JPH116062A - マグネトロンスパッタリング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性を低下させることなく、ターゲットに
形成された団塊によって発生するパーティクルダストを
低減することのできるマグネトロンスパッタリング方法
及び装置を提供すること。 【解決手段】 まず、マグネトロンスパッタ装置１０の
ターゲットＴに対して、基板Ｗと反対側に配設されたマ
グネット３０に形成された孔３３ｂ、３３ｂ’と、これ
を回転させる回転手段２０のねじ孔２２ａ、２２ａ’と
を係合させ、回転中心を位置ｐとしてマグネット３０を
回転させてスパッタリングを行う。そして、ターゲット
Ｔの積算電力値が所定値となったときに、すなわちター
ゲットＴに付着したノジュールの粒子径が大きく成る前
に、マグネット３０に形成された孔３３ａ、３３ａ’と
回転手段２０のねじ孔２２ａ、２２ａ’とを係合させ
て、回転中心を位置ｐとしてマグネット３０を回転させ
てスパッタリングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体装
置の製造工程などで、薄膜を形成する際に用いられるマ
グネトロンスパッタリング方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程などで薄膜を形成
する方法としてスパッタリングがある。このスパッタリ
ングを行う装置は種々あるが、高効率という点から、マ
グネトロンスパッタリング装置が用いられている。しか
しながら、マグネトロンスパッタリング装置では、ター
ゲットの全面において均一な磁場を発生することができ
ず、そのため、ある特定箇所が局部的に侵蝕（エロージ
ョン）されていた。従って、従来、ターゲットの寿命
は、局部的な侵蝕で決まり、大変、不経済であった。そ
こで、従来、この問題を解決するために、ターゲットの
ほぼ全領域で侵蝕されるような技術が開発されていた。

【０００３】例えば、実公昭５５−２８７５３号公報及
び特公昭５５−２７６２７号公報には、図９のＡに示す
ように、中央にＳ極２ａ、外周にＮ極を形成した永久磁
石２を円板状のターゲット１の近傍に配設し、ターゲッ
ト１の中心ｏを回転中心として、すなわち永久磁石２の
中心が、一点鎖線で示されるような円の軌跡ｄを描くよ
うに、永久磁石２を回転させた構造のマグネトロンスパ
ッタリング装置が開示されている。また、特開昭５３−
７５８６号公報には、図１０のＡに示すように、ターゲ
ット１の中央の極５から放射線状に、複数の電磁石４の
コア４ａが配設されたマグネトロンスパッタリング装置
が開示されている。これは、コア４ａに巻装されている
コイル４ｂに供給する電流の向きと大きさを調節するこ
とによって、静止した装置でも、磁場を移動させて、タ
ーゲットのほぼ全領域で侵蝕が行われるようにしたもの
である。

【０００４】しかしながら、例えば、特公昭５３−７５
８６号公報に開示されている電磁石４は、ターゲット１
に対して動かないので、例えば、図１０のＢにおいて、
ターゲット１の電磁石４の真上の部分は、スパッタ粒子
があまり飛散せず比較的浅く侵蝕される部分（以下、非
エロージョン領域と記載する）となる。また、実公昭５
５−２８７５３号公報及び特公昭５５−２７６２７号公
報では、一定の回転するで永久磁石２が回転され、また
ターゲット１に対する回転中心ｏが、常に、同じであ
る。そのため、ターゲット１の侵蝕される部分は、同心
的に同じではあるが、図１１（この図では、その侵蝕の
状態を明かにするため、深さを誇張して記載している）
に示されるように、径方向の断面では、その侵蝕の深さ
は同じではない。すなわち、永久磁石２を回転させた
り、電磁石４によって発生する磁場を移動させても、ス
パッタ粒子が多数、飛散し、ターゲット１が比較的深く
侵蝕される部分ｅ（以下、この部分をエロージョン領域
と記載する）や非エロージョン領域ｈが形成されるので
ある。

【０００５】そして、スパッタリング中には、ターゲッ
ト１から（例えば図１２の矢印ｂのように）飛散したス
パッタ粒子ｓ’は、マグネトロンスパッタ装置内部のガ
ス雰囲気を形成しているガス（例えば、ターゲットがチ
タン（Ｔｉ）であり、Ｔｉ膜を生成しているときにはア
ルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスであり、例えばターゲ
ットがＴｉであり、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成して
いるときには窒素（Ｎ）ガスなど）のイオンＩに衝突
し、矢印ｃのように再びターゲット１に付着する。特
に、図１１のＢに示すように、ターゲット１上におい
て、非エロージョン領域ｈと、エロージョン領域ｅが形
成されている場合には、すなわち、ターゲット１の全領
域で侵蝕される深さが同じでない場合には、エロージョ
ン領域ｅから飛散したスパッタ粒子ｓ’が非エロージョ
ン領域ｈに付着し易い。また、ターゲット１の侵蝕され
る深さが異なる場合には、図１２の矢印ａで示すよう
に、エロージョン領域ｅから飛散したスパッタ粒子ｓ’
が、そのまま非エロージョン領域ｈに付着する場合もあ
る。更に、非エロージョン領域ｈにスパッタ粒子ｓ’が
１つでも付着すると、これを核として、スパッタ粒子
ｓ’が付着し、図１３に示すように、その粒子径が（点
線で示されるスパッタ粒子ｓ’から２点鎖線、１点鎖
線、実線で示すように）大きくなって、団塊（以下、ノ
ジュールと記載する）ｎとなる。このノジュールｎが形
成されると、ターゲット１とスパッタ粒子ｓ’とのスト
レスの違いやプラズマの影響などによって、ターゲット
１に形成されたノジュールｎが剥れ、パーティクルとし
て発生する。この形成されるノジュールｎの大きさは種
々あり、例えば、肉眼ではっきりわかる程度に大きいノ
ジュールｎがターゲット１から剥れ、例えば数十ｎｍ程
度の薄膜を形成している半導体基板の上に落ちたときに
は、これが後の工程においてダストとなって半導体装置
の製造に悪影響（例えば所定のパターニングができない
など）を及ぼす。すなわち、ノジュールｎがダストとな
り、このスパッタ装置を用いて半導体装置を製造する場
合には、半導体装置の歩留まりを低下させていた。

【０００６】そこで、従来では、ノジュールｎが非エロ
ージョン領域ｈから剥れる前に、スパッタリングによっ
て、この非エロージョン領域にスパッタ粒子ｓ’を多量
に付着させて、すなわちノジュールｎを成長させて膜を
形成していた。このとき、形成される膜は、ストレスの
低い膜であり、例えばＴｉＮ膜を基板に形成している場
合には、ＴｉＮ膜よりＴｉ膜のほうがストレスが小さい
ため、Ｔｉ膜を形成する（なお、このときには、基板状
にＴｉ膜が形成されるので、処理を施さないダミー基板
が基板ホルダーに載置される）。この膜の形成は、非エ
ロージョン領域に、ノジュールが発生した場合に、非エ
ロージョン領域ｈにスパッタ粒子ｓ’が付着しやすいと
いう現象を、逆に利用して行われているものである。す
なわち、従来、ノジュールｎを膜へと成長させることに
より、ノジュールｎが剥れて発生するダストを抑制して
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、パーティクルの発生を防止するために、ノジュール
ｎがターゲット１から剥れる前に、膜を形成してたの
で、ノジュールｎを膜とするための処理、すなわち通常
の作業よりも、長時間、スパッタリングを行わなければ
ならず、生産性が低下していた。

【０００８】本発明は、上述の問題に鑑みてなされ、生
産性を低下させることなく、ダストとなるパーティクル
の発生を抑制することのできるマグネトロンスパッタリ
ング方法及び装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題は、マグネッ
トを回転させることにより、電界に交差する磁場を、タ
ーゲットのほぼ全面に発生させて、ターゲットの近傍に
高密度のプラズマを発生させて行われるスパッタリング
を、所定時間、行った後、ターゲットに対するマグネッ
トの回転中心を変えることによって解決される。これに
より、上記所定時間中にターゲットから飛散したスパッ
タ粒子が再付着したターゲットの部分における磁場の強
さが変わり、その後、上述したスパッタリングを再び行
って、再付着したスパッタ粒子及び／又はこの再付着し
たスパッタ粒子の団塊を、スパッタリングさせる。すな
わち、マグネットの回転中心を変えるだけで、ターゲッ
トに再付着したスパッタ粒子の団塊が大きくなり、ター
ゲットから剥れダストパーティクルとなる前に、ターゲ
ットに付着したスパッタ粒子及び径の小さいジュール
が、電子によって弾き飛ばされ、成膜するために供する
（すなわち、スパッタリングする）ことができる。従っ
て、従来のように生産性を損なうことなく、ダストパー
ティクルの発生を抑制することができる。

【００１０】又、以上の課題は、複数の電磁石から成る
マグネットを回転させることにより、電界に交差する磁
場を、ターゲットのほぼ全面に発生させて、ターゲット
の近傍に高密度のプラズマを発生させて行われるスパッ
タリングを、所定時間、行った後、複数の電磁石に供給
される電流を相互に変えることによって解決される。こ
れにより、上記所定時間中にターゲットから飛散したス
パッタ粒子が再付着したターゲットの部分における磁場
の強さが変わり、その後、上述したスパッタリングを再
び行って、再付着したスパッタ粒子及び／又はこの再付
着したスパッタ粒子の団塊を、スパッタリングさせる。
そのため、複数の電磁石に供給される電流を相互に変え
るだけで、ターゲットに再付着したスパッタ粒子の団塊
が大きくなり、ターゲットから剥れダストパーティクル
となる前に、ターゲットに付着したスパッタ粒子及び径
の小さいジュールを、電子によって弾き飛ばされ、成膜
するために供する（すなわち、スパッタリングする）こ
とができる。従って、従来のように生産性を損なうこと
なく、ダストパーティクルの発生を抑制することができ
る。

【００１１】又、以上の課題は、陰極となるターゲット
と、陽極となる基板又は陽極となる基板ホルダーと、こ
れら陰極と陽極との間に生じる電界に交差する磁場を形
成するためのマグネットと、このマグネットを回転させ
るための回転手段とを具備し、これに、ターゲットに対
するマグネットの回転中心を可変にする可変手段を設
け、ターゲットの近傍に高密度のプラズマを発生させ、
スパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置
によって解決される。すなわち、このような構造のマグ
ネトロンスパッタリング装置によって、上述した可変手
段によって、磁場の分布を変えるようにして、ターゲッ
トに際付着したスパッタ粒子及び／又は再付着したスパ
ッタ粒子が成長した団塊がダストパーティクルとなる前
に、ターゲットに再付着したスパッタ粒子及び／又は再
付着したスパッタ粒子の団塊が、電子によって弾き飛ば
され、成膜するために供される（スパッタリングされ
る）。すなわち、従来のように生産性を損なうことな
く、ダストパーティクルの発生を抑制してスパッタリン
グを行い得る。

【００１２】又、以上の課題は、陰極となるターゲット
と、陽極となる基板又は陽極となる基板ホルダーと、こ
れら陰極と陽極との間に生じる電界に交差する磁場を形
成するための複数の電磁石から成るマグネットと、この
マグネットを回転させるための回転手段とを具備し、こ
れに、複数の電磁石に供給される電流を、相互に変える
可変手段を設け、ターゲットの近傍に高密度のプラズマ
を発生させ、スパッタリングを行うマグネトロンスパッ
タリング装置によって解決される。すなわち、このよう
な構造のマグネトロンスパッタリング装置によって、上
述した可変手段によって、磁場の分布を変えるように
し、ターゲットに再付着したスパッタ粒子及び／又は再
付着したスパッタ粒子の団塊がダストパーティクルとな
る前に、ターゲットに再付着したスパッタ粒子及び／又
はこのスパッタ粒子の団塊が、電子によって弾き飛ばさ
れ、成膜するために供される（スパッタリングされ
る）。すなわち、従来のように生産性を損なうことな
く、ダストパーティクルの発生を抑制してスパッタリン
グを行い得る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、陰極となるターゲッ
トと、陽極となる基板又は陽極となる基板ホルダーとの
間に電界を生じさせ、かつターゲットに対して陽極側と
は反対側に、磁界を生じさせるためのマグネットを配設
する。このマグネットが、永久磁石で成る場合には、タ
ーゲットに対するマグネットの回転中心を変えて、ター
ゲットから飛散されたスパッタ粒子及び／又はこのスパ
ッタ粒子の団塊が再付着した部分の磁場分布を変える。
また、マグネットが、複数の電磁石でなる場合には、す
なわち、回転するマグネットの回転中心を変えずとも、
その磁場分布を変えることができる場合には、複数の電
磁石に供給する電流を、相互に変えることによって、タ
ーゲット上の磁場分布を変えてもよい。これらによっ
て、すなわち、マグネットの回転中心を変えること及び
／又は電磁石に供給する電流を変えることによって、タ
ーゲットに付着したスパッタ粒子及び／又はスパッタ粒
子の団塊が、基板の成膜へと供され、ダストパーティク
ルとして発生することがない。そのため、従来のように
ダストとなるノジュールを膜に形成する処理が不要とな
るので、生産性を低下させることなく、ダストパーティ
クルの発生を防止することができる。更に、スパッタリ
ング装置の処理室のクリーニング回数が減るので、マグ
ネトロンスパッタリング装置のメンテナンスサイクルを
延ばすことができる。

【００１４】なお、回転するマグネットの回転中心を変
えるために、スパッタリング装置に、可変手段を設け
る。この可変手段は、例えば、回転手段に係合する前記
マグネットの複数の取付部であり、これが回転手段とど
のような相対位置を保つかによって、マグネットの回転
中心が変わるようにしてもよい。また、このマグネット
の取付部と回転手段との係合は、人間が手動で変えても
よいし、またロボット等を用いて、ソフトを変更するだ
けで変えられるように設定してもよい。また、これらを
達成するために、マグネットが複数の電磁石でなる場合
には、これら電磁石に供給される電流を相互に変えるた
めの可変手段を設ける。

【００１５】更に、これら可変手段によって、マグネッ
トの回転中心を変えたり、電磁石に供給される電流を相
互に変えるのを、自動的に行うようにすれば、例えば、
ターゲットに供給する積算電力量が所定値となったとき
に、自動的に切り換えるように設定しておくのがよい。
なお、この切り換える際の所定値は、マグネトロンスパ
ッタ装置を稼働させる前に、パーティクルと積算電力量
との関係を求め、ここから最適な切換え時期を求めると
よい。

【００１６】また、スパッタリング装置に、ターゲット
の温度を低下するための冷却手段を設ければ、基板の急
激な温度上昇を防止することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００１８】図１乃至図４は、本発明の第１の実施例を
示すものであるが、スパッタリング装置は、全体として
１０で示されている。このスパッタリング装置１０は、
アース電位となっている筐体１１と、中央に段付孔１２
ａを有した蓋部材１２とを有し、処理室１９を形成して
いる。更に、これら筐体１１と蓋部材１２とによって、
シールド体１３と、ターゲット部材１５と、シールド体
１３とターゲット部材１５とを絶縁する環状の絶縁材１
４とが挟持されている。シールド体１３は、下に凸の形
状をしており、その底面中央に、後述する基板Ｗが露出
するのに必要十分な程度の大きさの孔１３ａが形成され
ている。また、このシールド体１３は、筐体１１と接続
され、その電位はアースとなっている。また、ターゲッ
ト部材１５は、下に凸の形状をしている裏板１５ａ（こ
れは例えば銅でなる）と、この下面にろう付によって一
体的に固定されたターゲットＴ（これは例えばＴｉでな
る）とから構成されている。ターゲット部材１５は、ス
パッタリング中は、ターゲットＴが陰極となるようにマ
イナスに印加される。なお、裏板１５ａの上面中央に
は、凹所１５ａａが形成されている。

【００１９】図１において、ターゲットＴの下方には、
その上面に薄膜を形成する基板Ｗが、ターゲットＴに対
向するように配設されている。この基板Ｗは、スパッタ
リング中はプラスに印加された基板ホルダー１８に載置
されている。基板ホルダー１８は、筐体１１の底面の中
央の孔１１ａに、リング状の絶縁材１６を介して、挿通
している。また、この基板ホルダー１８は、図示しない
モータなどを用いた昇降機構を有している。

【００２０】更に、蓋部材１２の段付孔１２ａの大径部
１２ａａは、ターゲット部材１５の裏板１５ａの凹所１
５ａａと整合して、空間１７を形成している。この空間
１７には、ターゲット部材１５を冷却するための冷却水
が満たされている。更に、この空間１７には、マグネッ
ト３０が配設されており、回転手段２０に固定されてい
る。この回転手段２０は、蓋部材１２の段付孔１２ａを
挿通して、空間１７から上方に突出している回転軸２１
とモータ２７とを有している。モータ２７は、回転する
ことにより、その出力軸２７ａに取り付けられたプーリ
２６と回転軸２１とを巻装するベルト２８を介して、回
転軸２１を回転させる。回転軸２１の下端部には、２つ
のねじ孔２２ａ、２２ａ’が設けられた取付板２２が設
けられている。

【００２１】図４は、マグネット３０の平面図である。
この図に示すように、マグネット３０は、中心から放射
線状に延びた複数の永久磁石でなるマグネットブロック
３１が、例えば図１に示すように、モールド樹脂３２に
よって、ほぼハート形状にパックされたものである。な
お、このマグネットブロック３１は、図４に示すよう
に、径内方がＳ極、径外方がＮ極となっている。更に、
図１に示すように、マグネット３０の上面には固定板３
３が一体的に形成されている。この固定板３３には、図
３に示されるように、複数のねじ孔３３ａ、３３ａ’、
３３ｂ、３３ｂ’、３３ｃ、３３ｃ’が形成され、これ
らは、マグネット３０の短径方向に一列に並んでいる。
そして、これらのうちの１対（図２においてはねじ孔３
３ｂ、３３ｂ’であり、図３においてはねじ孔３３ｃ、
３３ｃ’である）を、ねじ孔２２ａ、２２ａ’と整合さ
せ、これらにボルトｂを螺合させて、回転手段２０の回
転軸２１にマグネット３０を固定する。

【００２２】本実施例のマグネトロスパッタリング装置
１０は、以上のように構成されるが、次に、このマグネ
トロンスパッタ方法について、ＴｉＮ膜の形成を例にと
って、説明する。

【００２３】まず、図２に示すように、マグネット３０
の１対のねじ孔、例えばねじ孔３３ｂ、３３ｂ’と、回
転軸２１の取付板２２のねじ孔２２ａ、２２ａ’とを整
合させて、ボルトｂにより固定する。このときのマグネ
ット３０の回転中心は、図４に示すマグネット３０上で
は、位置ｐに相当する。そして、処理室１９に図示しな
い供給口から、窒素ガスを導入し、処理室１９を窒素ガ
ス雰囲気とし、又空間１７に冷却水を循環させる。同時
に、モータ２７を稼動させ、回転手段２０の回転軸２１
を回転させ、すなわちマグネット３０を矢印ｒ方向に回
転させる。そして、ターゲットＴ及び基板ホルダー１８
を印加し、公知のようにスパッタリングを行う。する
と、スパッタリングを行っていくと、従来と同様に、タ
ーゲットＴ上には、このときの磁場分布によって、エロ
ージョン領域と非エロージョン領域が形成される。そし
て、非エロージョン領域に、ターゲットＴから飛散され
たスパッタ粒子が再付着し、更に、これがノジュールへ
と成長し始める。

【００２４】そして、例えば、ターゲットの積算電力量
がある所定値（この所定値は、例えば、初めに、積算電
力量とパーティクルの発生量との関係を測定し、この関
係から、切換え時期が最適であると判断される積算電力
量の値である）となったときに、モータ２７を停止す
る。そして、次に、ねじ孔２２ａ、２２ａ’及び孔３３
ｂ、３３ｂ’に係合しているボルトｂをはずし、回転軸
２１からマグネット３０をはずす。次に、回転軸２１の
取付板２２のねじ孔２２ａ、２２ａ’と、ねじ孔３３
ａ、３３ａ’を整合させ、ボルトｂを用いた共締によ
り、再びマグネット３０を回転軸２１に取り付ける。す
なわち、マグネット３０は、一点鎖線で示される位置
（これは取付板２２のねじ孔２２ａ、２２ａ’が孔３３
ｂ、３３ｂ’に係合していた場合のマグネット３０の位
置である）から実線で示される位置へと移動させる。す
ると、マグネット３０の回転中心は、図４で示すよう
に、位置ｐから位置ｑへと移動する。そして、再び、モ
ータ２７を稼動させて、回転手段２０を介してマグネッ
ト３０を回転させ、公知のスパッタリングを行う。この
ときには、回転中心を位置ｑとしたので、ターゲット上
の磁場分布が、先程の場合（回転中心を位置ｐとしたと
き）の磁場分布が変わり、電子が非エロージョン領域に
再付着したスパッタ粒子及び小さいノジュールを飛散さ
せて、成膜に供させ（スパッタリングさせ）て、基板上
に膜を形成する。

【００２５】本実施例では、以上のようにしてスパッタ
リングを行うので、すなわちスパッタ粒子及びノジュー
ルが、多量のダストパーティクルとなって発生する前
に、マグネット３０の回転中心を位置ｐから位置ｑへと
変えることにより、ターゲット上の磁場分布を変えるこ
とができるので、マグネット３０の回転中心が位置ｐに
あったときにスパッタ粒子及び成長初期のノジュールが
付着した非エロージョン領域が、非エロージョン領域の
ままであることがほとんどなく、すなわち、マグネット
３０の回転中心を変えるということだけで、ターゲット
Ｔのエロージョン領域に再付着したスパッタ粒子及びノ
ジュールが、電子によって弾き飛ばされ、基板Ｗ上の成
膜に供給される。そのため、生産性を損なうことなく、
ダストとなるノジュールの発生を抑えることができ、す
なわち処理室１９のダストレベルを低減することができ
る。従って、このスパッタ装置によって、半導体装置の
配線となる成膜を作成する場合には、この成膜工程が原
因となる歩留まりの低下を防止することができ、更には
半導体装置の歩留まりの向上につながる。更に、パーテ
ィクルの発生を抑えることができるので、処理室１９の
クリーニングなどを頻繁に行う必要がなく、すなわちメ
ンテナンスサイクルを延ばすことができる。

【００２６】次に、本発明の第２実施例について、図５
及び図６を用いて説明するが、上記実施例と同様な部分
については、同一の符号を付し、その説明は省略する。

【００２７】本実施例のマグネトロンスパッタリング装
置１０’は、上記第１実施例と、マグネット３０’及び
これを回転する回転手段２０’とが異なるものである。
本実施例の回転手段２０’は、上記実施例と同様に、モ
ータ２７によって回転させられる回転軸２１を有してい
るが、その端部に取り付けられている取付板２４には、
図６に示すように、７対のねじ孔２５、２５’が設けら
れている。マグネット３０’は、複数の電磁石３５ａ、
３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇから
構成されている。これら電磁石３５ａ、３５ｂ、３５
ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇは、それぞれ半円
弧状のコア３６を有しており、同心的に配設されてい
る。また、コイル３７は、図６のコア３６の長手方向に
直角になるように（図６では、電磁石３５ａのコイル３
７のみ示している）巻かれている。

【００２８】図５に示すように、電磁石３５ｄのコア３
６の両端部の近傍には、取付板２４のねじ孔３５ｄａ、
３５ｄｂがそれぞれ１つずつ設けられ、これと回転手段
２０の取付板２４の１対のねじ孔２５、２５’に、例え
ばボルトｂを螺合させて、回転手段２０の取付板２４に
電磁石３５ｄを固定させている。他の電磁石３５ａ、３
５ｂ、３５ｃ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇも同様に、その
コア３６の両端部の近傍にねじ孔を設け、これと、取付
板２４のねじ孔２５、２５’と整合することによって、
電磁石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｅ、３５ｆ、３５
ｇを取付板２４に固定している。電磁石３５ａ、３５
ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇのそれぞ
れのコイル３７は、コア３６の端部で、図示しないコー
ドに接続され、スリップリングなどを介して、電流供給
部に接続されている。電流供給部では、電磁石３５ａ、
３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇに与
える個々の直流電流をそれぞれ独立に調節することがで
きる。しかしながら、本実施例では、ターゲットＴの積
算電力量の変化に基づいて、個々の電磁石３５ａ、３５
ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇに与える
電流の変化が予め設定されている。

【００２９】なお、本実施例では、空間１７では、コア
３６にコイル３７が巻装されているので、上記第１実施
例のようにマグネット３０の外周を冷却水で満たすと、
コイルがショートしてしまう恐れがあるので、空間１７
内に、隔壁を設け水路１７ａを形成し、ここに冷却水を
流すようにしている。

【００３０】本実施例のマグネトロンスパッタ装置１
０’は、以上のように構成されるが、次に、この作用に
ついて、Ｔｉ膜の成膜を例として説明する。

【００３１】まず、処理室１９に図示しない供給口か
ら、例えばアルゴンガスを導入し、処理室１９を不活性
ガス雰囲気とし、水路１７ａに冷却水を循環させる。同
時に、モータ２７を稼動させ、回転手段２０の回転軸２
１の回転によって、マグネット３０を回転させ、ターゲ
ットＴ及び基板ホルダー２０を印加し、公知のようにス
パッタリングを行う。このとき、例えば、電磁石３５ａ
の右側をＮ極（本実施例では、上述したようにコイル３
７が巻装されているので、電磁石３５ａの左側がＳ極と
なる）で、これの隣にある電磁石３５ｂの右側をＳ極
（本実施例では、上述したようにコイル３７が巻装され
ているので、電磁石３５ｂの左側がＮ極となる）という
ように、隣合う電磁石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５
ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇの極性を交互に変え、また
電磁石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５
ｆ、３５ｇと内方となる程、その供給される電流を小さ
くし、磁界の強さが径外方に行くほど強くなるように設
定する。すると、従来と同様に、ターゲットＴ上には、
このときの磁場分布によって、エロージョン領域と非エ
ロージョン領域が形成される。そして、非エロージョン
領域に、ターゲットＴから飛散されたスパッタ粒子が再
付着し、更に、これが大きな粒子、すなわちノジュール
へと成長する。

【００３２】次に、ターゲットＴの積算電力量が所定値
となったところで、各電磁石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、
３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇに供給する電流を、相
互に変える。これには、例えば、電磁石３５ａ、３５
ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇと内方と
なる程、その供給される電流を大きくし、すなわち磁場
の強さが径外方に行くほど弱くなるようにしたり、又は
例えば、電磁石３５ａの右側をＳ極（電磁石３５ａの左
側がＮ極となる）で、これの隣にある電磁石３５ｂの右
側をＮ極（電磁石３５ｂの左側がＳ極となる）というよ
うに、隣合う電磁石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、
３５ｅ、３５ｆ、３５ｇの極性を反転させるようにして
もよい。そして、そのまま公知のスパッタリングを継続
する。

【００３３】本実施例によれば、本実施例では、以上の
ようにしてスパッタリングを行うので、すなわちスパッ
タ粒子が成長し、粒子径が大きくなったノジュールが、
多量のダストパーティクルとなって発生する前に、電磁
石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、
３５ｇに与える電流の大きさを変えることにより、ター
ゲットＴ上の磁場分布を変えることができる。従って、
最初に設定した磁場分布の際に発生したスパッタ粒子及
び成長初期のノジュールが付着した非エロージョン領域
が、非エロージョン領域のままであることがほとんどな
い。すなわち、ターゲットＴに再付着したスパッタ粒子
及びノジュールが、電子によって弾き飛ばされ、基板Ｗ
上の成膜に供給される（すなわちスパッタリングを行
う）。そのため、生産性を損なうことなく、処理室１９
内のダストのレベルを下げるができる。従って、このマ
グネトロンスパッタリング装置によって、半導体装置の
配線となる成膜を作成する場合には、この成膜工程が原
因となる歩留まりの低下を防止することができ、更には
半導体装置の歩留まりの向上につながる。更に、パーテ
ィクルの発生を抑えることができるので、処理室１９の
クリーニングなどを行うメンテナンスのサイクルを延ば
すことができる。

【００３４】また、本実施例によれば、電磁石３５ａ、
３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇに与
える電流の大きさを変えるだけでよいので、短時間で、
磁場分布を変えることができる。すなわち、磁場分布を
変えて、非エロージョン領域に再付着したスパッタ粒子
及び粒子径のそれほど大きくない初期のノジュールで、
スパッタリングを行うことができる。

【００３５】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３６】例えば、上記第１実施例では、永久磁石の
マグネットブロック３１が図４で示すように放射線状に
配設されたマグネット３０としたが、勿論、マグネット
３０はこれに限定されるものではなく、使用するターゲ
ットの材料や成膜条件などによって任意に変えられる。
また、上記第１実施例では、マグネット３０の回転中心
を変えるため、マグネット３０に図に縦１列に並んだ３
対の孔３３ａ、３３ａ’、３３ｂ、３３ｂ’、３３ｃ、
３３ｃ’を設けたが、これは、横一列や斜めにならべて
もよいし、ランダムに並べてもよい。また、その孔の数
も、上記実施例に限定されるものではない。また、回転
手段２０とマグネットとは２か所で固定するようにした
が、２か所でなくてもよい。また、上記実施例では、回
転手段２０、２０’とマグネット３０、３０’との係合
は、ボルトｂによって行ったが、他の係合方法でもよ
い。例えば、図７に示すように、貫通孔５０ａ、５０
ａ’を有した複数の対でなる突部５０、５０’をマグネ
ット３０に設け、これを図のように、長方形の取付板４
０の孔４０ａに挿通し、その突部５０、５０’に、ピン
５１を通し、固定するようにしてもよい。

【００３７】また、上記第２実施例では、半円形状のコ
ア３６を有した７つの電磁石３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、
３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇからマグネット３０’
を構成したが、電磁石の数やコア３６の形状などはこれ
に限定される必要は全くない。また、コア３６に巻装さ
れるコイル３７も、上記従来例である図１０に示される
ような巻き方、すなわちコアの長手方向に沿うような巻
き方であってもよい。更に、複数の電磁石３５ａ、３５
ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇを、樹脂
の中に納めて、すなわちマグネット３１’を一体化し
て、上記実施例と同様に、これの回転中心を変えるよう
にしてもよい。

【００３８】また、上記第１実施例では、マグネット３
０に、回転手段２０の取付板２２と係合する複数の孔３
３ａ、３３ａ’、３３ｂ、３３ｂ’、３３ｃ、３３ｃ’
を設けて、これらと回転手段との係合を変えることによ
り、ターゲットＴに対するマグネット３０の回転中心
を、位置ｐ、ｑと変えたが、他の手段によって、ターゲ
ットＴのマグネット３０の回転中心を変えるようにして
もよい。例えば、図８に示すマグネトロンスパッタリン
グ装置１０”のように、回転手段２０”の回転軸２１”
に一体的に、マグネット３０”を設ける。回転手段２
０”の回転軸２１”の処理室１７の外方に、歯車４１を
設け、これに係合する歯車４２ａと偏心カム４２ｂとを
１つの軸４２に設ける。また、偏心カム４２ｂをモータ
２７によって回転するローラ４４に係合させる。なお、
このとき、ローラ４４に偏心カム４２ｂが常に圧接し、
また歯車４２に歯車４１が常に噛み合うような図示しな
い構造を有するものとする。このようにすれば、モータ
２７を駆動することによって、軸４４を介して回転軸２
１”の回転中心を一定とすることなくマグネット３０を
回転させることができる。なお、このとき、歯車４１の
１つの歯が、なるべく歯車４２ａの同じ歯と噛み合わな
いようにすれば、マグネット３０の中心位置のターゲッ
トＴの中心からのずれる方向が、常に一定となりにく
い。従って、回転毎に、エロージョン領域及び非エロー
ジョン領域が同じように形成されることがなく、非エロ
ージョン領域に再付着したスパッタ粒子やノジュールが
パーティクルとして発生する前に、これを成膜に供する
ことができる。

【００３９】また、上記実施例では、ターゲット部材１
５は、例えば銅でなる裏板１５ａと、これにろう付によ
って一体化されたターゲットＴとから構成されるとした
が、ッのターゲット部材を用いることも勿論可能であ
る。例えば、Ｔｉで成るターゲットを、アルミニウムの
裏板に拡散接合によって一体化したターゲット部材とし
てもよいし、また裏板をターゲット材と同じ材料で一体
的に形成してもよい。なお、上記実施例では、ターゲッ
ト部材１５を冷却水で冷やしたが、冷却しないような構
造としても、本発明は適用可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のマグネトロ
ンスパッタリング装置及び方法によれば、可変手段によ
って、回転するマグネットの回転中心をターゲットに対
して変えるか、又は回転するマグネットを構成している
複数の電磁石に与える相互の電流を変えることにより、
ターゲットから飛散したスパッタ粒子が再付着した、タ
ーゲットの部分における磁場の強さを変えて、ターゲッ
トから飛散し、ターゲットに再付着したスパッタ粒子に
よって形成される粒子径の大きなノジュール（団塊）を
スパッタリングするようにした。従って、剥れたノジュ
ールであるパーティクルの発生を抑えることができる。
すなわち、従来のように生産性を低下させることなく、
パーティクルダストの発生を抑えることができるので、
例えば半導体装置の製造工程に用いれば、半導体装置の
歩留まりの向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるスパッタリング装
置の正面断面図である。

【図２】図１における［２］−［２］線方向の断面平面
図である。

【図３】図２と同方向から見た断面平面図であり、マグ
ネットの回転中心が位置ｑにあるときを示している。

【図４】本発明の第１実施例で用いたマグネットの平面
図である。

【図５】本発明の第２実施例におけるスパッタリング装
置の正面断面図である。

【図６】図５における［６］−［６］線方向の断面平面
図である。

【図７】本発明の第１変形例におけるマグネットと回転
手段との係合を示す主要部の拡大図であり、Ａは正面
図、Ｂは平面図である。

【図８】本発明の第２変形例におけるマグネトロンスパ
ッタリング装置の正面断面図である。

【図９】従来例のマグネトロンスパッタリング装置の主
要部を示す図であり、Ａが平面図、Ｂが正面図を示して
いる。

【図１０】他の従来例のマグネトロンスパッタリング装
置の主要部を示す図であり、Ａが平面図、Ｂが正面図を
示している。

【図１１】従来例のターゲットの侵蝕状態を示す図であ
り、Ａが平面図、Ｂが正面図を示している。

【図１２】従来例のエロージョン領域から飛散したスパ
ッタ粒子が非エロージョン領域に再付着する様子を示し
た作用図である。

【図１３】従来例の非エロージョン領域に付着したスパ
ッタ粒子が、粒子径の大きな団塊となる成長工程を示す
作用図である。

【符号の説明】

１０……マグネトロンスパッタリング装置、１５……タ
ーゲット部材、１７……空間、１８……基板ホルダー、
２０、２０’、２０”……回転手段、２２、２４……取
付板、２７……モータ、３０、３０’、３０”……マグ
ネット、３１……マグネットブロック、３２……モール
ド樹脂、３３……固定板、３３ａ、３３ａ’、３３ｂ、
３３ｂ’、３３ｃ、３３ｃ’……孔、３５ａ、３５ｂ、
３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇ……電磁石、
３６……コア、３７……コイル、ｂ……ボルト、Ｔ……
ターゲット、Ｗ……基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｄ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネットを回転させることにより、電
   界に交差する磁場を、ターゲットのほぼ全面に発生させ
   て、 前記ターゲットの近傍に高密度のプラズマを発生させ、
   スパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方法
   において、 所定時間、前記スパッタリングを行った後、 前記ターゲットに対する前記マグネットの回転中心を変
   えることにより、 該所定時間中にターゲットから飛散したスパッタ粒子が
   再付着した、前記ターゲットの部分における前記磁場の
   強さを変え、 再び、前記スパッタリングを行って、再付着した前記ス
   パッタ粒子及び／又は該再付着した前記スパッタ粒子の
   団塊を、スパッタリングするようにしたことを特徴とす
   るマグネトロンスパッタリング方法。
2. 【請求項２】 複数の電磁石から成るマグネットを回転
   させることにより、電界に交差する磁場を、ターゲット
   のほぼ全面に発生させて、 前記ターゲットの近傍に高密度のプラズマを発生させ、
   スパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング方法
   において、 所定時間、前記スパッタリングを行った後、 前記複数の電磁石に供給される電流を相互に変えること
   により、 該所定時間中にターゲットから飛散したスパッタ粒子が
   再付着した、前記ターゲットの部分における前記磁場の
   強さを変え、 再び、前記スパッタリングを行って、再付着した前記ス
   パッタ粒子及び／又は該再付着した前記スパッタ粒子の
   団塊を、スパッタリングするようにしたことを特徴とす
   るマグネトロンスパッタリング方法。
3. 【請求項３】 陰極となるターゲットと、 陽極となる基板又は陽極となる基板ホルダーと、 前記基板と前記ターゲットとの間又は前記基板ホルダー
   と前記ターゲットとの間に生じる電界に交差する磁場を
   形成するためのマグネットと、 前記マグネットを回転させるための回転手段とを具備
   し、 前記ターゲットの近傍に高密度のプラズマを発生させ、
   スパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置
   において、 前記ターゲットに対する前記マグネットの回転中心を可
   変にする可変手段を設け、 前記可変手段により前記磁場の分布を変えるようにし
   て、 前記ターゲットから飛散し、前記ターゲットに再付着し
   た前記スパッタ粒子及び／又は該再付着した前記スパッ
   タ粒子の団塊を、スパッタリングするようにしたことを
   特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
4. 【請求項４】 前記可変手段は、 前記回転手段に係合する前記マグネットの複数の取付部
   であることを特徴とする請求項３に記載のマグネトロン
   スパッタリング装置。
5. 【請求項５】 前記ターゲットに供給する積算電力量が
   所定値となったときに、 前記可変手段により、前記マグネットの回転中心を変え
   るようにしたことを特徴とする請求項３又は請求項４に
   記載のマグネトロンスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 陰極となるターゲットと、 陽極となる基板又は陽極となる基板ホルダーと、 前記基板と前記ターゲットとの間又は前記基板ホルダー
   と前記ターゲットとの間に生じる電界に交差する磁場を
   形成するためのマグネットと、 複数の電磁石から成り、前記基板と前記ターゲットの間
   に生じる電界に交差する磁場を形成するためのマグネッ
   トと、 前記マグネットを回転させるための回転手段とを具備
   し、 前記ターゲットの近傍に高密度のプラズマを発生させ、
   スパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置
   において、 前記複数の電磁石に供給される電流を、相互に変える可
   変手段を設け、 前記可変手段により前記磁場の分布を変えるようにし
   て、 前記ターゲットから飛散し、前記ターゲットに再付着し
   た前記スパッタ粒子及び／又は該再付着した前記スパッ
   タ粒子の団塊を、スパッタリングするようにしたことを
   特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
7. 【請求項７】 前記ターゲットに供給する積算電力量が
   所定値となったときに、 前記可変手段により、前記電流を変えるようにしたこと
   を特徴とする請求項６に記載のマグネトロンスパッタリ
   ング装置。
8. 【請求項８】 前記可変手段により前記電流を変える際
   に、前記ターゲットに対する前記マグネットの回転中心
   をも変えることのできる構成を有したことを特徴とする
   請求項７に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
9. 【請求項９】 前記ターゲットの近傍に、冷却手段を設
   けるようにしたことを特徴とする請求項３又は請求項６
   に記載のマグネトロンスパッタリング装置。