JPH09143713A - スパッタリング装置のマグネトロンユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁界の強度および形を自由に変化させ、経時
変化時のエロージョン形成による悪影響を抑制して、均
一な膜厚および膜質の薄膜を形成する。 【解決手段】スパッタリング装置のターゲット１３の裏
面側に位置して軸周りに回転し、ブラケット２２のター
ゲット１３側に環状の磁石２６ａ、２６ｂを径方向に多
重配置したマグネトロンユニット２０である。ブラケッ
ト２２は分割構成され、内側の磁石２６ａを保持するブ
ラケット２２ａと外側の磁石２６ｂを保持するブラケッ
ト２２ｂとは、それぞれ独立して軸方向に移動可能とな
っている。磁石２６ａ、２６ｂの下端面とターゲット１
３との間の距離を、内側と外側とで変えることで、磁界
の強度や形を自由に変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ上に集積回
路を形成する場合等に用いられるスパッタリング装置に
係り、特に、発生されるプラズマの密度を高めるために
スパッタリング装置に用いられるマグネトロンユニット
に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は、グロー放電中に
おいて放電用ガスの正イオン、通常はアルゴンイオンを
陰極であるターゲットに衝突させ、そこからスパッタさ
れるターゲット原子を陽極であるウェハ上に堆積させて
成膜を行うものである。

【０００３】このようなスパッタリング装置において
は、ターゲットの表面近傍のプラズマ密度を高めてスパ
ッタ効率を上げるために、いわゆるマグネトロン方式が
広く採用されている。この方式では、複数の磁石から構
成されたマグネトロンユニットをターゲットの裏面側に
配置し、ターゲット表面に平行な磁界を発生させること
としている。この磁界はターゲットとウェハとの間の電
界と交差するため、ターゲットからスパッタされた電子
はターゲット近傍で閉じ込められ、プラズマ密度が高め
られる。

【０００４】従来のマグネトロンユニットは、例えば図
６および図７に示すように構成されている。同図に示す
マグネトロンユニット１は、円板状のターゲット２の裏
面側に配置され、軸周りに回転自在に設けられている。
そして、このマグネトロンユニット１は、図示を省略し
た駆動源と、この駆動源に連結された回転軸３の下端に
円板状の保持板４を設けてなるブラケット５と、保持板
４の下面４ａに配置された２個の環状の磁石６、７とか
ら構成されている。回転軸３はターゲット２と同軸的に
設けられ、保持板４はターゲット２の有効面（スパッタ
に寄与する面）とほぼ同一径に形成されている。一方、
磁石６、７は、所定の中心Ｃを取り囲むように径方向に
多重配置されており、両磁石６、７のターゲット２側の
各磁極端は、互いに極性が異なるように設けられてい
る。また、磁石６、７の所定の中心Ｃは、回転軸３の回
転中心Ｏからずらされている。

【０００５】このような構成のマグネトロンユニット１
では、図６において破線で示すように、内側の磁石６と
外側の磁石７との間の磁力線が平衡してトンネル状の磁
界を形成し、ターゲット２からスパッタされた電子はタ
ーゲット２近傍で閉じ込められ、プラズマ密度が高めら
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
マグネトロンユニット１を備えたスパッタリング装置で
は、電界と磁界とが直交しているターゲット２に円環状
に放電が集中し、その部分が最も顕著にスパッタされ
る。長時間スパッタすると、円環状の放電のために、タ
ーゲット２表面が不均一にスパッタされ、図６に示すよ
うな円環状のエロージョン８ができる。そして、エロー
ジョン８ができた場合でも同じ強度で磁界を形成する
と、スパッタの角度（方向）や強さが変化してしまう。

【０００７】このような不均一スパッタの発生は、ター
ゲット２の利用率を減少させるとともに、形成される膜
厚の分布や膜質等に変化をもたらしてしまう。

【０００８】このため、磁石６、７の所定の中心Ｃを回
転軸３およびターゲット２の中心Ｏからずらすととも
に、磁石６、７を回転させてターゲット２全体で均一な
スパッタが生じるように図っているものの、その効果は
不十分であった。また、磁石６、７の下端面とターゲッ
ト２表面との間の距離Ｄ（図６参照）が、プラズマ放電
の制御に非常に重要であることに着目し、磁石６、７を
ターゲット２に対して接近離反自在に構成した装置もあ
るが、磁石６、７を一体に上下動させて磁界の強さを変
えても磁界の形を自由に変えることはできなかった。

【０００９】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、磁界の強度および形を自由に変化させ、
経時変化のエロージョン形成による悪影響を抑制して、
均一な膜厚および膜質の薄膜を形成することができるス
パッタリング装置のマグネトロンユニットを提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、スパッタリング装置のター
ゲットの裏面側に位置して軸周りに回転し、ブラケット
のターゲット側に環状の磁石を径方向に多重配置したス
パッタリング装置のマグネトロンユニットにおいて、前
記ブラケットを径方向に分割構成するとともに、内側の
磁石を保持するブラケットと外側の磁石を保持するブラ
ケットとをそれぞれ独立して軸方向に移動可能とし、前
記内側の磁石を保持するブラケットと前記外側の磁石を
保持するブラケットとを一体に回転可能とした。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に係るス
パッタリング装置のマグネトロンユニットにおいて、内
側の磁石と外側の磁石とで磁気回路を構成することを特
徴とする。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１に係るス
パッタリング装置のマグネトロンユニットにおいて、内
側の磁石と外側の磁石とはそれぞれ独自の磁気回路を構
成することを特徴とする。

【００１３】本発明のスパッタリング装置のマグネトロ
ンユニットにおいては、内側の磁石を保持するブラケッ
トと外側の磁石を保持するブラケットとをそれぞれ独立
して軸方向に移動可能としたので、内側の磁石と外側の
磁石とを一体としてターゲットに接近離反させることが
できるのは勿論のこと、磁石の端面とターゲット表面と
の間の距離を、内側の磁石と外側の磁石とで変えること
ができる。したがって、磁界の強度を自由に変えること
ができ、さらに磁界の形も自由に変えることができる。
その結果、形成される薄膜は、膜厚が均一でかつ膜質も
均質なものとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図３に、本発明が適用されたスパッタリ
ング装置を示す。このスパッタリング装置１０は、内部
にスパッタリング室１１を有するハウジング１２と、ハ
ウジング１２の上部に配置された円形のターゲット１３
とを備えている。ハウジング１２内の下部にはウェハ支
持ペディスタル１４が設けられており、ウェハ１５はこ
のウェハ支持ペディスタル１４上で支持され、ターゲッ
ト１３の下面に対して平行に対向配置されている。ま
た、ターゲット１３とウェハ１５との間には、ターゲッ
ト原子の漏出を防止すべくシールド１６が設けられてい
る。

【００１５】ターゲット１３とウェハ支持ペディスタル
１４（すなわち、ウェハ１５）とには、それぞれ直流電
源１７の陰極と陽極が接続されている。図示を省略した
ガス導入管から真空とされたスパッタリング室１１に放
電用アルゴンガスを導入し、直流電源１７によりターゲ
ット１３とウェハ１５との間に電圧を印加すると、グロ
ー放電が発生する。このとき、プラズマ中のアルゴンイ
オンがターゲット１３表面に衝突し、ターゲット原子を
はじき出し、このターゲット原子がウェハ１５上に堆積
して薄膜が形成される。

【００１６】ターゲット１３の裏面側、すなわちターゲ
ット１３の上方には、スパッタリング室１１内で発生し
たプラズマの密度を高めるために、マグネトロンユニッ
ト２０が配置されている。

【００１７】図１および図２は、内側の磁石と外側の磁
石とで磁気回路を構成するマグネトロンユニット２０の
実施形態を示している。このマグネトロンユニット２０
は、ターゲット１３上で軸周りに回転できるように駆動
源２１（図３参照）を備えている。この駆動源２１に
は、ブラケット２２が連結されている。このブラケット
２２は、内側のブラケット２２ａと外側のブラケット２
２ｂとに径方向に分割構成されている。内側のブラケッ
ト２２ａの回転軸２３ａと外側のブラケット２２ｂの回
転軸２３ｂとはスプラインで結合され、内側のブラケッ
ト２２ａと外側のブラケット２２ｂとは、回転は一体で
あるが、軸方向にそれぞれ独立して移動可能に設けられ
ている。

【００１８】内側の回転軸２３ａおよび外側の回転軸２
３ｂの各下端には、それぞれ円板状の保持板２４ａおよ
び逆皿状の保持板２４ｂが設けられている。内側の保持
板２４ａと、外側の保持板２４ｂの外周フランジ部２５
とは、軸方向の位置が同じになった時、あたかも一枚の
円板となるように形成されており、外側の保持板２４ｂ
の外径はターゲット１３の有効面外径（スパッタに寄与
する面の外径）とほぼ同一径に形成されている。

【００１９】一方、各保持板２４ａ、２４ｂの下面に
は、それぞれ環状の磁石２６ａ、２６ｂが径方向に多重
配置されている。各磁石２６ａ、２６ｂの各磁極端は、
互いに極性が異なるように、例えば内側の磁石２６ａの
下側磁極端はＳ極に、外側の磁石２６ｂの下側磁極端は
Ｎ極になっている。そして、これら磁石２６ａ，２６ｂ
は、所定の中心Ｍを取り囲むように配置され、この所定
の中心Ｍは、回転軸２３ａ、２３ｂの回転中心Ｏからず
らされている。

【００２０】上記構成のマグネトロンユニット２０を具
備した図３に示すスパッタリング装置を用いてウェハ１
５上に薄膜を形成するには、次のように行う。例えば１
枚のターゲット１３で１００００枚のウェハ１５に薄膜
を形成する場合、２０００毎にチェック用のウェハ１５
を入れ、経時変化に応じた磁界の強度や形の最適値を予
め求めておき、そのデータを制御装置に記憶させてお
く。そして、そのデータに基づき、適当な時点で駆動源
２１を制御し、内側のブラケット２２ａや外側のブラケ
ット２２ｂを適宜上下動させ、各磁石２６ａ、２６ｂの
下端面とターゲット１３表面との間の距離を変化させ
る。

【００２１】ここで、各ブラケット２２ａ、２２ｂの上
下動は、両者を一体に上下動させてもよいし、内側のブ
ラケット２２ａと外側のブラケット２２ｂとをそれぞれ
独立させて行ってもよい。図１は、内側の磁石２６ａの
下端面とターゲット１３表面との間の距離を、外側の磁
石２６ｂの下端面とターゲット１３表面との間の距離よ
りも短くした場合を示している。

【００２２】このように、内側の磁石２６ａの下端面と
外側の磁石２６ｂの下端面とで段差をつけると、磁界の
強さだけでなく、段差がない場合と比べて磁界の形を変
えることができる。その結果、形成される薄膜の膜厚は
均一となり、膜質も均質となる。図１の破線は、変形し
た磁力線を示している。

【００２３】（実施形態２）図４および図５は、内側の
磁石と外側の磁石とはそれぞれ独自の磁気回路を構成す
るマグネトロンユニット３０の実施形態を示している。
このマグネトロンユニット３０における駆動源およびブ
ラケットは、前記実施形態１と同一の構成、作用である
ので、図４においては図１と同一符号をもって示し、そ
の説明は省略する。

【００２４】すなわち、本実施形態のマグネトロンユニ
ット３０においては、各保持板２４ａ、２４ｂの下面に
は、それぞれ断面コ字状で環状の磁石３１ａ、３１ｂが
径方向に多重配置されている。各磁石３１ａ、３１ｂ
は、それぞれ独自の磁気回路を構成するように極性が設
定されている。例えば、内側の磁石３１ａでの下端にお
ける内磁極端はＮ極、外磁極端はＳ極になっており、外
側の磁石３１ｂでの下端における内磁極端はＳ極、外磁
極端はＮ極になっている。そして、これら磁石３１ａ，
３１ｂは、前記実施形態１と同様に、所定の中心Ｍを取
り囲むように配置され、この所定の中心Ｍは、回転軸２
３ａ、２３ｂの回転中心Ｏからずらされている。

【００２５】上記構成のマグネトロンユニット３０は、
図３に示すスパッタリング装置に適用され、そのスパッ
タリング装置によりウェハ１５上に薄膜が形成される。
薄膜の形成は、実施形態１と同様で、予め求めておいた
データに基づき、適当な時点で駆動源２１を制御し、内
側のブラケット２２ａや外側のブラケット２２ｂを適宜
上下動させ、各磁石３１ａ、３１ｂの下端面とターゲッ
ト１３表面との間の距離を変化させる。

【００２６】ここで、各ブラケット２２ａ、２２ｂの上
下動は、両者を一体に上下動させてもよいし、内側のブ
ラケット２２ａと外側のブラケット２２ｂとをそれぞれ
独立させて行ってもよいのは、実施形態１と同様であ
る。図４は、内側の磁石３１ａの下端面とターゲット１
３表面との間の距離を、外側の磁石３１ｂの下端面とタ
ーゲット１３表面との間の距離よりも短くした場合を示
している。図４において、破線は磁力線である。

【００２７】本実施形態では、各ブラケット２２ａ、２
２ｂの上下動により、内側の磁石３１ａの磁界の強さと
外側の磁石３１ｂの磁界の強さをそれぞれ自由に変化さ
せることができるうえ、内側の磁石３１ａの下端面と外
側の磁石３１ｂの下端面とで段差をつけると、磁界の強
さだけでなく、磁界の形を変えることができる。

【００２８】なお、上記実施形態では、磁石２６ａ，２
６ｂ，３１ａ，３１ｂが、一体の環である場合について
説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、
例えばチップ状の棒磁石を所定の円周上に連続して配置
し、全体として環状になっているものを用いてもよい。

【００２９】また、環状の磁石を多重配置するとは、実
施形態のように二重のものだけでなく、三重以上のもの
も含む。

【００３０】さらに、ターゲット１３およびマグネトロ
ンユニット２０、３０とウェハ１５との上下の位置関係
は、ターゲット１３およびマグネトロンユニット２０、
３０を装置内下部とし、ウェハ１５を上部とした配置に
してもよい。また、同様の相互における位置関係を保ち
つつ、全体的に垂直にした配置にしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明のスパッタリング
装置のマグネトロンユニットによれば、内側の磁石と外
側の磁石とを一体としてターゲットに接近離反させるこ
とができるのは勿論のこと、磁石の端面とターゲット表
面との間の距離を、内側の磁石と外側の磁石とで変える
ことができるので、磁界の強度を自由に変えることがで
き、さらに磁界の形も自由に変えることができる。した
がって、形成される薄膜は、膜厚が均一でかつ膜質も均
質なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１のマグネトロンユニットを
示す一部を縦断した正面図である。

【図２】図１における磁石のみを示すＩＩーＩＩ線断面
矢視図である。

【図３】本発明のマグネトロンユニットを備えたスパッ
タリング装置を示す概略構成図である。

【図４】本発明の実施形態２のマグネトロンユニットを
示す一部を縦断した正面図である。

【図５】図４における磁石のみを示すＶーＶ線断面矢視
図である。

【図６】従来のマグネトロンユニットを示す一部を縦断
した正面図である。

【図７】図６における磁石のみを示すＶＩＩーＶＩＩ線
断面矢視図である。

【符号の説明】

１０…スパッタリング装置、１３…ターゲット、２０，
３０…マグネトロンユニット、２１…駆動源、２２…ブ
ラケット、２２ａ…内側のブラケット、２２ｂ…外側の
ブラケット、２３ａ…内側の回転軸、２３ｂ…外側の回
転軸、２４ａ…内側の保持板、２４ｂ…外側の保持板、
２５…フランジ部、２６ａ，３１ａ…内側の磁石、２６
ｂ，３１ｂ…外側の磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリング装置のターゲットの裏面
   側に位置して軸周りに回転し、ブラケットのターゲット
   側に環状の磁石を径方向に多重配置したスパッタリング
   装置のマグネトロンユニットであって、 前記ブラケットを径方向に分割構成するとともに、内側
   の磁石を保持するブラケットと外側の磁石を保持するブ
   ラケットとをそれぞれ独立して軸方向に移動可能とし、 前記内側の磁石を保持するブラケットと前記外側の磁石
   を保持するブラケットとを一体に回転可能としたことを
   特徴とするスパッタリング装置のマグネトロンユニッ
   ト。
2. 【請求項２】 前記内側の磁石と前記外側の磁石とで磁
   気回路を構成することを特徴とする請求項１記載のスパ
   ッタリング装置のマグネトロンユニット。
3. 【請求項３】 前記内側の磁石と前記外側の磁石とはそ
   れぞれ独自の磁気回路を構成することを特徴とする請求
   項１記載のスパッタリング装置のマグネトロンユニッ
   ト。