JPWO2013179548A1

JPWO2013179548A1 - マグネトロンスパッタ装置、マグネトロンスパッタ方法及び記憶媒体

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Publication number: JPWO2013179548A1
Application number: JP2014518240A
Authority: JP
Inventors: 貫人中村; 亨北田; 五味　淳; 淳五味; 哲也宮下
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2016-01-18
Also published as: WO2013179548A1; US20150136596A1; KR20150027053A; TW201408807A

Abstract

マグネトロンスパッタにより基板の面内に均一性高く成膜を行うことができる技術を提供すること。真空容器内の載置部に載置された基板に向くように配置されたターゲットと、このターゲットの背面側に設けられ、マグネットを配列してなるマグネット配列体と、を備えたマグネトロンスパッタ装置において、前記真空容器内にプラズマ発生用のガスを供給するためのガス供給部と、前記載置部を回転させるための回転機構と、前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、前記マグネット配列体を、第１の領域とこの第１の領域よりもターゲットの外縁部側に寄った第２の領域との間で移動させるための移動機構と、前記マグネット配列体の平均移動速度が前記第１の領域と第２の領域との間で異なるように制御信号を出力する制御部と、を備えるように装置を構成する。

Description

本発明は、基板に成膜を行うマグネトロンスパッタ装置、マグネトロンスパッタ方法及び当該方法を実行するプログラムを含む記憶媒体に関する。

半導体デバイスの金属薄膜を成膜する装置の一つであるマグネトロンスパッタ装置は、基板の上方に設けられた金属からなるターゲットとこのターゲットの背面側に配置されたマグネットとを備えている。ターゲットの下面近傍には、マグネットからの漏洩磁場により、ターゲットの下面に水平な磁場が形成される。そしてターゲットに例えば負の電位の直流電力あるいは高周波電力を供すると、真空容器内に導入されたアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスが電界により加速された電子と衝突し電離する。電離によって生じた電子は、前記磁場と電界とによりドリフトし、高密度なプラズマを発生させ、このプラズマ中のアルゴンイオンがターゲットをスパッタして金属粒子を叩き出す。

ターゲットは、装置に応じて基板に対して平行に配置される場合や、特開２００９−１９１２公報に示されるように斜めに配置される場合がある。マグネットは、ターゲットの面全体をエロージョンするために例えば特開２００２−１３６１８９公報に記載されているように自転したり、あるいは特開２００２−２２０６６３公報に記載されているように公転するものが知られている。またターゲットからのスパッタ粒子の放出角度の分布はターゲットの材料ごとに異なることから、一般的に上記のマグネトロンスパッタ装置は、ターゲットに対してステージを昇降させる高さ調整機構を備えている。ターゲットの材料に応じてステージの高さの調整を行うことで、膜厚分布の均一性の低下を防ぐことができる。前記高さ調整機構はベローズを含み、このベローズによって真空容器と当該ステージとの間の気密を維持している。

しかしステージの上下の可動距離は、前記ベローズの伸縮可能な範囲など、装置の構成部品による要因で制限されてしまうので、必ずしも適切な位置にステージを配置できるとは限らない。ステージの上下の可動範囲を大きくするように装置を構成することで対処することが考えられるが、前記高さ調整機構の製造コストが上がってしまうし、真空容器の高さが大きくなることにより装置が大型化してしまう問題がある。一方、成膜時の圧力（プロセス圧力）を調整することで膜厚分布を調整することができるが、圧力の調整では解決できない場合がある。即ち、デバイスの種別に応じて、成膜対象である薄膜に対して適切な膜質、応力あるいは膜特性などが要求されることがあるが、これらの因子はプロセス圧力により変わることがあるので、膜厚分布に着目したプロセス圧力と前記因子に着目したプロセス圧力とが異なる場合には、トレードオフになってしまう。

こうした問題が懸念される半導体デバイスの一例として、従来のＲＡＭの課題を解決できる記憶素子として期待されているＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）が挙げられる。このＭＲＡＭは、絶縁膜を強磁性体である磁性体膜で挟み込み、磁性体膜の磁化の方向が同じであるか逆方向であるかによって素子の抵抗値が変化するＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）素子を利用した記憶素子であり、磁性体膜に対して適切な磁気特性が要求されている。

磁性体膜の磁気特性はプロセス圧力に従って変化するため、磁性体膜に対して所望の磁気特性が得られる圧力範囲と膜厚の均一性を確保するための圧力範囲とが異なる場合には、プロセス圧力の調整だけでは対応できない。膜厚分布は既述のように前記ステージの高さである程度調整できるが、装置構成の観点から高さ調整可能な範囲が制限される場合には、適切な位置にステージを配置できないことがあるし、仮に広範囲で高さ調整ができたとしても高さ調整だけでは膜厚の均一性が不十分な可能性がある。

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、マグネトロンスパッタにより基板の面内に均一性高く成膜を行うことができる技術を提供することである。

本発明のマグネトロンスパッタ装置は、真空容器内の載置部に載置された基板に向くように配置されたターゲットと、このターゲットの背面側に設けられ、マグネットを配列してなるマグネット配列体と、を備えたマグネトロンスパッタ装置において、
前記真空容器内にプラズマ発生用のガスを供給するためのガス供給部と、
前記載置部を回転させるための回転機構と、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
前記マグネット配列体を、第１の領域とこの第１の領域よりもターゲットの外縁部側の第２の領域との間で移動させるための移動機構と、
前記マグネット配列体の平均移動速度が前記第１の領域と第２の領域との間で異なるように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記マグネット配列体の配列領域全体の面積は、ターゲットの面積の２／３以下であることを特徴とする。

本発明の具体的な態様としては例えば下記の通りである。
（ａ）前記移動機構は、前記マグネット配列体を前記ターゲットの中心部に対して対称に移動させる。
（ｂ）前記第１の領域におけるマグネット配列体の平均移動速度は、前記第２の領域におけるマグネット配列体の平均移動速度よりも速い。
（ｃ）前記移動機構は、マグネット配列体を往復運動させるように構成されている。
（ｄ）前記移動機構は、マグネット配列体を周回運動させるように構成されている。
（ｅ）前記制御部は、前記マグネット配列体の移動パターンと処理種別とを対応付けて記憶する記憶部を備え、処理種別に対応する移動パターンに基づいてマグネット配列体を移動させるように制御信号を出力するものである。

本発明によれば、マグネット配列体を、第１の領域とこの第１の領域よりもターゲットの外縁部側に寄った第２の領域との間で移動させ、マグネット配列体の平均移動速度が前記第１の領域と第２の領域との間で異なる。それによって、回転する基板に均一性高く成膜処理を行うことができる。

本発明に係るマグネトロンスパッタ装置の縦断面図である。前記スパッタ装置に設けられるマグネット配列体、ターゲット及びステージの斜視図である。前記マグネット配列体の下面図である。他のマグネット配列体の下面図である。前記ターゲット及び前記マグネット配列体の寸法を示す平面図である。前記スパッタ装置に設けられる制御部の構成図である。前記マグネット配列体の移動パターンを示すグラフ図である。前記マグネット配列体の他の移動パターンを示すグラフ図である。スパッタにより成膜が行われる様子を示す説明図である。スパッタにより成膜が行われる様子を示す説明図である。スパッタにより成膜が行われる様子を示す説明図である。マグネット配列体の他の移動パターンを示す平面図である。前記移動パターンを示す平面図である。前記移動パターンを示す平面図である。マグネット配列体、ターゲット及びステージの構成の他の例を示す斜視図である。シミュレーションにより得られた膜厚分布を示すグラフ図である。実施例におけるマグネット配列体の移動パターンを示すグラフ図である。シート抵抗分布を示すグラフ図である。実施例におけるマグネット配列体の移動パターンを示すグラフ図である。膜厚分布を示すグラフ図である。シート抵抗分布を示すグラフ図である。

本発明の一実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は前記マグネトロンスパッタ装置１の縦断側面図である。図中１１は例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、接地された真空容器である。図中１２は真空容器１１の側壁に開口された基板であるウエハＷの搬送口であり、開閉機構１３により開閉される。

真空容器１１内には載置部である円形のステージ２１が設けられ、ウエハＷが当該ステージ２１の表面に水平に載置される。ステージ２１の裏面中央部には垂直方向に伸びる軸部２２の一端が接続されている。軸部２２の他端は真空容器１１の底部に設けられる開口部１４を介して真空容器１１の外部へ延出され、回転機構２３に接続されている。この回転機構２３により軸部２２を介してステージ２１が鉛直軸回りに回転自在に構成される。軸部２２の周囲には、真空容器１１の外側から前記真空容器１１と軸部２２との隙間を塞ぐように筒状の回転シール２４が設けられている。図中２５は回転シールに設けられるベアリングである。

ステージ２１の内部には図示しないヒータが設けられ、成膜処理時においてウエハＷが所定の温度に加熱される。また、このステージ２１には当該ステージ２１と真空容器１１の外部の搬送機構（図示せず）との間でウエハＷを受け渡すための突出ピン（図示せず）が設けられている。

真空容器１１の下方には排気口３１が開口している。この排気口３１には排気管３２の一端が接続され、排気管３２の他端は排気ポンプ３３に接続されている。図中３４は排気管３２に介設された排気量調整機構であり、真空容器１１内の圧力を調整する役割を有する。真空容器１１の側壁の上部側には、プラズマ発生用のガス供給部であるガスノズル３５が設けられており、ガスノズル３５は、例えばＡｒなどの不活性ガスが貯留されたガス供給源３６に接続されている。図中３７は、マスフローコントローラからなる流量調整部であり、ガス供給源３６からガスノズル３５へのＡｒガスの供給量を制御する。

真空容器１１の天井には矩形状の開口部４１が形成されており、真空容器１１の内部側の前記開口部４１の縁部には、この縁部に沿って絶縁部材４２が設けられている。この絶縁部材４２に沿って保持部４３が設けられている。この保持部４３の内周において、前記開口部４１を塞ぐように平面視矩形状のターゲット電極４４が、当該保持部４３に保持されている。前記絶縁部材４２により、ターゲット電極４４は真空容器１１から絶縁されている。ターゲット電極４４は、処理に応じて交換自在に構成される。

このターゲット電極４４は、例えばＣｕやＦｅからなる導電性の長方形状のベース板４５と、成膜材料をなすターゲット４６とからなる。ターゲット４６は例えばＭＲＡＭの素子を構成するためのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ（コバルト−鉄−ホウ素）合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｆｅ、Ｔａ（タンタル）、Ｒｕ、Ｍｇ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどのいずれかの材質により構成されており、ベース板４５の下方側に積層されて設けられている。また、この例ではターゲット電極４４には電源部４７により負の直流電圧が印加されるが、直流電圧に代わり交流電圧を印加してもよい。

図２はターゲット電極４４の斜視図である。この例では、ターゲット電極４４は、短辺が水平となるように、また長辺のウエハＷ側の端部が他方の端部よりも高くなるようにステージ２１上のウエハＷに対して斜めに配置されている。ターゲット４６の中心は、前記ウエハＷの中心よりも外側に位置している。

このようにターゲット４６を斜めに、且つウエハＷに対して横方向にずらして配置するのは、スパッタ粒子をウエハＷ上に均一性高く堆積させるためである。ターゲット４６が合金の場合には、ウエハＷ上に成膜された膜の合金組成の均一性を高くすることができる。ターゲット４６からのスパッタ粒子は余弦則に従って放出される。つまり、スパッタ粒子が射出されるターゲット４６の面の法線に対する、スパッタ粒子が射出する方向の角度の余弦値に比例した量のスパッタ粒子が射出される。ターゲット４６を水平に配置したり、ウエハＷの上部に配置する場合よりもターゲット４６の面積を抑えながら、ターゲット４６の面内においてウエハＷへスパッタ粒子を放射可能な領域を向上させることができる。ただし本発明を実施するにあたり、ターゲット４６を水平に配置したり、ウエハＷに重なるように当該ウエハＷの上部に配置してもよい。

図１中でウエハＷの法線（厚さ方向の線）とターゲット４６の中心軸線とのなす角θ１は例えば０度〜４５度に設定される。このターゲット４６の中心と、前記ステージ２１上のウエハＷの中心との横方向の距離Ｌ１（オフセット距離とする）は例えば１５０ｍｍ〜３５０ｍｍに設定される。ステージ２１に載置されるウエハＷからターゲット電極４４の中心までの距離をＴＳ距離Ｌ２とすると、このＴＳ距離Ｌ２は例えば１５０ｍｍ〜３５０ｍｍに設定される。

続いて、ターゲット電極４４上に設けられるマグネット配列体５１について説明する。説明するにあたり、前記ターゲット４６の長さ方向をＸ方向、ターゲット４６の幅方向をＹ方向とする。マグネット配列体５１はターゲット４６に並行な矩形の支持板５２と、磁気回路を構成する複数のマグネット５３とを備えている。支持板５２の下面に前記マグネット５３の一端が支持され、その他端がターゲット電極４４に近接している。図３は支持板５２の下面を示している。支持板５２の四辺に沿って伸びる４つのマグネット５３が支持板５２の中央部を囲うように配列されている。そして、この４つのマグネット５３から離間して、支持板５２の中央部をＹ方向に伸びるように１つのマグネット５３が設けられている。前記四辺に沿って設けられるマグネット５３のターゲット４６側の極性と、前記中央部に設けられるマグネット５３のターゲット４６側の極性とは互いに異なっている。このようにマグネット５３が配置されることにより形成される磁力線を、図中に曲線の矢印で模式的に示している。図３のマグネットの構成は一例であり、この構成に限られるものではない。図４では、他のマグネット５３の構成例を示している。図３の構成との差異点を説明すると、図４の構成ではマグネット５３に比べてＹ方向の長さが短いマグネット５０を当該Ｙ方向に多数配置していることである。また他の差異点は、そのようにＹ方向に多数配置されたマグネット５０からなるマグネット群と、Ｘ方向に伸びるマグネット５３とが離間していることである。

図１に示すように支持板５２の上部にはブラケット５４が設けられ、移動機構５５に接続されている。移動機構５５は例えば前記Ｘ方向に伸びるボールネジ５６と、このボールネジ５６を軸回りに回転させるモータ５７とにより構成される。ボールネジ５６はブラケット５４に螺合し、モータ５７が正回転及び逆回転することにより、マグネット配列体５１がＸ方向に沿って、ターゲット４６の一端部側（上端部側）と他端部側（下端部側）との間で往復移動し、ターゲット４６の面内のスパッタ量の分布を制御できるように構成されている。また、ターゲット４６の局所的なスパッタを抑えるために、ターゲット４６の中心からターゲット４６の一端部側、他端部側を見たときに、マグネット配列体５１が描く軌跡は互いに対称になるように当該マグネット配列体５１が移動する。つまり、マグネット配列体５１はターゲット４６の中心部から、一端部側、他端部側へ夫々等距離移動する。

図５はターゲット４６と、支持板５２におけるマグネット５３の配列領域５８とを示す平面図である。ターゲット４６のＸ方向の長さをＭ１、配列領域５８のＸ方向の長さをＭ２とすると、前記往復移動を行うために、Ｍ２／Ｍ１は例えば２／３以下に設定される。また、ターゲット４６の面積をＭ３、配列領域５８の面積をＭ４とするとＭ４／Ｍ３は２／３以下に設定される。

このマグネトロンスパッタ装置１は制御部６を備えている。図６に制御部６の構成を示しており、制御部６はプログラム６１と、前記プログラム６１の命令を実行するためのＣＰＵ６２と、メモリ６３と、入力部６４とを備えている。図中６５はバスである。プログラム６１は、電源部４７からターゲット電極４４への電力供給動作、流量調整部３７によるＡｒガスの流量調整、駆動機構５４によるマグネット配列体５１の移動、排気量調整機構３４による真空容器１１内の圧力調整、回転機構２３によるステージ２１の回転などを制御する。それによって後述のようにウエハＷに処理が行えるようにステップ群が組まれている。このプログラム６１は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

メモリ６３には、ターゲット４６の材質と、成膜処理時における真空容器１１内の圧力と、マグネット配列体５１の移動パターンの種類と、処理レシピの番号とが互いに対応付けられて記憶されている。前記移動パターンについては後述する。入力部６４は、例えばマウス、キーボード、タッチパネルなどにより構成され、装置１のユーザはこの入力部６４から前記処理レシピの番号を選択する。前記番号を選択することにより、ウエハＷの処理時において真空容器１１内がこの処理レシピに対応する圧力になるように排気量調整機構３４の動作が制御される。そして、この処理レシピに対応する移動パターンでマグネット配列体５１が動作するようにモータ５７に制御信号が送信される。上記したように各成膜材料について、処理時の真空容器１１内の圧力によって形成される膜の応力や磁気特性が決定されるので、ユーザは所望の応力及び磁気特性が得られる圧力となる処理レシピの番号を選択する。この処理レシピの設定は例えばウエハＷのロットごとに行うことができ、ロットと選択した処理レシピとが対応付けられてメモリ６３に記憶される。

続いてマグネット配列体５１の移動パターンについて説明する。上記のようにマグネット配列体５１はターゲット４６の長さ方向に沿って往復移動するが、この例ではターゲット４６の各部における平均移動速度が互いに異なる移動パターンＡまたは移動パターンＢで移動する。マグネット配列体５１がターゲット４６上を一往復するとき、即ちターゲット４６の一端部側から他端部側へ向かい、他端部側から一端部側へ戻るときの移動パターンのグラフを図７、８に示す。図７のグラフが移動パターンＡの動作、図８のグラフが移動パターンＢの動作を夫々示している。各グラフの縦軸はマグネット配列体５１の移動速度、横軸は時間を夫々示している。マグネット配列体５１が一端部側から他端部側へ向かうときの速度を正で示しており、他端部側から一端部側へ向かうときの速度をグラフでは便宜上、負で示している。移動パターンＡ、Ｂ共に、移動速度が０であるときはマグネット配列体５１がターゲット４６の一端部上または他端部上に位置している。

移動パターンＡはグラフの波形が正弦波状になっている。移動パターンＢは、ターゲット４６上を一端部側から他端部側及び他端部側から一端部側に向かうときに移動速度の絶対値が上昇後、下降するまでの間に当該速度の絶対値が一定になる時間がある。この一定になったときの速度が移動パターンＢにおける最大速度であり、図８のグラフ中に点線で示す移動パターンＡの最大速度よりも遅い。これら移動パターンＡ、Ｂでは、マグネット配列体５１がターゲット４６の両端部（第２の領域）を通過するときの平均移動速度よりも、マグネット配列体５１がターゲット４６の中央部（第１の領域）を通過するときの平均移動速度の方が速い。

マグネット配列体５１の平均移動速度と、ターゲット４６から飛散するスパッタ粒子との関係を説明する。ターゲット４６において磁場強度が強い個所においてはプラズマ密度が高くなり、当該箇所のスパッタリングレートが上がる。言い換えれば、ターゲット４６においてマグネット配列体５１が滞在している箇所からスパッタ粒子が多く放出される。また、ターゲット４６においてマグネット配列体５１が滞在する時間が長い箇所については、プラズマの滞在時間が長くなるので、スパッタ粒子の放出量が多くなる。つまり、ターゲット４６の面内においてマグネット配列体５１の平均移動速度が遅い箇所ほど、当該箇所におけるスパッタリングレートが大きい。それとは逆にマグネット配列体５１の平均移動速度が速い箇所ほど、当該箇所におけるスパッタリングレートが小さい。

本発明は、マグネット配列体の平均移動速度が第１の領域と、第１の領域よりもターゲット４６の外縁部側の第２の領域との間で異なることを要件とするが、これは前記マグネット配列体５１の前記第１の領域における滞在時間が第２の領域における滞在時間と異なるということである。そして、前記第１の領域におけるマグネット配列体５１の平均移動速度が、前記第２の領域におけるマグネット配列体５１の平均移動速度よりも速いことは、前記第１の領域におけるマグネット配列体の滞在時間が、前記第２の領域におけるマグネット配列体５１の滞在時間よりも短いことである。

移動パターンＡについて、ターゲット４６がスパッタされる様子を模式的に図９、１０、１１に夫々示した。これら、図９、１０、１１は図７のグラフ中における区間ｔ１、ｔ２、ｔ３のマグネット配列体５１を示しており、これら各区間で、マグネット配列体５１は、ターゲット４６の一端部上、中央部上、他端部上を夫々移動している。各区間ｔ１〜ｔ３の大きさは互いに等しい。図９、１０、１１では矢印の本数が多いほど、ターゲット４６のスパッタリングレートが大きいことを示している。上記のようにマグネット配列体５１の平均移動速度の違いにより、ターゲット４６の中央部のスパッタリングレートが、一端部及び他端部のスパッタリングレートに比べて小さい。

移動パターンＢについては、移動パターンＡよりもターゲット４６の中央部におけるマグネット配列体５１の平均移動速度が遅いため、移動パターンＡよりも前記中央部のスパッタリングレートが大きくなる。後述のシミュレーションで示すように移動パターンＡ，Ｂを選択することにより、ウエハＷの膜厚分布を制御することができる。

真空容器１１内の圧力及びターゲット４６の材質によって、ターゲット４６から放出されたスパッタ粒子の飛散する方向が変化する。従って、マグネット配列体５１を処理レシピごとに同じ移動パターンで移動させる場合には膜厚分布にばらつきが生じる。この圧力やターゲット４６の材質に起因する膜厚分布のばらつきが均されて均一性高い膜厚分布が得られるように、各処理レシピにおいて移動パターンＡ、Ｂいずれのパターンで処理を行うかが予め設定され、前記メモリ６３に記憶されている。

続いて、上述のマグネトロンスパッタ装置１の作用について説明する。装置１のユーザは、真空容器１１内に配置されたターゲット４６の材質と、成膜処理時の所望の圧力とに応じて、装置１に搬入されるウエハＷのロットごとに処理レシピを決定し、入力部６４から決定した処理レシピの番号をロットごとに入力する。その後、真空容器１１の搬送口１２を開き、図示しない外部の搬送機構及び突き上げピンの協働作業により、ステージ２１にウエハＷを受け渡す。次いで、搬送口１２が閉じられ、真空容器１１内にＡｒガスが供給されると共に、排気量調整機構３４により排気量が制御され、真空容器１１内が前記ウエハＷの処理レシピの圧力に維持される。

そして、ステージ２１が鉛直軸回りに回転すると共に移動機構５５によりマグネット５３が、決定された処理レシピの移動パターンでターゲット４６上を、その長さ方向に沿って往復移動する。そして、電源部４７からターゲット電極４４に負の直流電圧が印加されて、ターゲット電極４４の周囲に電界が生じ、この電界により加速された電子がＡｒガスに衝突することによりＡｒガスが電離する。Ａｒガスが電離することにより新たな電子が発生する。その一方で、マグネット５３によって、当該マグネット５３が位置するターゲット４６の表面に沿って磁場が形成される。

そして、ターゲット４６近傍の電界と前記磁場によって前記電子は加速され、ドリフトする。そして、加速によって十分なエネルギーを持った電子が、さらにＡｒガスと衝突し、電離を起こしてプラズマを形成し、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット４６をスパッタする。また、このスパッタにより生成された二次電子は前記水平磁場に捕捉されて再び電離に寄与し、こうして電子密度が高くなり、プラズマが高密度化される。このときマグネット配列体５１がターゲット４６の背面を設定した移動パターンＡまたはＢで移動している。上記のように移動パターンＢの場合、マグネット配列体５１は、ターゲット４６の長さ方向において中央部の平均移動速度が移動パターンＡよりも遅いので、中心部でのプラズマの滞在時間が長くなり、スパッタリングレートが高くなる。

このようにターゲット４６の面内でスパッタリングレートの勾配を変更することによりに、ウエハＷの周方向に入射されるスパッタ粒子の量を調整でき、ウエハＷが回転することにより、スパッタ粒子の入射する位置が当該ウエハＷの周方向にずれ、ウエハＷに均一性高く成膜が行われる。

電源部４７の電源がオンになってから所定の時間経過すると、この電源がオフになりプラズマの発生が停止し、Ａｒガスの供給が停止し、真空容器１１内が所定の排気量で排気され、ウエハＷが搬入時とは逆の動作で真空容器１１内から搬出される。そして、後続のウエハＷが先のウエハＷと同様に処理される。そして、スパッタ装置１に搬送されるウエハＷのロットが変わると、そのロットについて設定された移動パターンでマグネット配列体５１が移動する。またターゲット電極４４を交換し、ターゲット４６の材質が変更された場合には、ユーザはこの変更されたターゲット４６及び圧力に従って処理レシピを選択し、処理を行う。

このマグネトロンスパッタ装置１によれば、成膜処理中にマグネット配列体５１が、回転するステージ２１に対して斜めに設けられたターゲット４６上を、平均移動速度を変えながら当該ターゲット４６の一端部側と他端部側との間で往復移動する。これによって、ターゲット４６のスパッタ量の分布を制御し、ウエハＷの面内に均一性高い成膜処理を行うことができる。また、成膜処理時の圧力及びターゲット４６の材質に従って、マグネット配列体５１の移動パターンが決定される。それによってウエハＷの面内に、より均一性高い膜厚形成を行うことができる。

例えば前記回転機構２３に前記ＴＳ距離Ｌ２を調整できるようにステージ２１の昇降機構を設けて、処理レシピに応じて前記ＴＳ距離を変更して膜厚の分布を制御し、ウエハＷ面内における膜厚の均一性をより高めてもよい。このように昇降機構を設ける場合、上記のようにマグネット配列体５１の移動により膜厚分布を制御できるので、昇降に必要な可動距離が長くなることを防ぐことができる。従って、このように昇降機構を設ける場合も設けない場合も、装置の製造コストを抑えると共に装置の大型化を防ぐことができる。

上記の例ではターゲット４６の両端部のスパッタリングレートが、中央部のスパッタリングレートよりも大きいが、このように制御することには限られない。例えばマグネット配列体５１のターゲットの中央部の平均移動速度を両端部の平均移動速度よりも遅くして、前記両端部のスパッタリングレートが、中央部のスパッタリングレートよりも小さくなるようにしてもよい。そのために、ターゲット４６の一端部及び他端部のうち一方から他方へマグネット配列体５１が移動するときに、例えばターゲット４６の中央部で一旦マグネット配列体５１を停止させてもよい。

移動機構５５によるマグネット配列体５１の移動パターンとしては上記の往復移動に限られない。例えば図１２、図１３及び図１４はその他の移動パターンを示している。この例では、図中鎖線の矢印でその軌跡を示すようにマグネット配列体５１が、平面視ターゲット４６の辺に沿って周回運動する。このように周回運動する場合も、往復運動する場合と同様に、図７、８に示した移動パターンに従ってマグネット配列体５１が動作する。つまり、マグネット配列体５１がターゲット４６の両端部を移動するときの平均移動速度が、中央部を移動するときの平均移動速度よりも速い。図１２、図１３及び図１４は、マグネット配列体５１が移動パターンＡで移動するときの前記区間ｔ１，ｔ２、ｔ３内における所定の時刻のマグネット配列体５１の位置を示している。なお、このようにマグネット配列体５１を周回させる場合も、ターゲット４６の両端部を移動するときの平均移動速度が、中央部を移動するときの平均移動速度よりも遅くなるようにすることができる。

ところで、ターゲット４６の形状としては矩形に限られず、楕円形や長円形であってもよいし、四角形以外の多角形であってもよい。また、移動パターンとしても２種類に限られない。例えば移動パターンＢよりもさらにターゲットの中央部を移動するときの速度が遅い移動パターンＣを用意し、移動パターンＡＢＣの中から実施するパターンを、処理レシピに応じて選択してもよい。また、上記の例では処理レシピにおける処理パラメータである圧力と、ターゲット４６の材質とによって移動パターンを変更しているが、ターゲット４６から放出されるスパッタ粒子の角度は、処理パラメータであるターゲット４６への印加電圧によっても変化する。従って、この処理パラメータによって移動パターンを変更するようにしてもよい。

ところで、上記の例ではターゲット４６の中央部から見て、ターゲット４６の一端部側、他端部側に対称となるようにマグネット配列体５１を移動させている。それによって一端部側、他端部側のスパッタ量を均一にし、エロージョンの偏りを防ぐと共にウエハＷの面内で膜厚分布の均一性が高くなるように成膜を行っているが、このような技術的な思想を逸脱しない限り本発明の権利範囲に含まれる。例えばマグネット配列体５１を往復移動させる場合、ターゲット４６の中央部から見てマグネット配列体５１の一端部側への移動距離、他端部側への移動距離が互いに数ｍｍ程度異なっていてもこの技術的思想を逸脱するものではなく、対称に移動させることに含まれる。

また、例えばマグネット配列体５１を往復移動させるにあたり、ターゲット４６の中央部から見てマグネット配列体５１を一端部側に５０ｍｍ、他端部側に４０ｍｍ移動させた後、続いて一端部側に４０ｍｍ、他端部側に５０ｍｍ移動させる。このような移動が繰り返し行われる。この移動パターンの場合、マグネット配列体５１がターゲット４６の中央部→一端部側→他端部側→中央部側の経路で移動する動作を一往復移動とすると、ｎ（ｎは整数）回目の往復移動だけを見ればマグネット配列体５１は対称に移動していない。このため一端部側と他端部側とでスパッタ量に偏差ができるが、ｎ＋１回目の往復移動でこの偏差がキャンセルされる。つまり、長期的に見ればマグネット配列体５１は、一端部側、他端部側へ同じ軌跡で対称に移動している。このような移動パターンとした場合も本発明の権利範囲に含まれる。またマグネット配列体５１は一端部側に５０ｍｍ、他端部側に５０ｍｍ移動した後、続いて一端部側に４０ｍｍ、他端部側に４０ｍｍ移動し、このような移動が繰り返し行われる構成であってもよい。この移動パターンの場合にもマグネット配列体５１は、一端部側、他端部側へ同じ軌跡で対称に移動することとなるため、同様な効果が得られる。

また他の実施の形態として、ターゲット８０上をマグネット配列体８１が水平方向に移動するように構成してもよい。図１５はこのような実施の形態を示しており、この例ではターゲット８０は、ウエハＷの上方にて、長辺が水平となるように配置され、その短辺はウエハＷの中央側の端部が外側の端部よりも高くなるように傾斜して配置されている。そしてターゲット８０は、中心部における法線（ターゲット８０の下面と直交する線）が、ウエハＷの下方側にてウエハＷの中心線と交差するように位置している。またマグネット配列体８１は、図１〜図３に示したマグネット配列体５１と同じ構造であり、支持板８２の下面に前記マグネット８３の一端が支持板８２に支持され、その他端がターゲット８０に近接している。従って図１及び図２に示したマグネトロンスパッタ装置１のターゲット４６及びマグネット配列体５１をターゲット４６の中心を通る法線を中心に９０度回転させた配置となる。また移動機構は、図では省略しているが、例えば図１５中のターゲット８０の長さ方向（Ｙ方向）に伸びるボールねじとモータとにより構成され、マグネット配列体８１が、ターゲット８０の長さ方向一端部側から他端部側との間を移動できるように構成されている。従ってマグネット配列体８１はターゲット８０に対して、平行な姿勢でＹ方向に水平移動できることになる。

図１５に示す実施の形態におけるマグネット配列体８１の移動パターンは、図１に示した実施の形態における移動パターンを適用することができ、この場合図７及び図８に示す移動パターンの縦軸の＋側及び−側が、夫々図１５に示すＹ方向への一端部側及び他端部側と置き換えられる。即ち図１２に示す実施の形態におけるマグネット配列体８１は、ターゲット８０における水平方向の一端部側及び他端部側との間を例えば既述の移動パターンＡあるいはＢに従って移動することになる。
[実施例]

本発明を評価するためにマグネット配列体の移動パターンを設定し、成膜を行ったときのウエハＷに形成される膜の膜厚分布をシミュレーション（実施例１）及び確認試験（実施例２〜４）により求めた。シミュレーション及び確認試験では、図１５に示す装置を想定、あるいは使用し、前記角度θ１、オフセット距離Ｌ１、ＴＳ距離Ｌ２の値については、最初の実施形態に記載した具体例の範囲から選択した。

（実施例１）
図７及び図８に示した移動パターンＡ、Ｂで夫々成膜を行った場合のシミュレーションを行った。図１６のグラフは、夫々の移動パターンで成膜処理を行った時のウエハＷの膜厚分布を示し、点線のグラフが移動パターンＡで処理を行ったときの膜厚分布を、実線のグラフが移動パターンＢで処理を行ったときの膜厚分布を夫々示している。グラフの縦軸は所定の膜厚の値を１として規格化したものであり、横軸がウエハＷの中心からの距離を示している。移動パターンＡで膜厚分布シミュレーションを行った結果、膜厚分布（膜厚の最大値と最小値の差/平均膜厚）が７．１％であったのに対し、移動パターンＢでは２．３％となった。

グラフに示すように移動パターンＢで成膜した場合、移動パターンＡで成膜した場合に比べてウエハＷの中央部付近での膜厚が大きい。これはターゲット８０の中央部でのマグネット配列体８１の平均移動速度が遅いため、当該中央部のスパッタレートが高くなり、ウエハＷ中心付近に堆積されるスパッタ粒子の量が増加したためである。このシミュレーションにより、マグネット配列体８１の移動パターンを変更することで膜厚分布が変更されることが示された。

（実施例２）
移動パターンＢのように、ある時間帯を定速度で移動するように設定した移動パターンにおいて、加減速を行う時間と、定速度移動時の設定速度との２つのパラメータを変更したときのウエハＷに形成される膜の膜厚分布を確認した。なおターゲット８０の材料には、Ｔａを用いた。
図１７は、マグネット配列体８１の移動パターンＰ１〜Ｐ３を示すグラフであり、グラフの縦軸はマグネット配列体８１の移動速度、横軸は時間を夫々示している。夫々の移動パターンに加減速時間と定速度とが割り当てられている。
移動パターンＰ１：加減速時間２４９ｍ秒、定速度１１２ｍｍ／秒
移動パターンＰ２：加減速時間９９ｍ秒、定速度１０３ｍｍ／秒
移動パターンＰ３：加減速時間３６９ｍ秒、定速度１２０ｍｍ／秒

図１８のグラフは、移動パターンＰ１〜Ｐ３を適用して、夫々成膜を行ったときのウエハＷに形成された膜のシート抵抗分布を示している。グラフの縦軸は所定のシート膜厚の値を１として規格化したものであり、横軸がウエハＷの中心からの距離を示している。なお、移動パターンＰ１〜Ｐ３で成膜を行った結果のシート抵抗分布（シート抵抗の最大値と最小値の差/平均シート抵抗）は、移動パターンＰ１では、２．８％、移動パターンＰ２では、３．５％、移動パターンＰ３では２．０％となった。

図１８のグラフに示すようにウエハＷの中央部付近でのシート抵抗は、移動パターンＰ３で成膜した場合が最もが大きく、移動パターンＰ２で成膜した場合が最も小さくなっていた。この実験結果により、マグネット配列体８１の移動パターンの加減速を行う時間や定速度移動時の設定速度を調整することで、シート抵抗の分布が変更されることが示された。

（実施例３）
ターゲット８０となる材料を変更した場合においても、移動パターンを調整することにより良好な膜厚分布が得られることの確認試験を行った。実施例３−１は、ターゲット８０の材料としてＴａを用い、移動パターンＰ１により成膜処理を行った。実施例３−２は、ターゲット８０の材料として７０ＣｏＦｅを用い、移動パターンＰ４（加減速時間７５９ｍ秒、定速度１２０ｍｍ／秒）により成膜処理を行った。図１９は、マグネット配列体８１の移動パターンＰ１、Ｐ４を示すグラフであり、グラフの縦軸はマグネット配列体８１の移動速度、横軸は時間を夫々示している。夫々の移動パターンに加減速時間と定速度とが割り当てられている。

図２０のグラフは、実施例３−１及び３−２によって夫々成膜処理を行ったときのウエハＷに形成された膜の膜厚分布を示している。グラフの縦軸は所定の膜厚の値を１として規格化したものであり、横軸がウエハＷの中心からの距離を示している。実施例３−１、３−２共に均一性の高い平坦な膜が成膜されており、膜厚分布（膜厚の最大値と最小値の差/平均膜厚）は、実施例３−１では、１．９％、実施例３−２では、１．６％と低くなっていた。この実験結果により、ターゲット８０の材料を変更した場合においても、マグネット配列体８１の移動パターンを調整することで、均一な膜厚に成膜されることが示された。

（実施例４）
マグネット配列体８１を往復移動させるにあたり、ターゲット８０の中央部から見てマグネット配列体８１を例えば、一端部側にαｍｍ、他端部側にαｍｍ移動させた後、続いて一端部側にαと異なるβｍｍ、他端部側にβｍｍ移動させるパターンを１サイクルとする。このようなサイクルが繰り返し行われたときに成膜される膜についての確認試験を行った。実施例４では、マグネット配列体８１をターゲット８０の一端部側に９８ｍｍ、他端部側に９８ｍｍ移動させた後、続いて一端部側に８８ｍｍ、他端部側に８８ｍｍ移動させ、このサイクルを繰り返し行った。またマグネット配列体８１をターゲット８０の両端部側に９８ｍｍ均等に移動を繰り返して成膜を行った場合を比較例４とする。なおターゲット８０の材料としては、ＰｔＭｎを用いた。

図２１のグラフは、実施例４及び比較例４において、夫々成膜処理を行ったときのウエハＷに形成された膜のシート抵抗分布を示している。グラフの縦軸は所定のシート抵抗の値を１として規格化したものであり、横軸がウエハＷの中心からの距離を示している。実施例４、比較例４共に平坦な膜が成膜されて略同様のシート抵抗のプロファイルが得られた。またシート抵抗分布（シート抵抗の最大値と最小値の差/平均シート抵抗）も、実施例４、比較例４共に２．０％であった。

Claims

真空容器内の載置部に載置された基板に向くように配置されたターゲットと、このターゲットの背面側に設けられ、マグネットを配列してなるマグネット配列体と、を備えたマグネトロンスパッタ装置において、
前記真空容器内にプラズマ発生用のガスを供給するためのガス供給部と、
前記載置部を回転させるための回転機構と、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
前記マグネット配列体を、第１の領域とこの第１の領域よりもターゲットの外縁部側の第２の領域との間で移動させるための移動機構と、
前記マグネット配列体の平均移動速度が前記第１の領域と第２の領域との間で異なるように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記マグネット配列体の配列領域全体の面積は、ターゲットの面積の２／３以下であることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
前記移動機構は、前記マグネット配列体を前記ターゲットの中心部に対して対称に移動させることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記第１の領域におけるマグネット配列体の平均移動速度は、前記第２の領域におけるマグネット配列体の平均移動速度よりも速いことを特徴とする請求項１または２記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記移動機構は、マグネット配列体を往復運動させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記移動機構は、マグネット配列体を周回運動させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
前記制御部は、前記マグネット配列体の移動パターンと処理種別とを対応付けて記憶する記憶部を備え、処理種別に対応する移動パターンに基づいてマグネット配列体を移動させるように制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
真空容器内の載置部に載置された基板に向くように配置されたターゲットと、このターゲットの背面側に設けられ、マグネットを配列してなるマグネット配列体と、を備えたマグネトロンスパッタ装置を用い、
前記載置部を回転させる工程と、
前記ターゲットに電圧を印加する工程と、
前記真空容器内にプラズマ発生用のガスを供給する工程と、
前記マグネット配列体を、第１の領域とこの第１の領域よりもターゲットの外縁部側の第２の領域との間で、前記マグネット配列体の平均移動速度が前記第１の領域と第２の領域との間で異なるように移動させる工程と、を含み、
前記マグネット配列体の配列領域全体の面積は、ターゲットの面積の２／３以下であることを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。
前記マグネット配列体を移動させる工程は、当該ターゲットの中心部に対して対称になるように当該マグネット配列体を移動させることを特徴とする請求項７記載のマグネトロンスパッタ方法。
前記第１の領域におけるマグネット配列体の平均移動速度は、前記第２の領域におけるマグネット配列体の平均移動速度よりも速いことを特徴とする請求項７または８記載のマグネトロンスパッタ方法。
真空容器内の載置部に載置された基板に向くように配置されたターゲットと、このターゲットの背面側に設けられ、マグネットを配列してなるマグネット配列体と、を備えたマグネトロンスパッタ装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項７ないし９のいずれか一項に記載されたマグネトロンスパッタ方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。