JPH06510334A - 特定のターゲット浸食プロファイルに対する幾何形状を有する磁石配列をもつスパッタリング源 - 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】 特定のターグツｌ−浸食プロファイルに対する幾何形状を有する磁石配列をもつ スパッタリング装置発明の分野 本発明はスパッタリング装置に関し、特にほぼハート形の、ｍループとなった回 転可能な磁石配列を使用する磁石スパッタリング装置に関する。

発明の背景 スパッタリングによる物理的蒸着は、半導体集積回路デバイスの製造において広 く適用される周知の処理方法である。半導体デバイスの製造において５非雷に多 くの集積回路デバイスが、薄く、はぼ円形の半導体基板であるウェーハ上に形成 される。集積回路デバイスの製造は多くの処理工程を含み、典型的にはスパッタ リングにより金属化層が形成され、デバイス層の間が接続される。

−ａ的に、スパッタされたアルミニウムはこれらの目的のために使用される材料 である。近代的な処理においてもまた。スパッタされたタングステン、ケイ化タ ングステン、チタニウム、窒化チタニウム、その他の膜が広く使用されている。

マダイ・トロンスパッタリング源が高スパッタリング比を達成でき、ダイオード スパッタリングまたは蒸着技術に基づいて薄膜を形成する装置に顕著な改良をも たらした。マグネトロンスパッタリング源は集積回路の製造中、半導体ウェーハ をコー１−するために、半導体処理工場で当然に使用されている。

マグネトロンスパッタリングにおいて、プラズマが、適当な電圧の適用により低 圧不活性ガス内に形成される。

プラズマはスパッタターゲットの近傍で限定される。そのターゲラ１−はスパッ タ材料で作られ、通常装置のカソードとしてＶＡｔｎＡするものである。スパッ タターゲットを通るループとなる磁力線を典型的にもつ磁場がプラズマ内の電子 の軌道を限定する。これによりプラズマが強化され、限定される。プラズマ内の イオンがスパッタターゲットに衝突し、ターゲット材料が飛び出し、基板の上に 付着する。

近年、ウェーハの大きさが連続して増加し、工場では直径８インチの使用が一般 的になっている。大きなつ工−ハは一つの基板の上で多くの集積回路を形成する ことを可能にする。しかし、大きなウェーハはスパッタリング装置に多くの条件 を課す、たとえば、半導体処理に使用するスパッタリング装置の一つの条件は、 全ウェーハ表面全体にわったって一様な厚さの層を付着することである。（以下 、一様性という用語は、特段のことがない限り、付着層の厚さに関して使用され る。）一様性の欠如はデバイスの生産（操作仕様を満たすデバイスのパーセンテ ージ）の低下および／または装置の特性の変化の低下をもたらす、大きなウェー １１は必要な一様性のレベルの達成を困難にする。同様に、集積口ν＆のデノ（ イスの幾何形状をより小さくする傾向が、達成１−べきスノ（・ｙり膜の一様性 のレベルをより高くする。

他のスパッタ膜の特性もまた、集積口ＩＩ）の製造（二お（溝て非常に重要とな る。たとえば、上記したよう（こ、スノ（・ｙりされた伝導性材↑１はデバイス 層間の結線を形成するためにしばしば使用される。結線の形成はウェー７１の表 面で、バイアスといわれている小径の穴を一様（こ満た１゛ことに関連する。集 積回路デノくイスの幾同形状力（縮／ｊ−したので、バイアスをスバ・ツタ材料 で満たすことの困難性力で非常に増加した。ステンプカバレージ、また（よ角の ある所に順応してスパッタ膜の形成もまた他の重要な膜特性である。

スパッタリング装置の一様性およびステ・ツブカッくレージを改良する初期のア プローチは２つの同ＩＣ・ターノ・ｙ１〜からスパッタを行うことである。この アプローチの例として米国特許第４．６０６．１１０６号を参照、こび］特許（ よ商標ＣＣ０ｎ１ｌａ　ＩＩとして本出願人により販売されてν）るスノ（・／ タリング源を開示する。　ＣｏｎＭａｇ　ＩＩスノ（・フタ１ノング源において 、スバツタターゲ・７１・のそれぞれはユニークな形状を６つとともにそれぞれ の電源を有し、その電源１よ各ターゲットとは別に、スバ・フタリング率で個別 （こル制御１゛ることができる。

多くの市販されたスパッタリング源は平坦なスノ（・ツタターゲットを使用する 。固定ターゲットを使用する平坦なマグネトロンスパッタリングデバイスの設計 は実際上の欠点をもつ、最も問題となる欠点は、プラズマ放電が局所化され、最 も強い＆１場のあるところでターゲットを浸食し、細い清を作る。この局所化さ れた浸食はターゲットからスパッタ原子の非一様な分布を形成し、半導体ウェー ハ上に非一様な厚さの膜を形成する。スパッタターゲラ１〜の非一様な浸食は不 十分なターゲットの使用をもならず、半導体製造において使用するスパッタター ゲットのコストは高く、スパッタ膜の一様性、その他必要なスパッタ膜の特性と 矛盾することなく、ターゲットを高度の使用することが重要である。

その試みの多くは（そのいくつかは成功している）、平坦なマグネトロン源を変 形し、ターゲットの浸食を伸ばし、スパッタ原子の分布をより一様することであ った。

伸長した磁場を使用してよりおおきな表面領域にわたって浸食を拡散するという 試みがあった。このような試みに必要な磁石は大きく、複雑であり、マグネトロ ンの特性が、確実にターゲラ１〜の漫Ａの際に変化しないようにすることは困難 である。結果として生じた浸食のパターンを予測することは困難である。

参照文献である、米国特許第４，４４４，６４３号は機槍的に回転する環状の永 久磁石組立体を含むスパッタリング装置を開示する。永久磁石組立体の回転はタ ーゲットの広い領域にわたって浸食を生じさせる。’６４３号特許に開示するス パッタリング源は商ｔＩＶｅｒｓａＭａｇの下で本出願人により販売されている 。この源はターゲットの表面全体にわたってプラズマを移動させるための、ター ゲットの後ろに取りけけである回転磁石に依存する。プラズマの回転は、一様性 およびステップカバレージを改良すること、並びにターゲットがより効率的に使 用できるようにターゲラ］・の浸食の一様性を改良することを目的として導入さ れた。

ＶｅｒｓａＭａｇスパッタリング源は、固定磁石を採用する平坦なマグネ１−ロ ン源全体にわたって非常に改良されているけれどら、−４１なスパッタ展を作る ことも、一様なターゲットの利用も行わない、そこで、平坦なターゲットの使用 のために回転する磁石の設計に努力が払われた。〈“平坦なターゲラｌ−”とい う用語は、本明細書を通して、浸Ａされる前のスパッタターゲット源を意味する 。当業者であれば、ターゲラ１−が浸食後、もはや平坦な面となっていないこと は分かるであろう、）平坦なマグネトロンスパッタリング源を使用した回転磁石 の設計についてなされる改良の方向性は、閉ループを形成し、はぼハート形の磁 石形状を使用することである。このような磁石の形状は典型的には、ハート形で 閉鎖ループを形成する線にそって中心をもつ磁石の配列を採用する。

このような装置の一つはスズキ等らによる、１９８９年１０月ｌＯ日発行の、“ 平坦なマグネトロンスパッタリング装置およびその磁気源”と題する米国特許第 ４゜８７２．９６４号に説明されている。スズキ等は“６４３号特許に説明され たタイプのスパッタリング源の決定を指摘し、より一様なターゲットの浸食を形 成するといわれるハート形回転磁石の配列を説明する。しかし、スズキ等の特許 は状態の数学を過度に単純化しており、したがって、本当に一様なターゲットの 浸食を得る方法を完全に示していない、この欠点を認識したうえで、スズキ等は 、“スパッタリング装置の試験操行のあとに、より一様な浸食を得るために”、 数学的な分析に従って並べられた後に、ターゲラ１−の配列を調節する必要があ ることを説明している（第５１Ｉｌ、第２７−２８行）、残念ならが、スズキ等 は、必要な調節を行ういがなる方法論も示していない、スズキ等の教示はターゲ ットの一様な浸食を得る方法に向けられている。一様なターゲット浸食も重要で あるが、一様性のようなスパッタ展の特性は集積回路の製造により重要なものと なっている。以下で説明する多くの例のように、非一様なターゲットの浸食パタ ーンがスパッタ股の非一様性を改良する。

ハート形磁石配列を有する曲のスパッタリング源が、“スパッタリング装置”と 題する特開昭６２−２１１゜３７８号（１９８７年９月１７日公開）に説明され ている。この出願は、式ｒ＝１−ａ＋２ａｌθ１／π（−π≦θ≦πに対し）に より定義される曲線を有するハート形の閉ループとなった磁石の使用を説明して いる。ここでスパッタターゲットの中心は極座標の原点に位置し、ｒは原点と、 磁石の中心線を画成する曲線上の点との距離であり、ｌはハートの中心とカスプ との間の距離であり、ａはハート形磁石の中心とターゲットの中心との間の距離 である０発明者はこの式のいかなる導き方も示しておらず、゛６４３号特許の環 状磁石と°７６４号特許のバーｌ−形の磁石との妥ＩＩｊ物のように見える。’ ３７５号出願に議論されているように、所定の曲線をもつ磁石は一様な浸食を形 成しないであろう、さらに、°３７５号出願は任意に選択された浸食プロファイ ルを得る方法を教示していない。

アンダーンン等による、１９９１年２月２６日発行の、“特定のターグツｌ−浸 食プロファイルに対する規阿形状をもつ回転磁石の配列を有するスパッタリング 装置”と題する米国特許第４．９９５，９５８号（本出願人に譲渡されている） もまた、平坦なマグネトロンスパッタリング源に使用する、池のほぼハート形を もつ閏ループとなった磁石の配列を説明する。アンダーソン等の特許（参照文献 としてここに組み入れる）は、所定の浸食プロファイルを実現し、これによりた とえば効率の高いターゲット付Ｕの使用および高い付着率を達成するために、閉 ループ状の回転磁石をどのように構成するかを示す厳格な数学的分析を含んでい る。’９５８号特許の発明がＶｅｒｓａＨａｇ　（商凛）スパッタリング源に容 易に使用できるようになっていることに留意すべきである。

この外に、゛９５８号特許は、前記したスズキ等の特許の欠点、゛３７５号出願 の教示、各文献が平坦なスパッタターゲットの一様な浸食をどのように得るかを 教示していないことを説明している。殊に、′９５８号特許の図１２Ａ−１２Ｅ および関連文献は、ハート形の磁石の形状に１かに変化を加えることで、結果的 にスパッタターゲットの浸食パータンが著しく異なることを示す。

（このことはまた°３７５号出願にも示されているようにみえる。）ハート形の 磁石の形状の温かな変化が結果としてターゲットの浸食プロファイルに大きな変 化を肩すことが示されたことか、経験的にその形状を最適にすることが非常に困 難となった。したがって、アンダーソン等の数学的分析は、バー１〜形の、閉ル ープとなった磁石を実際上使用できることの重要な教示となる。′９５８号特許 に説明されたタイプの閉ループ状の磁石形状が容易に調節可能であるという付加 的な長所を有する。その結果、磁石の配列の形、したがって、スパッタリング源 の特性は非常な困難もなく、あるいは高価となることなく変え得る。この特許に 説明されているように、複数の磁石は２つの鉄製のキーパ−１または磁極片によ り所定の位置に保持されている。この磁極片はｍルーズの形を画成する。異なる 閉ループ形状を形成するために、鉄製のキーパの再配置および／または調節は比 較的簡単なことである。このようにして、異なる目的のために一つのスパッタリ ング源を使用すること、または変化を必要とするスパッタリング源を調節するこ とができる。

°９５８９５８号特許−プとなった回転磁石の主要な目的は、（通常、スパッタ ターゲットは非常に高僅であるので）ターゲットの使用をより効率的にすること 、および（より高い装置生産高の要求のため）高付着率を達成することである。

上述したように、スパッタ膜をより一様にする要求は、効率的なターゲットの使 用および（′ｒ着率に対する要求よりまさる。そこで、アンダーソン等の特許は 、任意のターゲット浸食プロファイルを得る基礎を提供する。しかし、アンダー ソン等がスパッタ膜の一様性または他のスパッタ膜の特性を最大にするための条 件の下でどのようなプロファイルを使用するかを決定するかということについて 、いかなる教示ら提供していないことに留意すべきである。

ここで説明したように、アンダーソン等により示された数学的分析はバーｌ−状 の配列の２つの領域、すなわち、ハートの“ティップ“近傍の領域（ここは、以 下回転軸から最も離れたループのほぼ凸状部分を意味するものとする）、および バー１−の１カスブ近鋳の領１１Ａ（ここは、以下回転軸に最ら近いほぼ凹状部 分で、ハートの二つの葉の形をした部分の間に位置する）には適用できない。

アンダーソン等の教示がバー１−のカスプの領域に適用できない結果、示された 設計は使用していないターゲットの輪郭が残され、スパッタターゲットの縁の最 適な利用が最大にされることはなかった。さらに、°９５８号特許は、ターゲッ トがループにそった総ての点で一様な強さをもつこと、すなわちスパッタリング の強度が総ての点で同じであるという仮定に基づいている。言い換えると、磁石 の単位長さ当たりのスパッタ材料の全量が一定であるということである。この仮 定が正しくないことが測定された。

アンダーソン等、および°３７５号出願により示されたハート形のデザインがバ ー１へのティップ、カスプ、および軸を通る線に関して対称であることに留意す べきである。アンダーソン等のデザインの対称性は、ハート形の磁石の形成の方 法が１８０°にわたって（すなわち、極座標系の半分にわたって）螺旋のような 形を形成することにより、そして鏡像にして残りの１８０°にわたってループを 閏鎖するようにしたものであるということによる。しかし、ここで用いるハート 形という用語は、二つの正確に対称な葉状の部分があることが要求されるもので はない、以下で説明するように、非対称はハート形の磁石が必要となる場合もあ る。同様に、ここで使用するハート形という用語は、ハートが顕著な“ティップ ”をもつことが要求されものではない０回転軸から最ら遠く、カスプとほぼ向か い合う領域が円弧を形成する設計を使用する利点があることが認められた。ここ で用いる“ハート”という用語は、二つの円い突出部の間にカスプ状の移行部分 があることを意味する。カスプ状の移行部分はデザインし易いように滑らかなも のとなっている。

最後に、アンダーンン等により断定されたスパッタターゲットの表面近くの磁場 の位置と経験的に測定された位置との間に一致しない点があることがわかった。

上述したように、ハート形磁石により形成された磁場の形に１かな変化があると 、結果として生じる浸食プロファイルに著しい変１ヒが生じる。

発明の概要 したがって、本発明の目的は、平坦なマグネトオンスバッタリング装置にほぼハ ート形の閉ループとなった回転磁石を使用したとき、アンダーソン等の特許の教 示を拡張、改良し、スパッタ源のターゲットのよりよいターゲノｈの利用および スパッタ膜特性を得ることである。

本発明の曲の目的は、磁石の配列の回転軸から最も近い位置および遠い位置での 所望のスパッタターゲットの浸食プロファイルを生成するように、平坦なマグネ トオンスバッタリング装置において使用するハート形の閉ループとなった回転磁 石の配列の形状を画成する方法を提供することである。

さらに、本発明の池の目的は、スパッタリングによりコートされるウェーハ上の スパッタ膜が、所望のレベルの一様性といった所望の特性となる、スパッタター ゲ・ノド上の浸食プロファイルを決定する方法を提供することである。

さらに、本発明の池の目的は、磁場の予知した位置と静的浸食トラックの測定位 置との間の違いを考慮すしな、スパッタターゲットに所望の浸食プロファイルを 形成するための、ハート形の閉ループとなった回転磁石の形状を決定する方法を 提供することである。

さらに、本発明の池の目的は、対称的でない、スパッタターゲットに所望の浸食 プロファイルを形成する、はぼハート形の閏ループとなった回転磁石を設計する 方法を提供することである。

当業者が本明細書を読むことにより明らかであろう本発明のこれらおよび池の目 的は、平坦なターゲラ１〜を有するスパッタリング源に使用する閏ループとなっ た回転磁石の配列を提供する方法および装置により達成される。

本発明の一つのＲ様において、磁石の形状を決定する方法はバー１〜形の磁石の 配列、好適には所望の形状に近いと思われるもので開始して決定される。この開 始形状を有する磁石の配列がスパッタリング装置に配置され、スパッタリングが 磁石を固定して保持している間に行われる。こうして静的浸食プロファイルが形 成される。この静的浸食プロファイルの位置と磁石の中心線との間の関係はマツ プにされ、この情報は磁石の形状を調節するために使用され、その結果所望の浸 食プロファイルが得られる。

上記方法を使用することにより、平坦なマグネトオンスパッタリングターゲラ１ 〜の表面上に所望の浸食プロファイルが形成されるようになる磁石を構成するこ とが可能となる、ここで、浸食プロファイルの静的形状は下に位置する磁石の形 状と異なり、二つの不一致が考慮されている。

本発明の池の態様において、浸食のプロファイルの所望の形状は、−次として、 スパッタ源の動ｆｊ条外の下で、スパッタターゲットから放出される原子の角度 分布を画成する分布関数を決定し、スパッタターゲットの表面とコートされる基 板の間の空間を決定し、基板およびスバッタターゲッ１−の大きさを決定し、基 板上に一様なスパッタ膜の付着をもたらす浸食プロファイルを計算することによ り達成される。

図面の簡単な説明 １１３１Ａ４［ＩＤ特２ｒ第４　、９９５　、９５５ｑ）ｅ示＋：従ッて作られ た平坦なマグネトオンスバッタリング装置に使用する、従来のハート形の閏ルー プとなった磁石の配列の暗示平面図である１図ＩＢは図ＩＡの磁石の配列に対す る計算された浸食プロファイルを描いている。

図２は本出願人により市販されている平坦なマグネトオンスバッタリング装置に 使用する、従来のハート形の閉ループとなった磁石の配列の暗示平面図である。

　図３Ａは本発明に従って作られた平坦なマグネトオンスバッタリング装置に使 用するハート形の閉ルーズになった磁石の配列の暗示平面図である１図３Ｂおよ び３ｃは図３Ａに示す磁石に対し、ｉｔ　ｎされたターゲット浸食プロファイル と測定された浸食プロファイルをそれぞれ示す。

図４は［１３の磁石の配列に重ねた１２の従来の磁石の配列を示す略示図である 。

１２１５Ａは本発明の方法に関連して測定された、半径に対する静的なターゲッ ト浸食プロファイルのサンプルグラフである。図５Ｂは図５Ａに示すタイプのグ ラに基づなサンプル計Ｘ浸食プロファイルである０図５ｃは本発明の方法に関連 して測定した角度に対する静的浸食プロファイルのサンプルグラフである。

ｆＺ６Ａおよび図６Ｂはイオン衝突により表面から放出された、ニラクルおよび プラチナの原子の角度分布を極座標でそれぞれ示すグラフである。

１１に７は本発明の方法を実施するための好適な手法のフローチャートである。

コｙ、、ｔａな説明 図ＩＡは米国待ｊ７第４．９９５．９５８号の教示に従って作られた平坦なマグ ネトオンスバッタリング装置に使用する、個々の永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃ、・ ・・７ｄの複数個から成るＩｌ、を来のハート形の閉ループとなった磁石の配列 ５を暗示平面図である。’９５８号特許の教示に従って、磁石の配列５の中心線 １ｏは次の式により定義される曲線上にある： ここで、ξは所定の浸食プロファイルを提示する関数であり、Ｃは所定の定数で ある。

°９５８号特許に説明されているように、各磁石７１は中心線１０上に一様に配 置される。この中心線は間隔があけられた内側キーパ−１２と外側キーパ−１４ の間にある。内側キーパ−１２と外側キーパ−１４の間隔はハートのティップ１ １およびカスプ１２の近傍を除き総ての点において一様である。鉄製のキーパ− １２および１４は本発明の好適実施例に従い１／１６インチの厚さをもつ、磁石 の配列５は回転軸６０の回りを回転するための手ＦＱ　（図示せず）に連結され たプレート１７上に取り付けられている。

好適実施例が磁極片として機能する鉄製キーパ−を有する図ＩＡに示すタイプの 磁石の配列に関連して説明されているが、他の磁石の形状、配列も可能であるこ とは当業者であれば理解されよう、　ｌＩ記スズキ等の特許に図示され、説明さ れたタイプの別れた磁石も同等のものと認めらｈよう１分割された磁石の配列と いうものは、一つの形状から他の形状へと、もし望むなば正確に適合するように より容易に調節できるという長所をもつ。

図ＩＢは図ＩＡの磁石の配列５に対し理論的に計算された浸食プロファイルを示 す、言い換えると、磁石の配列５の中心線１０はｌ２ＩＩＢに示された浸食プロ ファイル１９を形成するために、上の式で設計される。つまり、図ＩＢにおいて 、関数ξ（Ｕ）は積分範囲の間で一様な浸食を形成するように一定である。しか し、ｒ≦１に対して、式は解くことはできない、したがって、磁石の配列５の中 心線１０が゛９５８号特許に教示に従って設計されると、図ＩＢに示すようにタ ーゲットの中心線には殆どあるいは全く浸食がない。

関数ξ（ｕ）が一定でない、いろいろなスパッタターゲット浸食を理論的に形成 するために設計された、池のいろいろなハート形の閉ループとなった磁石の形状 は前記°９５８号特許の図１２Ａ−図１２Ｅに示されている。

これら図面および明細書を精査することで、ハート形の形状に僅かな変化がある と、結果として生じる浸食プロファイルの形状に顕著な違いがあることは分かる であろう、平坦なマグネトロンスパッタリング装置とともに適正に形状付けられ た回転するハート形の閏ループとなった磁石を使用していても、どのようにして 任意の浸食プロファイルを形成するのに必要な適正な形状に至るかは自明ではな い、’　９５８号特許に示され、または本発明者が知る曲の従来技術に示すハー ト形の磁石の配列のそれぞれは、ティップ１１、カスプ１２および磁石の回転軸 ６０を通る線１８に対称である。さらに、従来技術の磁石のそれぞれはティップ １１で鋭くなっている。言い換えると、中心線はその点で滑らかになっておらず 、曲線が屈曲している。すなわち、中心線の導関数がその点で不連続になる１本 出願人の譲渡された１９９２年１月１５日に発行された欧州特許出願節９１−３ ００５６５゜８号（以下′５６５号出願という）は、°９５８号特許の教示に基 づくが、°９５８号の限界に対して正しく拡張され、その結果一様な浸食がター ゲットの中心領域で得られことになる磁石の形状を説明する。

図２は、平坦なマグネトロンスパッタリング装置に使用する、商標“Ｑｕａｎｔ ｕｍ　Ｓ”の下で本出願人により市販されている、従来技術のハート形の閏ルー プになった磁石の配列５′の暗示平面図である。明瞭にするために、配列内の磁 石は省略され、内側および外側の鉄製キーパ−２０および３０にみが示されてい る。Ｉｉｌ々の永久磁石からなる複数の磁石が図１に示すものと同様にして鉄製 キーパ−の間に分布される。ＵＡ２の磁石配列５′は、゛９５８号特」１の教示 の基づき、°５６５号出願により拡張されたものである。’９５８号特許のハー ト形のデザインとは対称的に、図２のデザインは磁石の配列５′の回転軸６０に 近くに位置する磁石を含む０図２の実施例に１いて、磁石を回転軸の近くに配置 することは、厳格に゛５６５号出願の教示に基づくものではなく、設計者の直感 と経験上の結果の組み自わせを含む、ハートの丸い突出部およびカスブ１２の近 くで、鉄製キーパ−が等しく間隔をあけておらず、カスブ１２の近傍のキーパ− の一様な間隔からの離れ方が図ＩＡの実施例にあるわすかな離れ方よりも遥かに 大きいことが分かるであろう。

一様に離れていないことはこの近傍で磁石の配置がより難しくなる。さらに、° ５６５号出願に説明されているように、中心領域の磁石の強度は異なるであろう 。

図２の磁石の設計が、スパッタターゲットの中心近くでのターゲットの使用を図 ることに関する限り、１２ＩＩＡの設計を越える改良点を示すが、必要とされる 数学的分析が扱いにくいものとなり、設計上の変化を加えて中心からのスパッタ リング全体に予知可能な制御を得ることを困難にする。さらに、図ＩＡの設計１ １２の設計も゛９５８号特許または°５６５号出願の教示により予想される浸食 プロファイルにならないことがわかった。

ｌ２Ｉ３Ａは、本発明に従って作られた平坦なマグネトロンスパッタリング装置 に使用する、ハート形の閉ループとなった磁石の配列５″の一実施例の暗示平面 図である。

ここでら、明瞭化のため、配列を構成する明々の磁石は示されていない、内側お よび外側の鉄製キーパ−４０および５０のみが、回転軸６０および磁石の配列５ ″が取り付けられるプレート１７に関連して示されている。

図３Ａの磁石の配列５″の形状に至らしめるために使用する方法を説明する前に 、その形状を従来技術のものと関連して説明する。ハートのカスブ１２から開始 して、Ｃ１１ｆｆ２の実施例に示すように、内側キーパ−４０が磁石の配列の回 転軸６０を横切るが、カスブの近傍の内側および外側キーパ−４０および５００ 間の間隔がほぼ一定に保たれている。したがって、磁石のこの部分は、キーノく −の間隔を一様に維持することを犠牲することなく、また′５６５号出願に示す 曲の実施例の設計上の複雑さをともなうことなく、図２の実施例の利点を達成す る。

ハートの丸い突出部をちょうど越えたところで、磁石の配列の形状が屈曲部７６ および７７を有することに注目すべきである。言い換えると、従来技術のハート 形の磁石すべての形状は、１２１３Ａの実施例のループの内側に関しすべての点 でその曲線を凸状とするが、曲線の二つの部分７６および７７はループの内側で 凹状となっている。

最後に、図３への実施例はティップをもたないことに注目すべきである。ＵＡ３ Ａの実施例はハートの回転軸６０およびカスブ１２を通る線１８に関して対称と なっているが、回転軸６０から最も離れ、対称軸１８のいずれの曲線部分ら円弧 上にある。したがって、この点の曲線は清らとなっている。すなわち曲線の導関 数はこの点で連続となっている。さらに、１１２３Ａの実施例において、バー１ −の大きな部分、おそらく曲線の四分の一以上、あるいはそれ以上がこの円弧上 にある。

（２Ｉ４は［Ａ２および［１３Ａの磁石の配列を併置して示す。

これから形状上の違いがより明確になるであろう、形状全体が全く弧となるが、 ずれはループにそったあらゆる点でし大きくなっていない。

図３Ｂおよび［Ｚ３Ｃは、チタニウムターゲットを使用したとき、ＩＪ３Ａの磁 石に対する計算されたターゲットの浸食プロファイルおよび測定されたターゲッ トの浸食プロファイルをそれぞれ示す、二つの曲線は中心領域を除きほぼ同じで ある。実際の浸食は計算したものよりも大きい、中心でのこの不一致は、磁石の 実際の位置が計算された浸食プロファイルを作るために使用された位置から１か に異なることに関連するようである。これはまた、ターゲットの正に中心近くの 、測定された静的浸食データが比較的不足していることを反映しているようであ る６図３の磁石になると、不一様なターゲットの浸食プロファイルが、スパッタ 膜の最良の一様性をもたらずことが判明した。

［Ｋ３Ａに示す磁石の配列の形状、他の形状を、所定の浸食プロファイルを形成 するために構成する方法を説明する。最初のハート形の、閉ループとなった磁石 の配列がまず構成される１本発明の方法を実施する好適例において、その最初の 閉ループとなった磁石が、°９５８号特許に示す原理、またはＱｕａｎＬｕ震Ｓ の磁石を形成するために使用する方法のいずれかにより構成される。これにより 、所望の浸食プロファイルが最初の磁石の形状に似たものとなる。ｂ℃来来所術 おいて知られた曲のバーｌ−形のデザインで開始することもできる。

この最初の磁石の配列は次に、スパッタリング装置に配置され、装置はスパッタ ターゲラＩ・の表面に静的浸食溝を形成するために磁石の配列を固定して保持し て、動ｔｉ！される。この工程を実施するとき、スパッタデータ・ノドが設計さ れる磁石の配列に使用される材料で構成されること、および装置の動乍パラメー タがＦ８！造において装置により丈用されるであろう実際の動作パラメータと一 致することが好適である。理由は完全に分かつていないが、ある磁石の配列によ り形成された静的浸食プロファイルが、スパッタされる材料に依存して僅かに異 なることがｉ測された。

予期したように、結果として生じた静的浸食溝もまた、ハート形で、閏ループを 形成する。さらに、固定磁石の配列を使用する＆Ｉｕ来の平坦なマグネトロンス バ・ツタリングから予期されるように、ループのまわりの浸食溝のどの断面も、 漫Ａが最ら大きい底領域をもつ谷のように見える。しかし、理由は完全に分かつ ていないが、浸食溝の底は磁石の配列の中心線と重なり合わない、浸食溝の底と 磁石の配列の中心線との間の不一致は、それが訂正されず、１ｉｌｉ償されない ならば、°９５８号特許に教示から異なる結果を生じさせよう、’９５８号特許 の重要な前提は、最も大きなターゲットの浸食の領域が磁石の配列の中心線と直 接型なりあるということである。この前提は、ターゲラｌ−表面近くの磁場の強 度が磁石の中心線全体にわたって最らおおきいという仮定に基づいている。

この前提が完全に不正確なことが、本発明者により実験的にａ測された。上述し たように、ハート形の、閉ループとなった磁石の配列の形状を１かに変化させる と、磁石の配列により形成される浸食プロファイルに著しい変化が生じる。磁石 の配列の形状と、それが静的スパッタリングの間に形成される漫六プロファイル との不一致は、使用される磁石の配列が意図する以上に異なる有効な形状を有す ることを意味すると考えられ得る。この問題は′９５８号特許において認識され ておらず、また′９５８号特許は、適正な有効形状を６つ磁石を形成するために 、この不一致をどのように補償するかを示していない。

静的浸食溝が形成された後、溝の形状は溝のまわりの限定された地点で注意深く 測定され、ターゲットの浸食の位置と深さの間の数学的関係を示すグラフが作ら れた。

本発明の方法を完全なもととする好適な方法は、これら測定が極座（Ｉｌｌ″ｉ ′行われることである。たとえば、あるＲの値で（Ｒは磁石の配列５の回転軸６ ０からの半径距離である）、ターゲットの浸食の深さがθの関数として測定する ことである。

このようにして（Ｐられたプロットの例が１１Ｍ５Ａに示されている１図５Ａに おいて、水平軸が角度θで、垂直軸が浸食の深さＥ（θ）である、Ｒ＝Ｋｉに対 して（ここでＫｉは極座標系の中心、すなわち回転軸からのある距離である）、 典型的な漫Ａ１０ファイル１００は、０゜から３６０°回転したとき、二つの浸 食領域１１０および１２０を含む、同様のプロットが、Ｋ　ｉの有限個の値、た とえば２０ｖａの１０ットが作られる。たとえば、ターゲットの半径が５インギ であるとき、プロットはデータ・ノドの中心と縁との間で四分の一インチごとに 形成しされ得る。Ｋｉの値は回転軸を中心とする同心円を画成すると考えてもよ い、この手法は、Ｋｉの値が均等に間隔をあけていることを要求するものではな い、たとえば、配列内の個々の磁石の位置に対応するＫｉの値を選択できる１図 ５Ａに示す例において、Ｋｉの選択された値は３インチである。

この手法を用いて実験的に作られた静的浸食のプロットのそれぞれが、ある特定 の値Ｋｉに対する浸食深さＥ（Ｒ）の値を生成するために、磁石の一回転にわた って積分される。各Ｋｉに対する浸食深さの値は次に、回転されたとき磁石に対 する全体の浸食プロファイルを形成するためにプロットされる。この方法により （Ｆちれた曲線１３０の例が図５Ｂに示されている。この工程により必要とされ る積分は、当業者には周知の標準的な数ｆ１１積分を用いて実行されてもよい６ 図５Ｂのグラフにおいて、垂直軸はまた、浸食深さＥ　（ｒＺ）であり、水平軸 は原点、すなわち回転軸に対するターゲット表面上の半径位置である０点１７】 ０は、図５Ａに示さＪしているようにＫｉから、すなわちＲ＝３インチで得られ たデータ点を表す。

（浸食プロファイル１３０からなる、計算されたデータ点のそれぞれは黒い四角 により表され、これらの点は最大の値の点について規格化された。） １１Ｚ５Ｂの計算された浸食プロファイル１３０が、磁石が回転したときに形成 されたａｌｌ！測された浸食プロファイルに一致することが認められた。

図５Ａのグラフを作るためにプロットされた靜的浸Ａのデータは、図５Ｃに示さ れるように、他の方法でプロットされ得る１図５Ａのように、ある半径距離での 浸食深さを角度の関数としてプロットするのではなく、浸食深さのデータは距Ｐ Ｉ！ｒの関数として、有限個の角度θ＝αｉでブロワｉ〜され得る。ターゲット を車輪にみたてると、図５０のプロットされたデータ点は、ターゲットの“スポ ーク”にそって取られた浸食プロファイルのように考えることができる。ここで 各スポークは角度αｉにある。

図５Ｃの例において、α１＝１６０°であＺ、ｃｉ１１５Ｂに示された浸食プロ ファイルは図５Ｃの曲線のセットのデータから作られ得る。

図５Ａおよび図５０の静的浸食プロファイルが三次元系、また数字で表した列に おいても同等に表し得ることは当業者であれば明らかであろう、ここで、スパッ タターゲラ１−のそれぞれの表面上に有限個のデータ点が、原点、すなわち回転 軸からのスパッタターゲットの表面上のその点の角度位置θ、浸食深さＲ（Ｒ， θ）、および半径距離についての値の組みを有する０図５０の曲線は、°９５８ 号特許の予見した浸食１０フアイルと観測した１Ｐ的浸食プロファイルとの間の 不一致を訂正すべく、磁石の配列の形状を調節するために、本発明を実施する際 に、本発明者により便宜使用された。　ｃｉ１５ｃにおいて、θ＝αｉに対し磁 石の配列の中心線の半径位置は破線１６０である。内側および外側磁極片１７０ および１８０の位置もそれぞれ示されている。磁石の有効な形状と実際の形状の 間の不一致は、線１６０と大きな浸食の点との間のずれから極めて明らかである ０便宜、Ｘ軸にそった磁石の中心線の位置はｘ＝Ｏの点に、任意に定義される。

　＜Ｕ２Ｉ示のために、同等な水平軸１９０が浸食プロファイルをターゲット上 の半径位置と関連して示される。）５次の多項式が公知の数学的手法により、図 ５０にプロットされたデータ点と一致するように、導出される。５次の多項式は 曲線１５０で示されている。

あるαｉでの磁石の中心線の１かな変化が曲線１５０の形に影響を及ばずことも なく、曲線１５０に対する磁石の中心線】６０どの間のずれにも影響を及ぼすこ とがないと仮定する。１１１Ｊるαｊでの磁石の中心線の僅かな変化がαの曲の どの値ので曲線１５０の形にも、ずれにも影響を及ばずこともないと仮定する。

これらの仮定は、各αでの磁石の変位が１かであれば、まったく合理的である。

これらの仮定が妥当であるために、最初の磁石の形状を最終的な形状に近いと予 想されるもので開始することが最良である。その結果、個々の磁石の位置の変化 が偏かなものなる。しかし、この変化が余りにも大きなものになると、ここで説 明する技術は繰り返しの原理で実行し得る。

選択された値αｉでの磁石の中心線の位置への１かな調節を行う効果は、行った 調節を反映し、改定された、計算上の浸食プロファイルに容易に移され得る。た とえば、図５Ｂの浸食プロファイル１３０′は、多数の位置にある磁石の中心線 の幾つかの調節を表すために示されている。（浸食プロファイル１３０′から成 る計算されたデータのそれぞれが白抜きの四角で示されている。）したがって、 ターゲットの表面上に所定の浸食プロファイルを形成するために必要となる選択 された点での磁石手段の位置の変化を計算することは可能である。

磁石の位置の変化が、上記仮定が合理的となりうるほと十分に小さい限り、説明 してきた技術は、選択された浸食プロファイルを生成する磁石の形状を選択する ための極めて有用な道具となる。’９５８号特許の教示に基づく原理を基礎とし ているが、本発明の技術が”９５８号特許に示されたもの以上のいくつもの長所 をもつことは分かるであろう、この長所には次の点が含まれる＝（１）本技術は 、磁石の配列の実際の形状と有効な形状の間の不一致を説明して、所定の浸食プ ロファイルに至らしめる磁石の形状を得ることができる。

（２）本技術は、磁石のカスブの近傍、およびスノ（・ツタターゲットの縁に最 も近い磁石の近傍での浸食プロファイルの形状３予見し、１１１節できる。

（］）本技術は、閉ループの長さ全体にわたる浸食強度の変化を是正することが できる。

（４）本技術は、非対称なハート形の設計をなすために磁石の形状に変１ヒを加 えることができる。

非対称な設計の使用により、磁石の形状が非常に良く調整できる。対称なデザイ ンにおいて、磁石の半分の領域にある磁石の中心線のいかなる調節も、同じ調節 を対称な半分についても自動的に行うために二重となる０本技術を使用すること で、磁石の半分を予知方法で調節し、池の半分を変えずに保持することができる 。これ＋１、その技術が座標系の３６０°全体にわたって取らｊｔたデータを利 用するからである。

上述したように、磁石の中心線に適切な調節を行うことにより、“９５８号特許 に従って有効な形状を有する磁石を形成することができる。言い喚えると、デー タ・ノｌ−の表面上に、一部が以下の式に一致する静的浸食ノ（ターンを形成す る磁石の形状を形成することが可能となる。

ここでξ（ｕ）は所定の浸食プロファイルを定義し、磁石の中心線は、静的浸食 溝の中心線から、それらの間の不一致を補償するために変位している。

″スパッタターゲットの表面上の所定の浸食プロファイルに至らしめる形状をも つ磁石を得る方法を示すために、最適な浸食プロファイルが何であるかを決定す る方法を説明する。従来の多くの特許がスパッタターゲットの表面が一様に浸食 されることが望ましく、重要であることを強調しているが、浸食の一様性はスパ ッタリング装置の多くの利用者にとって実際上、二次的な事柄である。

主要な事柄は、コートされるウェーハ上に所望の特性、たとえば一様性をもつス パッタ膜を矛盾なく得る必要性である１本発明の一つの態様はウェーへの表面に 所望の特性を有する膜を形成するターゲットの浸食プロファイルを計算するため に、使用できる技術である。

膜のけ着の一様性を予見するための本技術は、基板の表面上の点でのスパッタＩ ４料の蓄積率に影響を与える多くの変数を考慮する０本発明の技術に加えられる 重要な変数を以下で説明する。

スバッタデーゲッｌ−の表面がら放出される原子の角度分布を知ることが必要で ある。ｍ単化のために、スバッ夕涼子は正弦分布で放出されると仮定する。この 仮定はアルミニウム（これは半導体集積回路の製造で一般的に使用されるスパッ タ膜である）の場合に合理的である。

ここで、材１１（Ｚ＝２７）の原子量がスパッタガスとして一般的に使用される アルゴンの原子１（Ｚ＝４０）より非常に小さい、しかし、チタニウム（Ｚ＝４ ８）、タングステン（Ｚ＝１８／１）といった高い原子量の材料をスパッタリン グをするとき、スパッタ原子の角度分布は正弦分布と一致しない、さらに、ある 場合には、結晶構造のスパッタターゲット材ｆ１らまた、スパッタ原子の角度分 布に影響を与え得る。

図６Ａおよび［］６Ｂは、科学文献より得た、水銀（Ｚ＝２０１　＞のイオンの 衝突で放出した、ニッケル＜２＝５９）、およびプラチナ（Ｚ＝１９５）の原子 の角度分布をそれぞれ示すプロットである。１１６Ａは明らかに、非正弦分布を ｆドる際のこれら因子の影響を示す、この図は、ニッケルが水銀よりも遥かに低 い原子量をもつという事実にもかかわらず、正弦分布から大きく逸脱することを 示す１図６Ｂは、衝突イオンの運動エネルギーの影響を示す、すなわち、イオン が活動的になったとき、角度分布が正弦分布に非常に近づく１反対に、低エネル ギーでは分布関数がより平坦なものとなることが観測される。すなわち、放出原 子は、表面にほぼ垂直な角度で離れるものはほとんどない、この現象は、原子が 叩かれて鋭角な角度で解放されるよりら、垂直な方向に解放される方がより入射 エネルギーを必要とするという事実により説明できる。

したがって、所望の浸食プロファイルを決定する最初の工程は、装置に使用され る動作条件の下でスパッタされる原子の角度分布を形成することである。もし、 必須の情報が文献から得られないとき、これは、同様の条件の下で動１トされた 装置でスパッタされた材料を使用して実験的な測定により達成できよう１分布が 実験的に決定された後、次に、データは、少なくとも一次で、測定分布に近似す る数学的関数に合わす１本発明の好適な方法において、以下で説明するように、 それが調節可能なパラメータを有する第２の関数を掛けた正弦関数の幕の分布関 数を使用することにより実験データを近似するのに、有用であることが分かった 。

ここでに、はデータに合うようにＪ！！択さｋた調節可能なパラメータで、Ｋ、 はスケーリング因子である。

所望の？ｉ食プロファイルの計算の前（こ、理解する必要のある次のパラメータ は、基板とスノ（・ｌタデーゲ・ントとの間の距離である０通常、スノ（・ンタ デーゲ・ントの表面とウェーハとの間の距離は、ある装置の配置にお〜１て、（ ターゲット浸食の効果を無視して）一定となる。１！とんどの応用例のおいて、 付着率を最大にし、データ・ソトの材料の損失を最小にするために、基板とスノ （・ｌタデーゲッｌ−とを間を可能な限り接近させること力ば望まし智）。

（スパッタ原子の角度分布につ１）ての前の説明力・ら、基板がターゲラｌ−に 接近しているならば、鋭角な角度でターゲットの表面を離れる原子が基板上（こ 至１１達するより高い機会を有するという９！Ｊ、何形状から明らカ・である、 もし、スパッタ原子の大部分が基板上に到達しなり）なら番Ｉ、膜の付着率は低 下し、スバ・ｌり材料の浪費１．１増方Ｕする。

一方、ターゲラ１−と基板とを近接して結合させることは、十分なスパッタ膜の 一様性を得ることを困ｆｉ（こする。

時々、シールドシャッタ、コリメータ等を介在させること、スパッタ膜の特性を 強化すること、またはスパッタリング処理を制御することが望ましく、本磁石の 設計および方法は、源と基板との間がこのような構造を収納するために増加する 場合に、応用できる。実際上、ウェーハとターゲラ１〜との間の距離が２から１ ０ｃｍのスパッタ源が今や使用できる。

所望の浸食プロファイルの計算の因数である他の幾何学的パラメータは、スパッ タターゲット及びウェーハの相対的大きさである。らし、均一に浸食されれば、 基板よりずっと大きいターゲットにより、スパッタ材料がかなり無駄になる。一 方、もしターゲットの大きさが、ウェーハと同等か又は小さいなら、薄膜付着の 適正な均一性を達成することはより困難である。そのような形状は、ウェーハ表 面のデバイスの特徴部分の角を覆う薄膜の能力の指標として周知のステップカバ レージを適正に達成することを困難にさせている０例えば、ターゲット及びウェ ーハの間の大きさの緊密な対応により、デバイス上の角度を有する特徴部分がど っちを向いているかによって、薄膜の付着能力に実質的差異が生じる１周辺方向 へ向かう角度でウェーハに到達したスパッタ材料は束が小さいく、したがってウ ェーハの縁近くの外側に面した特徴部分には、適正なスパッタ薄膜がコーティン グされづらい、一方、同じ位置で内側に面した特徴部分では、ターゲットの中心 に対応する角度からの材料の束があるので適正にコーティングされる傾向がある 。

最も近代的な［回ｎデバイスは、今や直径８インチのウェーハ上で製造され、本 発明で使用されているタイプのスパッタターゲットは、１１．６４インチの直径 を有するので、ターゲットの縁はウェーハの縁を越えて約２インチ伸長している 。

さらに、最適スパッタターゲット浸食プロファイルの計算に考慮されるべき池の パラメータは、スパッタ装置の動作圧力である。スパッタされた原子はある角度 分布でターゲットの表面を離れるとき、気体分子（又はプラズマイオン）及びス パッタ原子の衝突が、スパッタ原子がウェーハ表面に達するまでの軌道を決定す る。ウェーハに到達したスパッタ原子の角度分布から気体衝突による散乱効果が ｉｔＸできる１本発明の好適実施例に使用されているＩ￥用パラメータの関係で は、気体衝突はスパッタ中に使用される全圧力に依存する重要な要因であるか否 かが、はっきりした、ガス散乱効果は、ターゲット及び基板の近接な結合、並び にスパッタ装置の１ミリトルの低動作圧力によって、減少される。

したがって、所望のターゲット浸食プロファイルを決定する本発明の方法を（重 用するには、装置の幾何学的形状を決定しなければならない、特に、ターゲット から基板までの間隔及びターゲット及びウェーハの直径の値が必要である０次に 、スパッタ源の動作条「トの下でスパッタターゲットの表面を離れるスパッタ原 子の分布を少なくとも一次まで見積もる数学的関数を定義する。最後に、必要な ら気体散乱効果を説明するために分布関数を変形する。

上記の情報によって、ターゲット浸食プロファイルを計算することができ、それ によってウェーハ表面上に均一な厚さのスパッタ薄膜を形成することができる。

計算は、ターゲット表面でのある点の浸食率が、その点のスパッタ率の指標であ るという事実に基づいている。そのような！ｔ　ｊ’Ｅは、周知のタイプのさま ざまなコンピュータシミュレーションにより実行できる。スパッタ薄膜付着の均 一性を達成する浸食プロファイルは、ひとつ以上あることが認識されるべきであ る。均一な薄膜を生成し、且つ可能な限りターゲット材料を最適に使用するため の浸食プロファイルを選択し、ネットビルドアップのターゲット領域を避けるこ とによって特異性を低く抑えることが望まれる。

上記の方法で所望の浸食プロファイルに到達したら、その後は上述の方法で所望 の浸食プロファイルを得るために磁石を形成することが可能である。

さらに、本発明の技術は２つの別々の手順として説明されているが、一つは、所 望の浸食プロファイルを計算するための手順で、もう一つは所望の浸食プロファ イルを得るためのハート形の閉ループとなった磁石を形成する手順である。これ らの二つの手順は、すべての必要な情報がコンピュータモデルに組み込まれると ころのひとつの方法に合体される。−カ所又はそれ以上の場所での、磁石の中心 線の位置における微少な変化による、スバ・ツタｒｉ膜の均一性への影響が直接 計算される。与えられたパラメータのセラ）へに対し、適正な磁石形状を規定す るためにこのような自体モデルを使用する。

ｌＦ７は、スパッタ薄膜の均一性が磁石の位置変化とともに直接計算されるとこ ろの、本発明の好適方法を実施するためのフローチャートを示したものである。

上述したように、第１工程７１０は、スパッタターゲットの表面上に静的浸食溝 を形成するためのものである。そのとき、ターグツｌ−浸食の深さは、ターゲッ トの表面上の有１ｇ１ｌｌ！の点（ｒ、θ）で測定される１選択された値θに対 して、５次の多項式が観測データと一致させるために構成され７３０、多項式は 配列に入力される。単純化のために、特定値θに対する５次の多項式は静的浸食 溝を生成するのに使用される磁石の中心線に関係付けられている。

試験される磁石の新形状の中心線の座標は配列７４０に入力され、また配列内で 使用されている各値（ｒ　＋　θ）から磁石の新中心線までの距離が計算され配 列に入力される。好適には、新磁石の中心線の位置は、静的浸食溝を形成するの に使用した磁石中心線の位置とは、著しく変化しない、静的浸食の深さ計算７５ ０は、新磁石位置に基づく各（ｒ、θ）に対して実行される。計算された静的浸 食の深さ情報は、その浸析磁石配置７６０を伴う計算された浸食プロファイルを 得るため、磁石上で一周積分される。

スパッタ膜の一様性は次に、工程７６０で計算されたターゲットの浸食プロファ イルを使用して、計算７７０される。上述したように、膜の一様性の計算は、ス パッタされる材料の特性、顕著なガス散乱効果とともに、スパッタリング装置の 幾何形状を考慮すべきである。計算７７０は、ターゲット上の各点からのある分 布、およびある率で材料が解放される効果がウェーハ上の各点に対し算定される ように二重積分に関係する。二重積分はつ工−ハの表面上の各点に対し、付着す る材料の皿を計算することに関係する。これは、順に、角度位置およびおよび半 径位置の両方の関数として、ターゲット上の各点からの束を積分することに関係 する０次に、一様性の情報が計算された後、受は入れ可能な一様性が達成された かどうか、すなわちウェーハ上の点のそれぞれに対する計算された一様性がウェ ーハの表面にわたる膜の厚さの変化を決定するために比較されて、判定が下され る。受は入れ可能な膜の一様性が達成されたならば、すなわち変化が最小であっ たならば、この方法は完了し、磁石の形状が構成される。膜の一様性が受け入れ 難いとき、または更なる改良が達成され得るものと考えらるとき、磁石の形状は 更に変化され、工程７４０に入り、処理がその点から再び縁り返される。

発明者が使用した工程７４０で磁石を変化させる体系的アプローチは、次のとお りである。第１に、磁石形状が工程７１０の静的浸食溝を形成するように使用さ れ、新しい磁石が、磁石の位置が０の選択されたいがなる値においてらただ１点 において変更されるところに画成される。この新しい磁石のスパッタされたフィ ルムの一様性が計算された後、この得られた一様性は、従前の磁石の形状と比較 される。この一様性が改善されるならば、同じ磁石位置は同じ方向でさらに調節 され、その他の一様性の計算がなされる。一様性が劣化されるなら、磁石は反対 方向に移動され、一様性の計算が工程７４０−７８０毎になされる。第１の磁石 位置は、一様性のこれ以上の改良が得られなくなるまで反復的に調節される。そ の後、次の磁石位置が調節され、同じ手順は、第２の磁石のこれ以上の調節が改 良された一様性を生成しなくなるまで続けられる。このプロセスは、一連の磁石 位置のすべてにおいて繰り返され、次いで、全体のプロセスが第１の磁石位置に おいて所望され再び開始されるのと同様の回数を必要とする。この体系的アプロ ーチは、それ自体オートメーションに非常に役立ち、コンピュータプログラムに よって容易に提供される。その曲、同等の体系的手法は、当業者によって明らが であろう９例えば、磁石について各“ループ”の実行中、いがなる与えられた磁 石位置の調節も設定番号に制限される。

今までに、本発明の方法が、“有効な”磁石形状を決定するために、静的浸食溝 を測定する内容においてただ単に説明されてきた。これは５本発明を提供する好 適な方法であるが、一方、その池の方法も可能である０例えば、開始磁石によっ て与えられたプラズマの位置および強度を観測することによって“有効な”磁石 位置を測定することが可能である。近代技術が、ターゲット上で有限個の所定の 位置でプラズマ強度を正確に測定でき、この情報が、靜的漫に清の測定から得ら れた情報に代えて使用され得る。しかし、プラズマ強度情報は、正確でないと信 じられているので、好適ではない。

図７のフローチャートがスパッタ膜の一様性の内容においてただ単に説明してき たが、その他のスパッタ膜の特性も含まれている１例えば、工程７７０が、その 代わりに、新しい磁石形状によって生成されるステップカバレージ、またはバイ アフィリング特性（バイア充填特性）の計算を含む、バイアフィリングの本技術 は簡単なスパッタリングを越える工程を含むが、バイアの底に適当な厚さの膜層 を付着する能力が、プロセスの重要な態様である。狭いバイアを充填する能力が ウェハ表面を叩くスパッタされる材ｆ：ｌの原子の力分布に関係することが、幾 何学的形状の考察さら明らかである。したがって、実質的に垂直方向にウェハ表 面に入射するスパッタされる原子は。

バイアの底に到達するようであるが、鋭い角度で入射する原子は、その底に到達 する前に、バイアの壁によって遮られるであろう。

同様に、１つ以上の膜の特性が、それらの間のバランスを最適にする目的をもっ て、計算される１例えば、特定の磁石の変化による改良された一様性が、劣化さ れた工程収束によってずれる。

本発明がハート形の平坦マグネトロンスパッタ源の内容においてただ単に説明し てきたが、ここで説明される方法は、スパッタターゲット表面で所定の浸食プロ フィールを生成することを意図としたその池の磁石設計にら同様に適用可能であ る５例えば、′９５８特許の技術が、ハート形の磁石配列に制約されずに、多種 の非バー１〜形磁石配列の形状を開示している。その他の実施例の１つ、つまり 静的浸食溝が磁石の中心線にないような実施例、に従ってｆＦ、られな磁石配列 の実際の形状と有効な形状との間に同様の不一致があり、ここで教示された方法 が、配列の個々の磁石の位置を調節するように使用され、所望の有効な磁石形状 および有効な浸食プロフィールが達成される。同様に、本発明に従って、適当な コンピュータモデルを行うことで、明々の磁石位置における調節によるスパッタ 膜での効果が直接的に決定される。

′９５８特許の部分継続出願であり、参考に組み立てられた米国特ＭＨＬｆｉｆ ｌ第４７１８９８号が′９５８特許の教示を拡張し、その結果磁石配列はげ意に 選択された浸食プロフィールを生成するように非平坦なスパッタ磁石表面を一結 に使用できるように構成される。′８９８出願に必要な条件は、スパッタターゲ ット表面が回転表面であることである。この′８９８出願は、ｍループとなった 磁石配列の中心線が次のように定義される曲線上にあるべきであることを教示す る。

ここで、ξ（Ｕ）は所定の浸食プロフィールであって磁石が回転されスパッタを 実行しているときに湾曲したターゲットで生成される、ｚ（ｒ）はスパッタター ゲラ１−表面を画成する回転表面であり、Ｃは選択されあ定数である。

′９５号特訂の様に、前述の′８９８号出願は、ターゲット表面に隣接する磁場 強度が磁石配列の中心線上に最も直接的であり、静的漫Ａ：消の形状が磁石の形 状に合致する。再び、本出願の方法が、実際の磁石配列形状と有効な磁石配列形 状との間の不一致をＰｉｉｒｌｔするように、′８９８出願にｆｇがう磁石形状 に適用され得る。

以上の説明が、ここで記載された好適実施例に向けられてきたが、これは−例で あり、制限されるものではない、多種の変形物および代替物が、前述の開示から 当業者にとって明らかであろう、よって、特許の範囲がその請求項によってのみ 制限されることが意図とされる。

浄書（内容に変更なし） 従来技術 ＦＩＧ、３Ａ 半径 磁極片の中心からの距離（ＩＮＣＨ） ターケラト上の半径位置 ＦＩ６．５Ｃ ＦＩＧ、６Ｂ ４二帖七庄７ｒ−”１１／＋ヰ１ Ｊ　Ｑ７ｕｌｌｌＪＷ−＼ノＪ／％４１国際調査報告 一−、１．１１．＋＾−−癲−ｕ−ＰＣＴ／ＵＳ　９３１０２５８１Ｅ＊　ＮＨ ＩＱ　ＮＣ１９＊　ＮＮＥ：　Ｘ　＾ＦＪ　Ｎｋニー　Ｘヒ

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．基板上に薄膜を付着するマグネトロンスパッタリング源であって、 材料がスパッタされる面をもつターゲットと、前記ターゲットの後ろに位置し、 前記ターゲットの形状とほぼ一致する回転可能な磁石手段と、から成り、 前記磁石手段が固定して保持されているとき、磁石手段の配列の中心線からずれ た静的浸食パターンであって、前記磁石手段が回転するときスパッタターゲット の表面に所望の浸食パターンを形成するように選択された曲線上に、実質的な部 分が位置する溝を有する静的浸食パターンを磁石手段が形成するような形状を前 記礎石手段がもつ、マグネトロンスパッタリング源。
2. ２．請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングであって、前記スパッタター ゲットが平坦で、前記曲線が、θ＝∫ｒ１√ξ２（ｕ）ｕ２−１／ｕｄｕ＋Ｃに より定義され、ここでξ（ｕ）が前記所定の浸食プロファイルである、ところの マグネトロンスパッタリング源。
3. ３．請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記磁石手段がほぼハート形の曲線を形成する、ところのマグネトロンスパッタ リング源。
4. ４．請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記磁石手段が前記曲線上に配置された個々の磁石の配列から成る、ところのマ グネトロンスパッタリング源。
5. ５．請求項３に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記ハート形の曲線が非対称である、ところのマグネトロンスパッタリング源。
6. ６．請求項３に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記ハート形の曲線がティッアをもたない、ところのマグネトロンスパッタリン グ源。
7. ７．請求項６に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記磁石手段の回転軸から最も離れたところにある的記ハート形の曲線の一部が 円弧である、ところのマグネトロンスパッタリング源。
8. ８．請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記磁石手段がハート形でない、ところのマグネトロンスパッタリング源。
9. ９．請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記スパッタターゲットが非平坦な回転表面を画成し、前記曲線が θ＝∫ｒ１√１＋（ｄｚ／ｄｒ）２・√ｒ２ξ（ｒ）２＋１ｄｒ／ｒ＋ｃにより 定義され、 ここで、ここでξ（ｕ）が前記所定の浸食プロファイルであり、ｚ（ｒ）が前記 回転表面を画成し、Ｃは選択された定数である、ところのマグネトロンスパッタ リング源。
10. １０．基板に薄膜を付着するマグネトロンスパッタリング源であって、 材料がスパッタされる表面を有し、中央軸線を定義するほぼ円形の、平坦なター ゲットと、前記ターゲット表面の後ろに位置し、前記中央軸線の回りで回転可能 となる磁石手段と、 から成り、 前記磁石手段は、前記スパッタターゲットに所望の浸食パターンを形成するよう に形成され、ほぼハート形の閉ループとなった中心線を画成し、前記中心軸線か ら最も離れた前記中心線の一部が円弧上にある、ところのマグネトロンスパッタ リング源。
11. １１．請求項１０に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記円弧上にある的証中心線の一部が、少なくとも中心線の全長の２５パーセン トである、ところのマグネトロンスパッタリング源。
12. １２．請求項１０に記載のマグネトロンスパッタリング源であって、 前記磁石手段の中心線が、少なくとも前記閉ループの内側に関して凸形状を有す る部分、および前記閉ループの内側に関して凹形状を有する二つの部分から成る 、ところのマグネトロンスパッタリング源。
13. １３．基板に薄膜を付着するマグネトロンスパッタリング源であって、 材料がスパッタされる表面を有する平坦なターゲットと、 前記ターゲット表面の後ろに位置する回転可能な磁石手段と、 から成り、 前記磁石手段がほぼハート形の閉ループとなった中心線を画成し、前記磁石手段 の中心線が非対称で、前記閉ループの中心線の半分が他の半分と鏡像とならない 、ところのマグネトロンスパッタリング源。
14. １４．マグネトロンスパッタリング装置に使用する閉ループを形成する回転可能 な磁石手段であって、前記磁石手段に隣接したスパッタターゲットに所望の浸食 パターンを得るために、磁石手段を形成する方法であって、前記スパッタターゲ ットの後ろに、所望の形状と一致する中心線を有する閉ループとなるように磁石 手段を配置する工程と、 前記磁石手段を固定位置に保持する一方で、前記ターゲット表面に浸食溝を形成 する工程と、該浸食溝の形状を測定する工程と、 浸食溝の形状、および中心線の位置と浸食溝の位置との不一致を考慮して、前記 磁石手段が回転したとき、前記スパツタターゲットの所定の浸食プロファイルが 得られるように、少なくとも一点で新しい中心線を有するために、前記閉ループ となった磁石手段の位置を調節する工程と、 から成る方法。
15. １５．請求項１４に記載の方法であって、浸食溝の形状を測定する工程が、前記 磁石手段の回転軸から複数の半径方向の線にそった点でスパッタターゲットの浸 食深さを測定することから成る、ところの方法。
16. １６．請求項１４に記載の方法であって、浸食溝の形状を測定する工程が、前記 磁石手段の回転軸を中心とする複数の同心円に沿った点でスパッタターゲットの 浸食深さを測定することから成る、ところの方法。
17. １７．請求項１４に記載の方法であって、浸食溝の形状を測定する工程が、各エ ントリーが位置の測定および浸食深さの測定から成るところの配列を形成するこ とから成る、ところの方法。
18. １８．請求項１７に記載の方法であって、前記位置測定が極座標で表される、と ころの方法。
19. １９．請求項１４に記載の方法であって、前記浸食形状の測定が、磁石が回転す る一方で、スパッタリングが実行されるときに、形成される、計算された浸食プ ロファイルを生成するために使用される、ところの方法。
20. ２０．請求項１４に記載の方法であって、有限個の角度での断面浸食プロファイ ルを表す、前記測定浸食形状に基づいて、関数の組を生成する工程を含む、とこ ろの方法。
21. ２１．請求項２０に記載の方法であって、前記生成された関数が多項式である、 ところの方法。
22. ２２．請求項２１に記載の方法であって、前記多項式が５次の多項式である、と ころの方法。
23. ２３．請求項１４に記載の方法であって、磁石の位置を調節する工程が、磁石手 段の中心線の位置が少なくとも一点で変わるとき、得られる浸食プロファイルを 計算する工程から成る、ところの方法。
24. ２４．請求項２３に記載の方法であって、浸食プロファイル上の磁石手段の中心 線の位置での少なくとも一つの変化の影響を計算する前記工程が、繰り返して実 行される、ところの方法。
25. ２５．請求項１４に記載の方法であって、磁石手段の位置を調節する前記工程が 、磁石手段の中心線の位置が少なくとも一点で変化するとき、得られるウェーハ 上に付着した膜の特性を計写する工程から成る、ところの方法。
26. ２６．請求項２５に記載の方法であって、前記スパッタされた膜の特性が厚さの 一様性である、ところの方法。
27. ２７．基板の上に所望の特性のスパッタ膜を得るために、マグネトロンスパッタ リング装置に使用する、閉ループとなった回転可能な磁石手段を形成する方法で あって、前記閉ループとなった磁石がスパッタターゲットに所定の浸食プロファ イルを生成するように形成され、前記所定の浸食プロファイルの形状が、スパッ タ源の動作条件の下で、スパッタされる材料により作られるスパッタターグット の表面から放出する原子の角度分布を少なくとも一次で定義する分布関数を決定 する工程、 スパッタ源の表面と基板との間の間隔を決定する工程、基板の大きさに関してス パッタ源の大きさを決定する工程、および スパッタ源の動作条件、源と基板との間隔、分布関数、および基板とターゲット との相対的な大きさを考慮して、前記基板上に前記所望の膜特性が得られろ浸食 プロファイルを計算する工程、 によって決定されるところの方法。
28. ２８．請求項２７に記載の方法であって、前記所望の膜特性が膜厚の一様性であ る、ところの方法。
29. ２９．請求項２７に記載の方法であって、前記所望の膜特性がステップカバレー ジである、ところの方法。
30. ３０．前記所望の膜特性がバイアを充填することができることである、請求項２ ７に記載の方法。