JPH09512588A

JPH09512588A - コリメータを用いた蒸着におけるスパッタターゲット浸食部制御方法

Info

Publication number: JPH09512588A
Application number: JP7525146A
Authority: JP
Inventors: ハーウィットスティーブン; ワグナーイスラエル
Original assignee: マテリアルズリサーチコーポレーション
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1997-12-16
Also published as: AU1263395A; DE69418729D1; WO1995026566A1; EP0753201A1; KR100326506B1; KR970702570A; DE69418729T2; CA2186505A1; EP0753201B1; TW278206B

Abstract

(57)【要約】スパッタリングカソード組立体は、特に均一なコーティングを提供する。この組立体は、スパッタターゲット（１０）と、このスパッタターゲットとコーティングされるウェハ（１５）との間に配置されるコリメータ（２０）とを有している。マグネット構造体は、好ましくは回転式であって、上記ターゲット（１０）の周辺部の周りの浸食溝（１８）と、この溝（１８）の内部の少なくとも溝の半分の深さ、好ましくは溝の６０％乃至７５％の深さの比較的浅い浸食領域とを形成するように、プラズマを成形する。この組立体は、コリメータのアスペクト比が０．５を越える場合、特にアスペクト比が１．０乃至２．０強であるコリメータとと共に用いられて蒸着される膜厚の均一性を高め、ターゲットが経年変化しても有用である。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称コリメータを用いた蒸着におけるスパッタターゲット浸食部制御方法技術分野本発明は、スパッタ蒸着法に関し、特に、スパッタコーティングにおけるカソード組立体、さらに詳しくは、コリメータを用いた蒸着に用いられる、マグネトロンスパッタにおけるカソード組立体の設計及び利用に関する。背景技術従来から、スパッタ蒸着法において、蒸着された薄膜の膜厚を均一にするために多大な注意が払われてきた。スパッタコーティングにより薄膜を半導体ウェハ表面に蒸着し、量産する工程において、特に、高速な蒸着が要求される場合、マグネトロンによってプラズマを発生させ、プラズマを成形することにより、スパッタされるターゲットの浸食部を決定する方法が多く採用されている。これにより、ターゲット表面の各部分のターゲット部材の消耗率と、ウェハ基盤上の蒸着率がコントロールされる。近年、半導体ウェハ製造用のスパッタコーティング装置の使用者及び同装置の製造業者の間で、スパッタコーティング材料をターゲットから叩き出すスパッタコーティングの工程に、回転マグネット構造体を用いて、イオンにより生成されるプラズマを磁気的にコントロールするスパッタコーティングターゲット及びカソード組立体が望まれている。そのような回転マグネットを用いたスパッタターゲット及びカソード組立体の例が、米国特許第５、１３０、００５号、MAGNETRO N SPUTTER COATING METHOD AND APPARATUS WITH ROTATING MAGNET CATHODEに開示されている。ここでは、この米国特許を参照することとする。スパッタリングカソード組立体の設計においては、コーティングされる基板表面に対してターゲットを大きくすることにより、基板表面に蒸着される膜厚の均一性が改善されることが知られている。理論上、他のパラメータをすべて同じくして、浸食部が均一であるターゲットの大きさを無限大とすれば、コーティングの不均一は解消される。なぜなら、コーティングの不均一は、基板の中央部付近より基板の端部付近の方がスパッタリングソースが少ないことにより生ずるからである。しかしながら、実際にはスパッタターゲットの大きさには限度がある。通常、直径がコーティングされるウェハの２倍乃至３倍のターゲットが円形のウェハ基板のコーティングに使用されている。しかし、この場合、ターゲットが均一に浸食されたとすると、基板の縁部から中央部に向かってより厚い膜が蒸着する事になる。そこで、カソード組立体の製造の際、端部のみが薄くコーティングされることなく、また、その他の要因により蒸着するスパッタ膜が不均一にならないような、最適なターゲットの浸食部を形成すべき設計が行われてきた。この設計の最適化は、一般的には、プラズマ形成に用いられるマグネット構造体の形状を選択することにより行われている。例えば、通常、マグネットアセンブリは、ターゲット端部の周りにより多くのプラズマをトラップする強磁界を生成するように設計され、端部においてコーティングが薄くなることを防いでいる。これにより、基板付近のターゲットは、その領域の狭さを埋め合わすべく、高速に浸食する。また、蒸着が行われるウェハの表面が平坦ではなく、ミクロサイズのビアを有するウェハ表面に垂直な壁部を有して段状に形成されている場合、新たな問題が生じる。例えば、段状部分の陰になったビアの底部にスパッタコーティングを行う必要がある場合がある。このような場合、ビアの段状部分に過度のコーティングがなされる前に、ビアの底部に十分なコーティングを施さなくてはならない。この問題は、ターゲットと半導体ウェハとの間にコリメータを配置し、ターゲットから浅い角度でウェハに入射する粒子の量を制限することにより解決される。すなわち、コリメータを配置することにより、ターゲットから基板に向かって移動するスパッタ部材の粒子の入射角は、ターゲットに対して垂直に近い角度に制限される。これにより、ビアの側壁の蒸着率が減じられるため、ターゲット及びウェハに垂直に移動する粒子がビアの底部に向かう際、物理的に遮られることはない。ターゲットとスパッタコーティングされる基板との間にコリメータを用いる場合、ウェハに対するターゲットのサイズは、コリメータを用いないスパッタリングとは異なる効果を生じる。その結果、コリメータを用いない方式において、均一な薄膜を得るために最適化されたスパッタリングカソードの設計は、コリメータを用いた場合には最適とはならない。したがって、ウェハ上に部分的に存在するビアの底部は、ウェハの他の部分とは異なる蒸着率及び異なる膜厚でコーティングされる。本出願人は、コリメータを用いない方式においては、理想的であったカソード組立体に、コリメータを用いた場合、ウェハ基板の端部付近では蒸着が過度に行われ、ウェハの端部から離間した中央部付近では蒸着が不十分となる傾向があることを見出した。また、コリメータを用いたスパッタコーティング方式でのスパッタコーティングされる薄膜の膜厚の均一性を改善するため、スパッタリングカソード組立体のテストや誤差の修正も行われてきた。これにより特定のコリメータで改善が得られたものの、コリメータの設計を変更すると改善が得られないことが多い。実際、コリメータ及びスパッタターゲットが経年変化する過程で、上記のようにある程度偶然性に依存せざるを得ないカソード組立体の設計による改善の効果は持続しないことが知られている。さらに、本出願人は、コリメータ及びターゲットが損耗し、アスペクト比と称されるコリメータ設計時のパラメータが変化することにより、薄膜の均一性が変化することを見出した。通常、コリメータは、ターゲットと基板との間に挿入された、粒子の通路となる整列した複数の孔を有する格子状に形成されている。コリメータの孔の形状は、適当な直径を有する円形、または同等の寸法の六角形あるいは四角形である。また、コリメータの厚さとは、ターゲット及び基板に垂直な方向であり、粒子がターゲットからウェハ表面に移動する際に孔を通過する寸法である。コリメータのアスペクト比は、通常、コリメータの孔の有効直径に対するコリメータの厚さの比として定義される。このアスペクト比が高いほど、コリメータに直角にターゲットから基板に、すなわちコリメータと平行な基板表面に移動する粒子を制限するコリメータの効果が大きくなる。少なくともコリメータの一部に、上述のコリメータが損耗する過程にアスペクト比の変化が引き起こる。これは、コリメータの孔を通過しない入射角の浅い粒子が、コリメータの孔のない網状の部分または、孔の内壁によりブロックされ、コリメータの孔の周囲をコーティングし、この孔を狭くしてしまうためである。したがって、本出願人は、特定のアスペクト比を有するコリメータにより、膜厚の均一性を許容範囲に保つための浸食部を得るように最適化されたカソード組立体が、コリメータ使用する過程で最適ではなくなることを見出した。さらに、蒸着される膜厚が大きいほど、コリメータがコーティングされ、実用性を失うに至る率が増す。特定の、あるいは狭い範囲のアスペクト比を有するコリメータのみに適用されるカソード組立体の設計は、スパッタ部材を比較的厚く蒸着するには有効でなく、例えば、チタンまたは窒化チタンのバリヤ層等の極めて薄い薄膜にのみ用いて有効である。コリメータを用いて、特にその視野を計算して設計されたコリメータを用いて蒸着を行う際の薄膜の膜厚の均一性を維持するため、スパッタリングカソードの設計、特に、スパッタリングカソード設計のマグネトロン及び他のプラズマを成形する組立体について、体系的な基準を設ける必要がある。また、コリメータを用いたスパッタコーティングの材料をより多くの物質に拡張することができるように、また、コリメータを用いたスパッタ蒸着をより効率的且つ有効にするために、上述の問題を克服しなければならない。発明の開示本発明は、コリメータと共に用いられた場合に均一な蒸着を行えるスパッタターゲットの浸食部を形成するカソード組立体を提供することを目的とする。また、本発明は、広範囲のアスペクト比を有するコリメータと共に用いられた場合にも均一な蒸着を行えるスパッタコーティング装置のカソード組立体を提供することを目的とする。さらに、本発明は、コリメータのアスペクト比が使用しているうちに変化しても均一な蒸着を行うことのできるカソード組立体の設計を提供することを目的とする。また、本発明の原理によれば、スパッタターゲットを浸食して、ターゲットの外端部付近の、深い、好ましくは非対称のガウス曲線に近似した浸食形状を有する、ターゲットの内部領域内でほぼ均一な浸食部を形成する方法及び装置が提供される。本発明の好適な実施例によれば、本発明方法及び装置による浸食部は、ターゲットの外端部付近の比較的深いエンハンスメントと、ターゲットの中央部付近の特定の浅い浸食領域と、上記中央部と端部領域との間のある程度平坦な中間環状領域とを有する。さらに、本発明によれば、スパッタコーティング装置において、上述のカソード組立体が、約０．５より大きいアスペクト比のコリメータと共に供給される。また、好ましくは、少なくとも約１．０のアスペクト比、さらに好ましくは、１．０から少なくとも２．０までの範囲にあるアスペクト比のコリメータと共に供給される。さらに、本発明の好適な実施例によれば、カソード組立体は回転マグネット構造体を有し、この回転マグネット構造体は、スパッタターゲットと共に上述の浸食部を形成する。本発明方法及び装置は、広範囲のアスペクト比のコリメータと共に用いられた場合、均一な蒸着を提供する。また、本発明は、スパッタターゲットに形成される浸食部を変更することにより、コリメータを用いて実現可能な膜厚均一性を改善することの利点を提供する。さらに、本発明は、一定範囲のコリメータのアスペクト比で行われる特定の特性を含む、ある範囲のターゲット浸食部を提供する。さらに、本発明は、ターゲットが深く浸食され、基板からスパッタ表面までの距離が変化しても、なお一貫性を持つターゲット浸食部を提供する。本発明の上記及びその他の目的及び利点は、以下の記載により明らかになる。図面の簡単な説明図１は、一般的な、コリメータを用いないスパッタターゲットとウェハを示す図である。図２は、図１のスパッタターゲットを、比較的低いアスペクト比のコリメータと共に示す図である。図３は、図２と同様で、コリメータのアスペクト比を高めた場合を示す図である。図４は、図３と同様であるが、コリメータのアスペクト比をさらに高めた場合を示す図である。図５は、コリメータを用いない場合のターゲット浸食部を示す式を表すグラフである。図６は、図５と同様であるが、広範囲のアスペクト比を有するコリメータを用いた場合のターゲット浸食部を示す式を表すグラフである。図７は、図５の浸食部を形成するカソード組立体を用いたスパッタリング装置にコリメータを導入した場合に測定された膜厚の均一性を示すグラフである。図８は、図７と同様であるが、図６の浸食部によるターゲットを用いた場合の膜厚の均一性を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態基板上に均一な膜厚の薄膜を蒸着するスパッタ蒸着において、均一性の程度は、基板の大きさ、ターゲットと基板との間隔、ターゲットにおける浸食部の具体的な形状と大きさ等に深く関係していることは知られている。しかしながら、基板表面の立体的な部分、特にミクロサイズの段状部分の側壁や底部におけるコーティングを改善するために屡々行われる、コリメータのターゲットと基板との間の挿入がなされた場合、膜厚の均一性は著しく変化する。また、コリメータを使用しているうちに、あるいは使用条件に適応するために利用者がコリメータのアスペクト比を選択的に変更することにより、膜厚の均一性は変化する。したがって、コリメータの使用を考慮に入れず決定された浸食部を有するターゲットについて、コリメータを用いても、最良の膜厚の均一性は得られない。その理由を図１乃至３に示す。図１は、円形ターゲット１０の断面を概略的に示すものである。ターゲット１０上には、ターゲット１０の径上の各点からスパッタ部材がスパッタリングされる相対的な度合いであるスパッタ率を表す浸食部１２が示されている。この浸食部１２（profile）は、カソードが、特にコリメータの使用を想定せず、各パラメータを設定した場合に、ターゲット１０に形成される浸食部を表している。基板１５上の任意の点１３、１４は、いずれも、いかなる制限もなくターゲット表面全体を視野に入れている。しかし、ターゲット１０の端部または縁部１６付近の点１３のような点は、ターゲット１０上のより中央に近い点１４のような点に比べ、ターゲットを視野に入れる視野角が狭いため、その点に近いターゲット１０の領域のスパッタ率がより高くなければ、スパッタにより受け取るスパッタ部材の量が中央に近い点に比べ少なくなる。そこで、浸食部１２は、基板１５の表面の全ての点において同じ膜厚を形成するために、ターゲット端部１６付近に深い浸食溝１８を有するように設計されている。このような設計は、無限大の直径を持つターゲットからスパッタリングされた場合に得られる膜厚の理論上の完全な均一性に、近似した均一性を得るためのものである。図２は、アスペクト比約１という低アスペクト比のコリメータ２０の効果を示す。アスペクト比は、コリメータセル２１の幅Ｗに対する厚さＴの比として定義される。このようなコリメータ２０を用いると、例えば点１４のような基板１５上の点からの視野角は、セル２１の側壁２２により制限され、コリメータを介してターゲット１０上で視野に入れることのできる領域２５に対する角度２４に限られる。ウェハ１３の端部の点１３は、角度２４と等しい角度２６でターゲット１０の一部を視野に入れることになる。しかしながら、ターゲット１０は、角度２６による視野内に全域に亘っては存在しないので、点１３のターゲット１０に関する視野の範囲は、点１４から見た領域２４よりも狭いターゲット１０の領域２８となる。また、コリメータの側壁２２は、ターゲット１０の一部と点１３、１４を結ぶ線を遮るので、各点には、図１に示すコリメータを用いない場合に、一定時間内に同点に供給されるコーティング材より少ないコーティング材しか供給されない。ここで、浸食部１２を用いると、コリメータは、点１３、１４にそれぞれ異なる影響を与える。例えば、蒸着率は、点１４より点１３の方が低く、基板１５上の点１３と１４とでは蒸着された膜厚の均一性に違いが生じる。図３は、アスペクト比約３という比較的高いアスペクト比を有するコリメータ３０の効果を示す。ウェハ１５上の点１３、１４の視野内の領域、例えば、領域３１、３２がコリメータ３０の側壁３４によりさらに制限されているので、図２の領域２５、２８よりさらに狭い。同じ浸食部１２を用いると、コリメータ３０では、点１３と１４とにおける膜厚のコーティングに関する均一性の相違が、図２のコリメータ２０を用いた場合より大きくなる。図４は、アスペクト比約４というさらに高いアスペクト比を有するコリメータ４０の効果を示す。ウェハ１５上の点１３、１４の視野内の領域、例えば、領域４１、４２は、コリメータ４０の側壁４４により、図３の領域３１、３２よりさらに制限されている。同じ浸食部１２を用いると、コリメータ４０では、点１３と１４とにおける薄膜のコーティングの均一性の違いが、図２のコリメータ２０及び図３のコリメータ３０の場合より大きくなる。しかしながら、コリメータ４０では、領域４１、４２は、いずれも完全にターゲット１０の表面にあるので、深い浸食溝１８は、以下に説明するように逆効果となる。コリメータを用いたスパッタ蒸着の場合、理論上、理想的な膜厚の均一性は、半径が基板の半径＋Ｗｄ／ｔ（ｄはターゲットと基板の距離）であり、且つ均一に浸食されるターゲットにより実現される。Ｗ／ｔは、コリメータ孔の幅と厚さの比であり、コリメータのアスペクト比の逆数である。コリメータを用いないスパッタ蒸着では、理想的な膜厚の均一性は、無限大の直径の均一に浸食されたターゲットにより実現される。実際の限られたサイズのターゲットにおいて、このターゲットのサイズの制限を克服するために、均一ではないターゲットの浸食を行う必要がある。したがって、ターゲット１０の端部付近において、図１乃至４の溝１８により示される深い浸食が行われる。この場合、コリメータを用いた場合と用いない場合とでは、最適化された浸食溝の形状に大きな違いが生じる。このような形状は、以下の式により簡潔に定義される。式（１）ここで、ｙ：浸食度ｘ：ターゲットの中心からの距離ｘ₀：浸食溝の深度のピークまでの半径ａ₀：ｘ≦ｘ₀の場合の最小浸食度Ｉ₀：ａ₀からの浸食溝の深さ σ：浸食溝の半値幅式（１）は図５に示される。これは、ターゲットの中央領域における均一な浸食及び端部付近の、磁界の影によりスパッタ率を増した浸食度の深い領域すなわち浸食溝を包絡線で示している。コリメータを用いないスパッタリングにおいては、コーティングされるウェハの２倍乃至３倍の直径のターゲットを用いると、ａ₀ はＩ₀の約２０％になるのが一般的である。ターゲットの材料の特性、スパッタされた粒子のガス拡散、スパッタされた粒子の固着係数、実際のマグネットの構造等の変数及びターゲットの浸食に関わるその他のパラメータも考慮に入れ、それらの変数の微妙な変化に対応する浸食部を描くより実効的な式を示す。図６は、式（２）を用いて得られる包絡線である。式２ここで、ｍ：平坦部での最小浸食強度、すなわちｘ_c≦ｘ≦ｘ₀で、ｍ＋Ｉ₀＝１．０また、これは、平坦部での浸食度の変化を示す。ここで、Ｉ_i＝変化のピーク＜（ｎ−ｍ）、ｘ₀＝端部の浸食溝までの半径、ｘ_i＜ｘ₀、 σ_i＝ピークｉの半値幅である。また、これは、ｘ≦ｘ_cの場合の浸食度を示す。ここで、 σ₁＝端部の浸食溝の内側の半値幅である。また、これは、ｘ＞ｘ_bの場合の浸食度を示す。この値はｘの値が大きくなるほど０に近づくここで、 σ₂＝端部の浸食溝の内側の半値幅であるまた、＝ターゲット中央領域での浸食強度ここで、ｍ≦Ｉ₀≦ｎＩ₀：中央領域の最大浸食度、ｘ_c：中央領域の半径、である。上述の各式において、測定の精度及び半値幅σ等の定数は、ある程度任意であり、以下に説明する最適化処理におけるマグネット構造等の要因に基づいて選択される。パラメータの選択及び調整に基づく最適化の結果、値ｍ、ｎで表される包絡線が得られる。値ｍ、ｎは、周辺の溝の深さに対する内部平坦部の浸食の相対的深さと、この部分内の浸食ピークの最大変動とを示す。図７は、コリメータを用いない場合に±５％の誤差範囲内の均一性が得られるよう設計された浸食部を有するターゲットに対し、種々のアスペクト比を有するコリメータを用いた場合の精度を示し、図８は、式（２）による浸食部を用いて、本発明が精度を向上させた結果を示している。本発明によれば、ターゲットをコリメータと共に用いた場合、上述の図１乃至図４のような、ターゲットとウェハとコリメータとの幾何学的形状及び配置に基づいた計算がなされる。例えば、円形のターゲットと円形のコリメータと円形のウェハが全て同軸上に中心を持ち、ターゲットの直径、ウェハの直径、コリメータのアスペクト比、ターゲットとウェハの間隔、ウェハとコリメータの間隔が与えられたとすると、複数の計算方法のうち、最適の式を用いていくつかの計算が行われ、ウェハ上の各点の視野内にあるターゲット上の範囲が算出される。この算出結果は、ターゲットの浸食部が均一である場合、ウェハのコーティングに関わる領域を示している。そしてここで、本発明を適用した方法によれば、式（２）により表される浸食部が導入される。ターゲットの中央すなわち円心から一定半径ｘ上にある点について式（２）を計算することによって得られる値ｙ（ｘ）が与えられたターゲット表面の各点について計算が繰り返され、ウェハ表面の各点の視野内にある、式（２）から導かれる浸食部により与えられたターゲット領域の誤差を最小化する。上述の方法で用いた式（２）を用いることにより、最適な浸食部が得られるカソード組立体の設計に必要なパラメータが算出される。この式は、円形のマグネットの設計、特に、ターゲット、コリメータ及びウェハの円心を結ぶ軸を中心に回転する回転マグネット構造体の設計に好適である。この最適な浸食部の計算により、パラメータｍ、ｎ、Ｉ_i（Ｉ_cを含む）が得られる。これらパラメータは、例えば、マグネット構造体の磁力線の強度を調整するのに用いられる。浸食溝のピークまでの半径ｘ₀、ｘ₁、ｘ_cの値は、実現可能なマグネット構造体の構造に基づいて決定してもよく、また、最適化の過程において変更されてもよい。さらに、パラメータσ₁、σ₂、σ_cは、計算によって最適な値にされるのが望ましい。これらパラメータは、マグネット構造体のマグネットの構成及び強度の両者に影響する。上述の方法を用いて、式（２）に従って得られた浸食部に関するパラメータの例を以下に示す。ここで、相対浸食強度ｙは、ターゲットの円心あるいは軸からの距離ｘの関数である。実施例直径Ｄ_w＝８インチ（約２０．３ｃｍ）のウェハに対して、ターゲットの直径は、通常、Ｄ_T＝（１．２乃至１．５）×Ｄ_w、例えば、１１．５インチ（約２９．２ｃｍ）の範囲である。このような寸法のウェハとターゲットとの間隔は、好ましくは、３インチ（約７．６ｃｍ）から４．０インチ乃至４．５インチ（約１０．２乃至１１．４ｃｍ）（すなわち、３／８乃至１／２または３／８乃至９／１６Ｄ_w）である。さらに、このような構成におけるウェハとコリメータとの間隔は、１．２５インチ乃至１．７５インチ（約３．１８乃至４．４５ｃｍ）（すなわち、約３／１６Ｄ_w）である。そして、コリメータのアスペクト比が１．０乃至２．０程度の場合、マグネット構造体を設計するためのパラメータ、あるいはターゲットの浸食部を制御するためのパラメータは、ｍ＝０．６ｎ＝０．７５Ｉ_i＜（ｎ−ｍ＝０．１５） σ₁≦０．４５インチ、σ₂≦０．２５インチ、σ_c≦０．２５インチｘ₀＜０．２５インチとなる。上述の例では、ｘ₀での周辺溝より内側にあるターゲット領域の浸食の度合いは、周辺溝の最大の深さの約半分以上、好ましくは、周辺溝の深さの６０％乃至７５％とされる。この割合は、低いアスペクト比を有するコリメータの場合は小さく、高いアスペクト比を有するコリメータの場合は大きくなるが、何れにしても、コリメータを使用しない場合に用いられる浸食部による、中央部の深さの周辺の溝の深さに対する割合である２０％に比べれば、はるかに大きい。本実施例において、上述のパラメータの値により、１．０弱のアスペクト比乃至２．０強のアスペクト比を有するコリメータを用いた場合、ウェハ上に±５％の誤差範囲内でほぼ均一な蒸着が行われる。ターゲットやウェハやコリメータの寸法及び間隔が上述の例と多少異なった場合でも、同様のコリメータを用いて均一性が得られる。上述の、算出された浸食部は、米国特許第５、１３０、００５号「MAGNETRON SPUTTER COATING METHOD AND APPARATUS WITH ROTATING MAGNET CATHODE」に開示されたマグネット構造体に用いて、特に好適である。この米国特許は、本明細書で参照したものとする。上述の方法は、０．０５乃至５．０のアスペクト比を有するコリメータと共に用いた場合、有用な浸食部を提供する。また、上述のカソード組立体の設計は、約１．０から２．０程度の範囲内のアスペクト比を有するコリメータに、特に好適である。また、導き出された浸食部によって、スパッタターゲットと結合し、回転するマグネット構造体を含むカソード組立体の特性を特定することが可能となる。以上より、当業者は、記載した方法及び装置の実施例を容易に変更し、追加を加えることが可能であるが、それらはすべて本発明により開示された原理の範囲内にある。従って、出願人は特許請求の範囲を以下に示すものとする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年３月２５日【補正内容】発明の名称コリメータを用いた蒸着におけるスパッタターゲット浸食部制御方法技術分野本発明は、スパッタ蒸着法に関し、特に、スパッタコーティングにおけるカソード組立体、さらに詳しくは、コリメータを用いた蒸着に用いられる、マグネトロンスパッタにおけるカソード組立体の設計及び利用に関する。背景技術従来から、スパッタ蒸着法において、蒸着された薄膜の膜厚を均一にするために多大な注意が払われてきた。スパッタコーティングにより薄膜を半導体ウェハ表面に蒸着し、量産する工程において、特に、高速な蒸着が要求される場合、マグネトロンによってプラズマを発生させ、プラズマを成形することにより、スパッタされるターゲットの浸食部を決定する方法が多く採用されている。これにより、ターゲット表面の各部分のターゲット部材の消耗率と、ウェハ基盤上の蒸着率がコントロールされる。近年、半導体ウェハ製造用のスパッタコーティング装置の使用者及び同装置の製造業者の間で、スパッタコーティング材料をターゲットから叩き出すスパッタコーティングの工程に、回転マグネット構造体を用いて、イオンにより生成されるプラズマを磁気的にコントロールするスパッタコーティングターゲット及びカソード組立体が望まれている。そのような回転マグネットを用いたスパッタターゲット及びカソード組立体の例が、米国特許第５、１３０、００５号、MAGNETRO N SPUTTER COATING METHOD AND APPARATUS WITH ROTATING MAGNET CATHODEに開示されている。ここでは、この米国特許を参照することとする。スパッタリングカソード組立体の設計においては、コーティングされる基板表面に対してターゲットを大きくすることにより、基板表面に蒸着される膜厚の均一性が改善されることが知られている。理論上、他のパラメータをすべて同じくして、浸食部が均一であるターゲットの大きさを無限大とすれば、コーティングの不均一は解消される。なぜなら、コーティングの不均一は、基板の中央部付近より基板の端部付近の方がスパッタリングソースが少ないことにより生ずるからである。しかしながら、実際にはスパッタターゲットの大きさには限度がある。通常、直径がコーティングされるウェハの２倍乃至３倍のターゲットが円形のウェハ基板のコーティングに使用されている。しかし、この場合、ターゲットが均一に浸食されたとすると、基板の縁部から中央部に向かってより厚い膜が蒸着する事になる。そこで、カソード組立体の製造の際、端部のみが薄くコーティングされることなく、また、その他の要因により蒸着するスパッタ膜が不均一にならないような、最適なターゲットの浸食部を形成すべき設計が行われてきた。この設計の最適化は、一般的には、プラズマ形成に用いられるマグネット構造体の形状を選択することにより行われている。例えば、通常、マグネットアセンブリは、ターゲット端部の周りにより多くのプラズマをトラップする強磁界を生成するように設計され、端部においてコーティングが薄くなることを防いでいる。これにより、基板付近のターゲットは、その領域の狭さを埋め合わすべく、高速に浸食する。また、蒸着が行われるウェハの表面が平坦ではなく、ミクロサイズのビアを有するウェハ表面に垂直な壁部を有して段状に形成されている場合、新たな問題が生じる。例えば、段状部分の陰になったビアの底部にスパッタコーティングを行う必要がある場合がある。このような場合、ビアの段状部分に過度のコーティングがなされる前に、ビアの底部に十分なコーティングを施さなくてはならない。この問題は、ターゲットと半導体ウェハとの間にコリメータを配置し、ターゲットから浅い角度でウェハに入射する粒子の量を制限することにより解決される。すなわち、コリメータを配置することにより、ターゲットから基板に向かって移動するスパッタ部材の粒子の入射角は、ターゲットに対して垂直に近い角度に制限される。これにより、ビアの側壁の蒸着率が減じられるため、ターゲット及びウェハに垂直に移動する粒子がビアの底部に向かう際、物理的に遮られることはない。欧州特許出願第０４４０３７７号に、ターゲットとコーティングが行われる基板との間にコリメータを配置したスパッタリング装置が開示されている。ここでは、コリメータセルは、長さと直径の比が１：１乃至３：１である。また、ターゲットは、基板より径方向に大きく、粒子は、ほぼ均一にターゲットから放出される。ターゲットとスパッタコーティングされる基板との間にコリメータを用いる場合、ウェハに対するターゲットのサイズは、コリメータを用いないスパッタリングとは異なる効果を生じる。その結果、コリメータを用いない方式において、均一な薄膜を得るために最適化されたスパッタリングカソードの設計は、コリメータを用いた場合には最適とはならない。したがって、ウェハ上に部分的に存在するビアの底部は、ウェハの他の部分とは異なる蒸着率及び異なる膜厚でコーティングされる。本出願人は、コリメータを用いない方式においては、理想的であったカソード組立体に、コリメータを用いた場合、ウェハ基板の端部付近では蒸着が過度に行われ、ウェハの端部から離間した中央部付近では蒸着が不十分となる傾向があることを見出した。また、コリメータを用いたスパッタコーティング方式でのスパッタコーティングされる薄膜の膜厚の均一性を改善するため、スパッタリングカソード組立体のテストや誤差の修正も行われてきた。これにより特定のコリメータで改善が得られたものの、コリメータの設計を変更すると改善が得られないことが多い。実際、コリメータ及びスパッタターゲットが経年変化する過程で、上記のようにある程度偶然性に依存せざるを得ないカソード組立体の設計による改善の効果は持続しないことが知られている。さらに、本出願人は、コリメータ及びターゲットが損耗し、アスペクト比と称されるコリメータ設計時のパラメータが変化することにより、薄膜の均一性が変化することを見出した。通常、コリメータは、ターゲットと基板との間に挿入された、粒子の通路となる整列した複数の孔を有する格子状に形成されている。コリメータの孔の形状は、適当な直径を有する円形、または同等の寸法の六角形あるいは四角形である。また、コリメータの厚さとは、ターゲット及び基板に垂直な方向であり、粒子がターゲットからウェハ表面に移動する際に孔を通過する寸法である。コリメータのアスペクト比は、通常、コリメータの孔の有効直径に対するコリメータの厚さの比として定義される。このアスペクト比が高いほど、コリメータに直角にターゲットから基板に、すなわちコリメータと平行な基板表面に移動する粒子を制限するコリメータの効果が大きくなる。少なくともコリメータの一部に、上述のコリメータが損耗する過程にアスペクト比の変化が引き起こる。これは、コリメータの孔を通過しない入射角の浅い粒子が、コリメータの孔のない網状の部分または、孔の内壁によりブロックされ、コリメータの孔の周囲をコーティングし、この孔を狭くしてしまうためである。したがって、本出願人は、特定のアスペクト比を有するコリメータにより、膜厚の均一性を許容範囲に保つための浸食部を得るように最適化されたカソード組立体が、コリメータ使用する過程で最適ではなくなることを見出した。さらに、蒸着される膜厚が大きいほど、コリメータがコーティングされ、実用性を失うに至る率が増す。特定の、あるいは狭い範囲のアスペクト比を有するコリメータのみに適用されるカソード組立体の設計は、スパッタ部材を比較的厚く蒸着するには有効でなく、例えば、チタンまたは窒化チタンのバリヤ層等の極めて薄い薄膜にのみ用いて有効である。コリメータを用いて、特にその視野を計算して設計されたコリメータを用いて蒸着を行う際の薄膜の膜厚の均一性を維持するため、スパッタリングカソードの設計、特に、スパッタリングカソード設計のマグネトロン及び他のプラズマを成形する組立体について、体系的な基準を設ける必要がある。また、コリメータを用いたスパッタコーティングの材料をより多くの物質に拡張することができるように、また、コリメータを用いたスパッタ蒸着をより効率的且つ有効にするために、上述の問題を克服しなければならない。発明の開示本発明は、コリメータと共に用いられた場合に均一な蒸着を行えるスパッタターゲットの浸食部を形成するカソード組立体を提供することを目的とする。また、本発明は、広範囲のアスペクト比を有するコリメータと共に用いられた場合にも均一な蒸着を行えるスパッタコーティング装置のカソード組立体を提供することを目的とする。さらに、本発明は、コリメータのアスペクト比が使用しているうちに変化しても均一な蒸着を行うことのできるカソード組立体の設計を提供することを目的とする。本発明に係るスパッタリング方法は、円形ウェハを軸を中心として支持するウェハ支持体により支持するステップと、スパッタリング部材からなり、上記軸を中心とする円形外縁リムを有するスパッタターゲットを、上記支持体から離隔し上記支持体に平行且つ表面を対向する位置に配置するステップと、コリメータのセルの幅に対するコリメータの厚さの比であるアスペクト比が少なくとも０．５であるコリメータを、上記軸を中心とし、上記ターゲットと上記支持体から離隔し、上記ターゲットと上記支持体の間に平行に配置するステップと、上記ターゲットの後方に配置されたマグネット構造体を用いて、上記ターゲットのスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するステップとを有し、上記プラズマは、上記ターゲットの縁部に隣接する最大浸食が行われる環状周辺領域と、上記最大浸食より浅く上記最大浸食の半分より深く且つ均一な浸食が行われる上記周辺領域より内側にある内部領域とを有する上記ターゲットのスパッタリング表面の浸食部を形成するように成形されることを特徴とする。また、本発明に係るスパッタリングカソード組立体は、円形ウェハを軸を中心として保持するウェハ支持体と、スパッタリング部材からなり、上記軸を中心とし、円形外縁リムを有し、上記支持体から離隔して上記支持体に平行且つ対向するスパッタリング表面を有するスパッタターゲットと、上記軸を中心とし、上記ターゲットと上記支持体から離隔し、上記ターゲットと上記支持体の間に平行に配置され、コリメータのセルの幅に対するコリメータの厚さ（Ｔ）の比であるアスペクト比が少なくとも０．５であるコリメータと、上記ターゲットの背面側にに配置され、上記ターゲットのスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するマグネット構造体とを有し、上記マグネット構造体は、上記ターゲットの縁部に隣接する最大浸食が行われる環状周辺領域と、上記最大浸食より浅く上記最大浸食の半分より深く且つ概ね均一な浸食が行われる、上記周辺領域より内側にある内部領域とを有する上記ターゲットのスパッタリング表面の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形することを特徴とする。また、本発明の原理によれば、スパッタターゲットを浸食して、ターゲットの外端部付近の、深い、好ましくは非対称のガウス曲線に近似した浸食形状を有する、ターゲットの内部領域内でほぼ均一な浸食部を形成する方法及び装置が提供される。本発明の好適な実施例によれぼ、本発明方法及び装置による浸食部は、ターゲットの外端部付近の比較的深いエンハンスメントと、ターゲットの中央部付近の特定の浅い浸食領域と、上記中央部と端部領域との間のある程度平坦な中間環状領域とを有する。さらに、本発明によれば、スパッタコーティング装置において、上述のカソード組立体が、約０．５より大きいアスペクト比のコリメータと共に供給される。また、好ましくは、少なくとも約１．０のアスペクト比、さらに好ましくは、１．０から少なくとも２．０までの範囲にあるアスペクト比のコリメータと共に供給される。さらに、本発明の好適な実施例によれば、カソード組立体は回転マグネット構造体を有し、この回転マグネット構造体は、スパッタターゲットと共に上述の浸食部を形成する。本発明方法及び装置は、広範囲のアスペクト比のコリメータと共に用いられた場合、均一な蒸着を提供する。また、本発明は、スパッタターゲットに形成される浸食部を変更することにより、コリメータを用いて実現可能な膜厚均一性を改善することの利点を提供する。さらに、本発明は、一定範囲のコリメータのアスペクト比で行われる特定の特性を含む、ある範囲のターゲット浸食部を提供する。さらに、本発明は、ターゲットが深く浸食され、基板からスパッタ表面までの距離が変化しても、なお一貫性を持つターゲット浸食部を提供する。本発明の上記及びその他の目的及び利点は、以下の記載により明らかになる。図面の簡単な説明図１は、一般的な、コリメータを用いないスパッタターゲットとウェハを示す図である。図２は、図１のスパッタターゲットを、比較的低いアスペクト比のコリメータと共に示す図である。図３は、図２と同様で、コリメータのアスペクト比を高めた場合を示す図である。図４は、図３と同様であるが、コリメータのアスペクト比をさらに高めた場合を示す図である。図５は、コリメータを用いない場合のターゲット浸食部を示す式を表すグラフである。図６は、図５と同様であるが、広範囲のアスペクト比を有するコリメータを用いた場合のターゲット浸食部を示す式を表すグラフである。図７は、図５の浸食部を形成するカソード組立体を用いたスパッタリング装置にコリメータを導入した場合に測定された膜厚の均一性を示すグラフである。図８は、図７と同様であるが、図６の浸食部によるターゲットを用いた場合の膜厚の均一性を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態基板上に均一な膜厚の薄膜を蒸着するスパッタ蒸着において、均一性の程度は、基板の大きさ、ターゲットと基板との間隔、ターゲットにおける浸食部の具体的な形状と大きさ等に深く関係していることは知られている。しかしながら、基板表面の立体的な部分、特にミクロサイズの段状部分の側壁や底部におけるコーティングを改善するために屡々行われる、コリメータのターゲットと基板との間の挿入がなされた場合、膜厚の均一性は著しく変化する。また、コリメータを使用しているうちに、あるいは使用条件に適応するために利用者がコリメータのアスペクト比を選択的に変更することにより、膜厚の均一性は変化する。したがって、コリメータの使用を考慮に入れず決定された浸食部を有するターゲットについて、コリメータを用いても、最良の膜厚の均一性は得られない。その理由を図１乃至３に示す。図１は、円形ターゲット１０の断面を概略的に示すものである。ターゲット１０上には、ターゲット１０の径上の各点からスパッタ部材がスパッタリングされる相対的な度合いであるスパッタ率を表す浸食部１２が示されている。この浸食部（profile）１２は、カソードが、特にコリメータの使用を想定せず、各パラメータを設定した場合に、ターゲット１０に形成される浸食部を表している。基板１５上の任意の点１３、１４は、いずれも、いかなる制限もなくターゲット表面全体を視野に入れている。しかし、ターゲット１０の端部または縁部１６付近の点１３のような点は、ターゲット１０上のより中央に近い点１４のような点に比べ、ターゲットを視野に入れる視野角が狭いため、その点に近いターゲット１０の領域のスパッタ率がより高くなければ、スパッタにより受け取るスパッタ部材の量が中央に近い点に比べ少なくなる。そこで、浸食部１２は、基板１５の表面の全ての点において同じ膜厚を形成するために、ターゲット端部１６付近に深い浸食溝１８を有するように設計されている。このような設計は、無限大の直径を持つターゲットからスパッタリングされた場合に得られる膜厚の理論上の完全な均一性に、近似した均一性を得るためのものである。図２は、アスペクト比約１という低アスペクト比のコリメータ２０の効果を示す。アスペクト比は、コリメータセル２１の幅Ｗに対する厚さＴの比として定義される。このようなコリメータ２０を用いると、例えば点１４のような基板１５上の点からの視野角は、セル２１の側壁２２により制限され、コリメータを介してターゲット１０上で視野に入れることのできる領域２５に対する角度２４に限られる。ウェハ１３の端部の点１３は、角度２４と等しい角度２６でターゲット１０の一部を視野に入れることになる。しかしながら、ターゲット１０は、角度２６による視野内に全域に亘っては存在しないので、点１３のターゲット１０に関する視野の範囲は、点１４から見た領域２４よりも狭いターゲット１０の領域２８となる。また、コリメータの側壁２２は、ターゲット１０の一部と点１３、１４を結ぶ線を遮るので、各点には、図１に示すコリメータを用いない場合に、一定時間内に同点に供給されるコーティング材より少ないコーティング材しか供給されない。ここで、浸食部１２を用いると、コリメータは、点１３、１４にそれぞれ異なる影響を与える。例えば、蒸着率は、点１４より点１３の方が低く、基板１５上の点１３と１４とでは蒸着された膜厚の均一性に違いが生じる。図３は、アスペクト比約３という比較的高いアスペクト比を有するコリメータ３０の効果を示す。ウェハ１５上の点１３、１４の視野内の領域、例えば、領域３１、３２がコリメータ３０の側壁３４によりさらに制限されているので、図２の領域２５、２８よりさらに狭い。同じ浸食部１２を用いると、コリメータ３０では、点１３と１４とにおける膜厚のコーティングに関する均一性の相違が、図２のコリメータ２０を用いた場合より大きくなる。図４は、アスペクト比約４というさらに高いアスペクト比を有するコリメータ４０の効果を示す。ウェハ１５上の点１３、１４の視野内の領域、例えば、領域４１、４２は、コリメータ４０の側壁４４により、図３の領域３１、３２よりさらに制限されている。同じ浸食部１２を用いると、コリメータ４０では、点１３と１４とにおける薄膜のコーティングの均一性の違いが、図２のコリメータ２０及び図３のコリメータ３０の場合より大きくなる。しかしながら、コリメータ４０では、領域４１、４２は、いずれも完全にターゲット１０の表面にあるので、深い浸食溝１８は、以下に説明するように逆効果となる。コリメータを用いたスパッタ蒸着の場合、理論上、理想的な膜厚の均一性は、半径が基板の半径＋Ｗｄ／ｔ（ｄはターゲットと基板の距離）であり、且つ均一に浸食されるターゲットにより実現される。Ｗ／ｔは、コリメータ孔の幅と厚さの比であり、コリメータのアスペクト比の逆数である。コリメータを用いないスパッタ蒸着では、理想的な膜厚の均一性は、無限大の直径の均一に浸食されたターゲットにより実現される。実際の限られたサイズのターゲットにおいて、このターゲットのサイズの制限を克服するために、均一ではないターゲットの浸食を行う必要がある。したがって、ターゲット１０の端部付近において、図１乃至４の溝１８により示される深い浸食が行われる。この場合、コリメータを用いた場合と用いない場合とでは、最適化された浸食溝の形状に大きな違いが生じる。このような形状は、以下の式により簡潔に定義される。式（１）ここで、ｙ：浸食度ｘ：ターゲットの中心からの距離ｘ₀：浸食溝の深度のピークまでの半径ａ₀：ｘ≦ｘ₀の場合の最小浸食度Ｉ₀：ａ₀からの浸食溝の深さ σ：浸食溝の半値幅式（１）は図５に示される。これは、ターゲットの中央領域における均一な浸食及び端部付近の、磁界の影によりスパッタ率を増した浸食度の深い領域すなわち浸食溝を包絡線で示している。コリメータを用いないスパッタリングにおいては、コーティングされるウェハの２倍乃至３倍の直径のターゲットを用いると、ａ₀ はＩ₀の約２０％になるのが一般的である。ターゲットの材料の特性、スパッタされた粒子のガス拡散、スパッタされた粒子の固着係数、実際のマグネットの構造等の変数及びターゲットの浸食に関わるその他のパラメータも考慮に入れ、それらの変数の微妙な変化に対応する浸食部を描くより実効的な式を示す。図６は、式（２）を用いて得られる包絡線である。式２ここで、ｍ：平坦部での最小浸食強度、すなわちｘ_c≦ｘ≦ｘ₀で、ｍ＋Ｉ₀＝１．０また、これは、平坦部での浸食度の変化を示す。ここで、Ｉ_i＝変化のピーク＜（ｎ−ｍ）、ｘ₀＝端部の浸食溝までの半径、ｘ_i＜ｘ₀、 σ_i＝ピークｉの半値幅である。また、これは、ｘ≦ｘ_cの場合の浸食度を示す。ここで、 σ₁＝端部の浸食溝の内側の半値幅である。また、これは、ｘ＞ｘ_bの場合の浸食度を示す。この値はｘの値が大きくなるほど０に近づくここで、 σ₂＝端部の浸食溝の内側の半値幅であるまた、＝ターゲット中央領域での浸食強度ここで、ｍ≦Ｉ₀≦ｎＩ₀：中央領域の最大浸食度、ｘ_c：中央領域の半径、である。上述の各式において、測定の精度及び半値幅σ等の定数は、ある程度任意であり、以下に説明する最適化処理におけるマグネット構造等の要因に基づいて選択される。パラメータの選択及び調整に基づく最適化の結果、値ｍ、ｎで表される包絡線が得られる。値ｍ、ｎは、周辺の溝の深さに対する内部平坦部の浸食の相対的深さと、この部分内の浸食ピークの最大変動とを示す。図７は、コリメータを用いない場合に±５％の誤差範囲内の均一性が得られるよう設計された浸食部を有するターゲットに対し、種々のアスペクト比を有するコリメータを用いた場合の精度を示し、図８は、式（２）による浸食部を用いて、本発明が精度を向上させた結果を示している。本発明によれば、ターゲットをコリメータと共に用いた場合、上述の図１乃至図４のような、ターゲットとウェハとコリメータとの幾何学的形状及び配置に基づいた計算がなされる。例えば、円形のターゲットと円形のコリメータと円形のウェハが全て同軸上に中心を持ち、ターゲットの直径、ウェハの直径、コリメータのアスペクト比、ターゲットとウェハの間隔、ウェハとコリメータの間隔が与えられたとすると、複数の計算方法のうち、最適の式を用いていくつかの計算が行われ、ウェハ上の各点の視野内にあるターゲット上の範囲が算出される。この算出結果は、ターゲットの浸食部が均一である場合、ウェハのコーティングに関わる領域を示している。そしてここで、本発明を適用した方法によれば、式（２）により表される浸食部が導入される。ターゲットの中央すなわち円心から一定半径ｘ上にある点について式（２）を計算することによって得られる値ｙ（ｘ）が与えられたターゲット表面の各点について計算が繰り返され、ウェハ表面の各点の視野内にある、式（２）から導かれる浸食部により与えられたターゲット領域の誤差を最小化する。上述の方法で用いた式（２）を用いることにより、最適な浸食部が得られるカソード組立体の設計に必要なパラメータが算出される。この式は、円形のマグネットの設計、特に、ターゲット、コリメータ及びウェハの円心を結ぶ軸を中心に回転する回転マグネット構造体の設計に好適である。この最適な浸食部の計算により、パラメータｍ、ｎ、Ｉ_i（Ｉ_cを含む）が得られる。これらパラメータは、例えば、マグネット構造体の磁力線の強度を調整するのに用いられる。浸食溝のピークまでの半径ｘ₀、ｘ_i、ｘ_cの値は、実現可能なマグネット構造体の構造に基づいて決定してもよく、また、最適化の過程において変更されてもよい。さらに、パラメータσ₁、σ₂、σ_cは、計算によって最適な値にされるのが望ましい。これらパラメータは、マグネット構造体のマグネットの構成及び強度の両者に影響する。上述の方法を用いて、式（２）に従って得られた浸食部に関するパラメータの例を以下に示す。ここで、相対浸食強度ｙは、ターゲットの円心あるいは軸からの距離ｘの関数である。実施例直径Ｄ_W＝８インチ（約２０．３ｃｍ）のウェハに対して、ターゲットの直径は、通常、Ｄ_T＝（１．２乃至１．５）×Ｄ_W、例えば、１１．５インチ（約２９．２ｃｍ）の範囲である。このような寸法のウェハとターゲットとの間隔は、好ましくは、３インチ（約７．６ｃｍ）から４．０インチ乃至４．５インチ（約１０．２乃至１１．４ｃｍ）（すなわち、３／８乃至１／２または３／８乃至９／１６Ｄ_W）である。さらに、このような構成におけるウェハとコリメータとの間隔は、１．２５インチ乃至１．７５インチ（約３．１８乃至４．４５ｃｍ）（すなわち、約３／１６Ｄ_W）である。そして、コリメータのアスペクト比が１．０乃至２．０程度の場合、マグネット構造体を設計するためのパラメータ、あるいはターゲットの浸食部を制御するためのパラメータは、ｍ＝０．６ｎ＝０．７５Ｉ_i＜（ｎ−ｍ＝０．１５） σ₁≦０．４５インチ、σ₂≦０．２５インチ、σ_c≦０．２５インチｘ₀＜０．２５インチとなる。上述の例では、ｘ₀での周辺溝より内側にあるターゲット領域の浸食の度合いは、周辺溝の最大の深さの約半分以上、好ましくは、周辺溝の深さの６０％乃至７５％とされる。この割合は、低いアスペクト比を有するコリメータの場合は小さく、高いアスペクト比を有するコリメータの場合は大きくなるが、何れにしても、コリメータを使用しない場合に用いられる浸食部による、中央部の深さの周辺の溝の深さに対する割合である２０％に比べれば、はるかに大きい。本実施例において、上述のパラメータの値により、１．０弱のアスペクト比乃至２．０強のアスペクト比を有するコリメータを用いた場合、ウェハ上に±５％の誤差範囲内でほぼ均一な蒸着が行われる。ターゲットやウェハやコリメータの寸法及び間隔が上述の例と多少異なった場合でも、同様のコリメータを用いて均一性が得られる。上述の、算出された浸食部は、米国特許第５、１３０、００５号「MAGNETRON SPUTTER COATING METHOD AND APPARATUS WITH ROTATING MAGNET CATHODE」に開示されたマグネット構造体に用いて、特に好適である。この米国特許は、本明細書で参照したものとする。上述の方法は、０．０５乃至５．０のアスペクト比を有するコリメータと共に用いた場合、有用な浸食部を提供する。また、上述のカソード組立体の設計は、約１．０から２．０程度の範囲内のアスペクト比を有するコリメータに、特に好適である。また、導き出された浸食部によって、スパッタターゲットと結合し、回転するマグネット構造休を含むカソード組立体の特性を特定することが可能となる。請求の範囲１．円形ウェハ（１５）を軸を中心として支持するウェハ支持体により支持するステップと、スパッタリング部材からなり、上記軸を中心とする円形外縁リムを有するスパッタターゲット（１０）を、上記支持体から離隔し上記支持体に平行且つ表面を対向する位置に配置するステップと、コリメータのセル（２１）の幅に対するコリメータ（２０、３０、４１）の厚さ（Ｔ）の比であるアスペクト比が少なくとも０．５であるコリメータ（２０、３０、４０）を、上記軸を中心とし、上記ターゲット（１０）と上記支持体から離隔し、上記ターゲット（１０）と上記支持体の間に平行に配置するステップと、上記ターゲット（１０）の後方に配置されたマグネット構造体を用いて、上記ターゲット（１０）のスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するステップとを有し、上記プラズマは、上記ターゲット（１０）の縁部に隣接する最大浸食が行われる環状周辺領域と、上記最大浸食より浅く上記最大浸食の半分より深く且つ均一な浸食が行われる上記周辺領域より内側にある内部領域とを有する上記ターゲット（１０）のスパッタリング表面の浸食部を形成するように成形されることを特徴とするスパッタリング方法。２．上記支持体上にウェハ（１５）を取り付けるステップと、上記ターゲット（１０）から上記ウェハ（１５）にスパッタリング部材をスパッタするステップとを有し、半導体ウェハを製造する請求の範囲１記載の方法。３．円形ウェハ（１５）を軸を中心として保持するウェハ支持体と、スパッタリング部材からなり、上記軸を中心とし、円形外縁リムを有し、上記支持体から離隔して上記支持体に平行且つ対向するスパッタリング表面を有するスパッタターゲット（１０）と、上記軸を中心とし、上記ターゲットと上記支持体から離隔し、上記ターゲット（１０）と上記支持体の間に平行に配置され、コリメータ（２０、３０、４０）のセルの幅に対するコリメータ（２０、３０、４０）の厚さ（Ｔ）の比であるアスペクト比が少なくとも０．５であるコリメータ（２０、３０、４０）と、上記ターゲットの背面側にに配置され、上記ターゲット（１０）のスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するマグネット構造体とを有し、上記マグネット構造体は、上記ターゲット（１０）の縁部に隣接する最大浸食が行われる環状周辺領域と、上記最大浸食より浅く上記最大浸食の半分より深く且つ概ね均一な浸食が行われる、上記周辺領域より内側にある内部領域とを有する上記ターゲット（１０）のスパッタリング表面の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形することを特徴とするスパッタリングカソード組立体。４．上記コリメータ（２０、３０、４０）は、１．０以上２．０以下のアスペクト比を有し、上記マグネット構造体は、上記内部領域が最大浸食の０．６乃至０．７５程度の範囲の概ね均一な浸食を有するスパッタリング表面に浸食部を形成するように、上記ターゲット（１０）のスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲３記載のスパッタリングカソード組立体。５．上記ターゲット（１０）は、上記ウェハ（１５）に対し５０％程度大きく、上記ターゲット（１０）は、上記ウェハ（１５）から上記ウェハの直径の約５０％の距離だけ離隔され、上記コリメータ（２０、３０、４０）は、上記ウェハ（１５）から上記ウェハの直径の３／１６の距離だけ離隔されていることを特徴とする請求の範囲３または４記載のスパッタリングカソード組立体。６．上記マグネット構造体は、上記環状周辺領域に、ガウス曲線に近似した浸食部を形成するように、プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲３乃至５のいずれか１記載のスパッタリングカソード組立体。７．上記マグネット構造体は、環状周辺領域において、円形の最大浸食に関し径方向に非対称的である浸食部を形成するように、上記プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲３乃至６のいずれか１記載のスパッタリングカソード組立体。８．上記マグネット構造体は、ｘを上記ターゲットの中心からの距離、ｘ₀を上記環状周辺領域最大浸食までの半径、σ₁、σ₂を最大浸食点から半浸食点までの距離、ｍを上記内部領域の均一浸食範囲の値とすると、ｘ≦ｘ₀のとき、であり、ｘ≧ｘ₀のとき、であるようなｙ（ｘ）に、ほぼ等しい上記環状周辺領域の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲３乃至７のいずれか１記載のスパッタリングカソード組立体。９．上記マグネット構造体は、ｘを上記ターゲットのの中心からの距離、ｍを上記内部領域の最小浸食強度、ｎを上記内部領域の最大浸食強度、Ｉ_iを上記内部領域の複数の変動ピークｉの高さでＩ_i＜（ｎ−ｍ）、ｘ_iを各変動ピークｉ₁ のおおよその半径、σ_iを各ピークからその半浸食点までの距離とすると、であるようなｙ（ｘ）に、ほぼ等しい上記内部領域の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲８記載のスパッタリングカソード組立体。１０．上記マグネット構造体は、上記ターゲット（１０）に対向する上記ウェハ（１５）に平行な平面上にあり、上記軸を中心として回転可能な少なくとも１つの永久磁石を有し、回転されたときに、上記軸からの半径の関数である上記ターゲット（１０）上の浸食部を形成するように構成されていることを特徴とする請求の範囲３乃至９のいずれか１記載のスパッタリングカソード組立体。【図１】【図２】【図３】【図４】【図５】【図６】【図７】【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．円形ウェハを軸を中心として保持するウェハ支持体と、スパッタリング部材からなり、上記軸を中心とし、円形外縁リムを有し、上記支持体から離隔して上記支持体に平行且つ対向するスパッタリング表面を有するスパッタターゲットと、上記軸を中心とし、上記ターゲットと上記支持体から離隔し、上記ターゲットと上記支持体の間に平行に配置され、アスペクト比が少なくとも０．５であるコリメータと、上記ターゲットの背面側にに配置され、上記ターゲットのスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するマグネット構造体と、を有し、上記マグネット構造体は、上記ターゲットの縁部に隣接する最大浸食が行われる環状周辺領域と、上記最大浸食より浅く上記最大浸食の半分より深く且つ概ね均一な浸食が行われる、上記周辺領域より内側にある内部領域とを有する上記ターゲットのスパッタリング表面の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形することを特徴とするスパッタリングカソード組立体。２．上記コリメータは、１．０以上２．０以下のアスペクト比を有し、上記マグネット構造体は、上記内部領域が最大浸食の０．６乃至０．７５程度の範囲の概ね均一な浸食を有するスパッタリング表面に浸食部を形成するように、上記ターゲットのスパッタリング表面に隣接してプラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載のスパッタリングカソード組立体。３．上記ターゲットは、上記ウェハに対し５０％程度大きく、上記ターゲットは、上記ウェハから上記ウェハの直径の約５０％の距離だけ離隔され、上記コリメータは、上記ウェハから上記ウェハの直径の３／１６の距離だけ離隔されていることを特徴とする請求の範囲１記載のスパッタリングカソード組立体。４．上記マグネット構造体は、上記環状周辺領域に、ガウス曲線に近似した浸食部を形成するように、プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載のスパッタリングカソード組立体。５．上記マグネット構造体は、環状周辺領域において、円形の最大浸食に関し径方向に非対称的である浸食部を形成するように、上記プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載のスパッタリングカソード組立体。６．上記マグネット構造体は、ｘを上記ターゲットの中心からの距離、ｘ₀を上記環状周辺領域最大浸食までの半径、σ₁、σ₂を最大浸食点から半浸食点までの距離、ｍを上記内部領域の均一浸食範囲の値とすると、ｘ≦ｘ₀のとき、であり、ｘ≧ｘ₀のとき、であるようなｙ（ｘ）に、ほぼ等しい上記環状周辺領域の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載のスパッタリングカソード組立体。７．上記マグネット構造体は、ｘを上記ターゲットのの中心からの距離、ｍを上記内部領域の最小浸食強度、ｎを上記内部領域の最大浸食強度、Ｉ_iを上記内部領域の複数の変動ピークｉの高さでＩ_i＜（ｎ−ｍ）、ｘ_iを各変動ピークｉ₁ のおおよその半径、σ_iを各ピークからその半浸食点までの距離とすると、であるようなｙ（ｘ）に、ほぼ等しい上記内部領域の浸食部を形成するように、上記プラズマを成形するように構成されていることを特徴とする請求の範囲６記載のスパッタリングカソード組立体。８．上記マグネット構造体は、上記ターゲットに対向する上記ウェハに平行な平面上にあり、上記軸を中心として回転可能な少なくとも１つの永久磁石を有し、回転されたときに、上記軸からの半径の関数である上記ターゲット上の浸食部を形成するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載のスパッタリングカソード組立体。