ｎ極である環状磁極６をヨーク７で結合した基
本的構造を有しているが、前記中心磁極５は、従来の装
置では第２図中に鎖線5aで示した位置としてあったのに
対して、この実施例では外方へ更に15mm程度偏倚させて
ある。そして更に、この中心磁極５の内側（中心軸線
側）に半円柱状の第１補助磁極８が添設してある。

一方、前記環状磁極６に対しては、外周面一側に板状の
第２補助磁極９（Ｎ極）がヨーク７に接することなく添
設してあると共に、内周面には２つの板状の第３補助磁
極10a、10b（Ｎ極）が互いに対向して添設してある。ま
た、前記第１補助磁極８と対向する環状磁極６の内周面
には、板状の第４補助磁極（従来装置の補助磁極58と同
様のもの）11（Ｎ極）が設置され、かつ該第４補助磁極
11の内側縁上に別の第５補助磁極12が設置してある。

前記第１補助磁極８は第３図に示したように、磁場手段
３の回転中心15から外れた位置となるように、板状の第
１補助磁極8aとすることもできる。

上記の実施例によれば、円盤状ターゲット２の表面上の
垂直磁場分布を第５図のようにすることができる（第１
図において中心軸線４から上方に向って測定したもので
ある）。この磁場分布から言えることは、第６図に示し
た従来装置の磁場分布に比べて、円盤状ターゲット２の
中心部分の磁場が強くなっており、かつその範囲が広く
なっていることである。中心磁極５の偏倚と補助磁極８
の設置の為である。

この中心部分の磁場の強化は、スパッタリングの際の基
板１と円盤状ターゲット２の間に発生するプラズマをと
じこめる作用を強化することとなり、円盤状ターゲット
２の中心部分も十分スパッタできるようになる。

実際のスパッタリングにおいては、前記磁場手段３は所
定の速度で回転する為、スパッタリング空間に形成され
る磁場は磁場手段の回転に従って変化を繰り返し、第１
図および第４図に点線で示したようなエロージョンが円
盤状ターゲット２に形成された。円盤状ターゲット２の
中心部分にもエロージョン領域が及んでいる。最も深い
エロージョン部13、14は２重の同心円状であって、内側
のエロージョン部13は円盤状ターゲット２の半径を基準
とした場合、中心から半径の0.23倍、外側のエロージョ
ン部は0.76倍であり、また、ターゲットの利用率は48％
であった。ここで、外側のエロージョン部14が発生する
のは、第３補助磁極10a、10bの配置によるものと考えら
れる。また同様に内側のエロージョン部13が発生するの
は、第１、第２および第５補助磁極８、９、12の配置に
よるものと考えられる。尚、円盤状ターゲット２の径ｂ
は基板１の径ｃの２倍、基板１と円盤状ターゲット２の
距離ａは前記ｂの1/4と設定した。

第７図は実施例の装置において、前記第１乃至第５補助
磁極８、９、10a、10b、11、12を変化させて、円盤状タ
ーゲット２の中心の非エロージョン領域（スパッタされ
ない領域）径を変化させた時の、非エロージョン領域径
と円盤状ターゲット２上のパーティクルの数の関係を示
したものである。

この結果から、非エロージョン領域が小さくなるに従っ
てパーティクルの数は激減し、特に実施例のように、タ
ーゲットの全面がエロージョンされるようにした場合に
は、パーティクルの数は０とできることを確認した。

（発明の効果） 以上に説明したように、この発明のマグネトロンスパッ
タリング装置によれば、円盤状ターゲットの表面におけ
る中心部分の磁場を強化して、円盤状ターゲットの中心
部分にもエロージョン領域が形成されるようにしたの
で、ターゲット上に付着又は堆積するパーティクルを無
くすることができ、この結果、ピンホールなどの欠陥の
ない薄膜をスパッタリングにより形成できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の要部縦断端面図、第２図は
同じく実施例の磁場手段の正面図、第３図は他の補助磁
極を用いた実施例の、磁場手段の正面図、第４図は同じ
く実施例の要部横断端面図、第５図は同じく実施例のタ
ーゲット上の磁場分布の図、第６図は従来装置のターゲ
ット上の磁場分布の図、第７図はこの発明の実施例の非
エロージョン領域とパーティクルの増加数の関係のグラ
フ、第８図は従来装置の要部縦断端面図、第９図は同じ
く従来装置の磁場手段の正面図である。 １……基板、２……円盤状ターゲット、３……磁場手段 ５……中心磁極、６……環状磁極、７……ヨーク ８……第１補助磁極、９……第２補助磁極、10a、10b…
…第３補助磁極 11……第４補助磁極、12……第５補助磁極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 信行 東京都府中市四谷５―８―１ 日電アネル バ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−268867（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−72121（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円盤状ターゲット（２）と、 円盤状ターゲット（２）の裏面に配置された、中心磁極
   （５）とその外周に配置した環状磁極（６）をヨーク
   （７）で結合してなる磁場手段（３）と、 磁場手段（３）を回転する為の手段とを備えてなるマグ
   ネトロンスパッタリング装置において、 前記中心磁極（５）を磁場手段（３）の回転中心より一
   側に偏倚させて設置してあり、 中心磁極（５）の、前記偏倚方向と反対側に、中心磁極
   （５）と同一極性とした第１補助磁極（８）が設置して
   あり、 前記環状磁極（６）の外周面で、前記中心磁極（５）が
   接近する周面に、環状磁極（６）と同一極性とした第２
   補助磁極（９）がヨーク（７）に接することなく設置し
   てあり、 前記環状磁極（６）の内周面で、前記中心磁極の偏倚方
   向と直交する方向で対向する周面に、環状磁極（６）と
   同一極性とした、２つの第３補助磁極（10a,10b）が設
   置してあり、 前記環状磁極（６）の内周面で、前記第１補助磁極
   （８）と対向する周面に、環状磁極（６）と同一極性と
   した第４補助磁極（11）が設置してあり、 更に、前記第４補助磁極（11）の内側縁部に環状磁極
   （６）と同一極性とした第５補助磁極（12）が設置して
   あり、 これらの補助磁極によって、磁場手段（３）を回転させ
   た時の、前記円盤状ターゲット（２）の表面側中心部分
   の磁場が強化されて、スパッタリングによって円盤状タ
   ーゲット（２）の表面に形成されるエロージョン領域が
   円盤状ターゲット（２）の中心部分にも形成される構成
   としたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装
   置。
2. 【請求項２】中心磁極（５）に設けた第１補助磁極
   （８）は、磁場手段（３）の回転中心からはずれた位置
   に設置してある特許請求の範囲第１項記載のマグネトロ
   ンスパッタリング装置。
3. 【請求項３】中心磁極（５）はＳ極とし、環状磁極
   （６）はＮ極とした特許請求の範囲第１項記載のマグネ
   トロンスパッタリング装置。
4. 【請求項４】第１乃至第５補助磁極（８、９、10a、10
   b、11、12）は板状磁石で構成されている特許請求の範
   囲第１項記載のマグネトロンスパッタリング装置。