KR20150023263A - 마그네트론 스퍼터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자성 재료로 이루어지는 타깃을 사용하여 마그네트론 스퍼터를 행함에 있어서, 장치의 생산성을 높게 할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 기판 위에서, 당해 기판의 중심축으로부터 상기 기판의 면을 따른 방향으로 그 중심축이 편이하여 배치되고, 자성 재료로 이루어지는 타깃인 원통체와, 이 원통체를 당해 원통체의 축 둘레로 회전시키는 회전 기구와, 상기 원통체의 공동부 내에 설치된 마그네트 배열체와, 상기 원통체에 전압을 인가하는 전원부를 구비하는 장치를 구성한다. 그리고, 상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 원통체의 둘레 방향에서의 양단부보다 중앙부가 당해 원통체의 주면측으로 돌출되어 있다. 이에 의해, 두께가 비교적 큰 타깃을 사용해도, 타깃으로부터 누설되는 자장의 강도의 저하를 억제하고, 또한 에로젼의 국소적인 진행을 억제할 수 있다.

Description

마그네트론 스퍼터 장치{MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS}

본 발명은 기판에 성막을 행하는 마그네트론 스퍼터 장치에 관한 것이다.

차세대의 메모리로서 기대되고 있는 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM: Magnetic Random Access Memory)나 하드디스크 드라이브에는, 많은 자성 재료가 사용되고 있으며, 이 자성 재료의 대부분이 스퍼터링에 의해 기판에 형성된 박막에 의해 구성된다. 상기 MRAM은, 절연막을 강자성층인 자성체막 사이에 끼워 넣고, 자성체막의 자화 방향이 동일한지 역방향인지에 따라 절연막의 통전량이 상이한 것을 이용한 기억 소자이다.

상기 스퍼터링은, 통상, 도 24에 도시한 바와 같이 진공 용기에 설치되는 원형 또는 사각형의 평판 형상의 자성체로 이루어지는 타깃(101)과, 상기 타깃(101)의 배면에 복수 배치되는 마그네트(102)를 구비한 장치를 사용한 마그네트론 스퍼터법에 의해 행하여진다. 도면 중 103은 타깃(101)을 냉각하기 위한 수냉 플레이트이며, 104는 마그네트(102)의 지지 부재이다.

상기 마그네트(102)에 기초하는 누설 자장에 의해, 타깃(101)의 하면을 따른 자장이 형성된다. 그리고, 타깃(101)에 예를 들어 마이너스의 직류 전력 또는 고주파 전력을 공급하면, 상기 자계에 직교하도록 전계가 형성되어, 진공 용기 내에 도입된 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스가 이온화된다. 그리고, 직교 전자계에 의해, 플라즈마 중의 2차 전자가 사이클로이드 운동하여, 타깃(101)의 근방에 머물게 되어, 불활성 가스의 이온화 효율이 높아져, 타깃 부근에 고밀도 플라즈마를 형성하는 것이 가능하게 된다. 그 결과로서, 기판에서의 자성체막의 성막 속도의 고속화, 2차 전자의 트랩에 의한 상기 기판이 당해 2차 전자로부터 받는 충격의 저감화를 도모할 수 있다. 또한, 불활성 가스의 압력 저감이 가능해짐으로 인한 자성체막에의 상기 불활성 가스의 혼입 저감, 즉 막에의 불순물의 혼입 저감과 같은 효과가 얻어진다.

그런데, 타깃(101)이 자성체이기 때문에, 마그네트(102)로부터 발생하는 자계는 당해 타깃(101)에 흡수된다. 이 흡수량은 타깃(101)의 투자율이나 포화 자속 밀도 등에 의존한다. 즉, 타깃(101)에 의해 전부 흡수되지 않고 누설된 자계에 의해 상기 플라즈마의 형성이 행하여진다. 상기와 같이 플라즈마의 형성을 행하기 위하여 필요한 누설 자계 강도는 일반적으로 200가우스 이상이 바람직하다.

그런데, 장치의 생산성을 향상시키기 위해서, 타깃(101)의 교환 빈도를 저감시키는 것이 요구되고 있다. 그 때문에 타깃(101)의 두께를 크게 하는 것이 생각되지만, 이 타깃(101)의 두께를 크게 하면, 상기 누설 자계의 강도가 저하되기 때문에, 그와 같이 두께를 충분히 크게 하는 것이 어렵다. 마그네트(102)의 체적이나 이 마그네트(102)에 의해 구성되는 자기 회로에 대하여 높은 자계 강도가 얻어지도록 고안이 이루어지거나, 캐소드 마그네트로서는 예를 들어 Nd-Fe-B(네오디뮴-철-붕소) 등의 비교적 높은 자속 밀도를 갖는 것이 사용되거나 한다. 그러나, 그러한 대처를 해도, 타깃(101)의 두께를 충분히 크게 하는 것이 어렵다. 예를 들어 포화 자속 밀도(Bs)가 2.4T를 갖는 Co35Fe65(수치의 단위는 원자 백분율(at％)) 합금에 의해 타깃(101)을 구성한 경우, 그 두께는 5mm 정도가 상한으로 되어 있다.

또한, 자성체의 타깃(101)에서는 에로젼의 진행이 가속도적으로 증대되는 문제가 있다. 도 25는, 타깃(101)이 스퍼터됨으로써 변화하는 에로젼(105)의 프로파일을 나타내고 있다. 도면 중 상단, 중단, 하단은 상기 에로젼(105)의 초기, 중기, 후기의 각각의 프로파일을 나타내고 있다. 도면 중의 우측에는 당해 타깃(101)의 프로파일을 나타내고, 좌측에는 비교로서 비자성체의 타깃(106)의 프로파일을 나타내고 있다. 비자성체의 타깃(106)의 경우, 초기부터 후기에 걸쳐서 마그네트(102)로부터 누설되는 자계에 변화가 없기 때문에, 에로젼(105)은 일정한 속도로 진행된다.

그러나, 자성체의 타깃(101)의 경우, 에로젼(105)이 형성되고, 타깃(101)의 두께가 그 면 내에서 변화하면, 타깃(101)의 두께가 작은 개소에서 다른 개소보다 누설 자계의 강도가 커져, 그 둘레로 자속(107)이 집중된다. 그 결과, 당해 개소가 우선적으로 스퍼터링된다. 그리고 스퍼터링이 진행되면, 이 현상이 현저화되기 때문에, 후기의 프로파일에 나타낸 바와 같이 에로젼(105)은 급준한 구배를 갖는다. 즉, 타깃(101)에서는, 면 내의 특정한 개소에서 에로젼(105)이 크게 진행되므로, 비자성체의 타깃(106)에 비해 충분한 이용 효율이 얻어지지 않는다. 그 결과로서, 타깃(101)의 교환 빈도가 높아져버린다.

일본 특허 공개 평6-17247호 공보에는 타깃이 원통으로 형성되고, 원통이 회전할 때에 기판이 원통 위를 통과하여 당해 기판에 스퍼터에 의한 성막을 행하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 평11-29866호 공보에도 타깃을 원통으로 구성하고, 타깃에 대하여 가로 방향으로 고정되어 배치된 기판에 스퍼터를 행하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2009-1912호 공보에는, 회전하는 웨이퍼에 대하여 기울어지도록 평판 형상의 타깃을 설치하여 스퍼터를 행하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 그러나, 이들 공보에서는, 자성체의 타깃을 사용함으로써 발생하는 상기의 문제에 대해서는 주목되어 있지 않아, 이 문제를 충분히 해결할 수 있는 것이 아니다. 또한, 일본 특허 공개 평6-17247호 공보의 발명에서는, 기판이 이동하는 영역을 확보할 필요가 있기 때문에, 처리실이 대형화되어버린다는 문제도 있다.

본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것으로, 그 목적은, 자성 재료로 이루어지는 타깃을 사용하여 마그네트론 스퍼터를 행함에 있어서, 장치의 생산성을 높게 할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 마그네트론 스퍼터 장치는, 진공 용기 내의 회전 가능한 적재부에 적재된 기판에, 마그네트론 스퍼터법에 의해 성막하는 장치로서,

상기 기판 위에서, 당해 기판의 중심축으로부터 상기 기판의 면을 따른 방향으로 그 중심축이 편이하여 배치되고, 자성 재료로 이루어지는 타깃인 원통체와,

이 원통체를 당해 원통체의 축 둘레로 회전시키는 회전 기구와,

상기 원통체의 공동부 내에 설치된 마그네트 배열체와,

상기 원통체에 전압을 인가하는 전원부를 구비하고,

상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 원통체의 둘레 방향에서의 양단부보다 중앙부가 당해 원통체의 주면측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구체적인 형태로서는, 예를 들어 하기와 같다.

(a) 상기 타깃을 구성하는 자성 재료는, Fe, Co, Ni의 3d 전이 금속으로 이루어지는 원소 중 1개 이상을 주성분으로서 포함하는 금속 또는 합금이다.

(b) 상기 마그네트 배열체를 원통체의 축 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하고 있다.

(c) 상기 마그네트 배열체를 원통체의 둘레 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하고 있다.

(d) 상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 당해 원통체의 내주면측의 윤곽이 상기 양단부로부터 중앙부를 향해 당해 원통체의 내주면을 따라, 곡선 형상 또는 꺾인 선 형상으로 형성되어 있다.

(e) 상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 당해 원통체의 내주면측의 윤곽이 상기 양단부로부터 중앙부를 향해 복수 단의 계단 형상의 형상으로 구성되어 있다.

(f) 마그네트 배열체는 복수의 마그네트를 구비하고, 각 마그네트와 상기 원통체의 주면과의 거리가 15mm 이하이다.

(g) 상기 마그네트 배열체는, 제1 마그네트와, 상기 원통체의 주면측의 자극이, 상기 제1 마그네트에서의 상기 원통체의 내주면측의 자극과 상이하도록 당해 제1 마그네트를 사이에 두고 설치된 제2 마그네트와, 상기 제1 마그네트와 제2 마그네트에 의해 형성되는 자장을 강화하기 위하여 당해 제1 마그네트와 제2 마그네트의 사이에, 그 자극의 방향이 제1 마그네트 및 제2 마그네트 중 어느 한쪽측에서 다른 쪽측을 향하도록 설치된 제3 마그네트를 구비하고,

상기 제3 마그네트는, 상기 제2 마그네트보다 상기 원통체의 주면측으로 돌출되고, 상기 제1 마그네트는, 상기 제3 마그네트보다 원통체의 주면측으로 돌출되어서 설치된다.

본 발명에 따르면, 기판에 대하여 비스듬히 배치되고, 축 둘레로 회전하는 자성 재료로 이루어지는 타깃인 원통체가 설치되고, 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 원통체의 둘레 방향에서의 양단부보다 중앙부가 당해 원통체의 주면측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 따라서, 타깃의 두께를 크게 해도 마그네트 배열체로부터 원통체의 외부로 누설되는 자장의 강도가 약해지는 것이 억제되고, 또한 타깃에서 국소적으로 에로젼이 진행되는 것을 억제할 수 있다. 그에 의해 타깃의 교환 빈도가 높아지는 것을 억제하여, 장치의 생산 효율을 높게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 마그네트론 스퍼터 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 마그네트 배열체를 구성하는 마그네트 및 타깃을 도시하는 사시도이다.
도 4는 상기 마그네트 배열체 및 타깃의 종단 측면도이다.
도 5는 성막 시의 스테이지 및 타깃의 동작을 도시하는 설명도이다.
도 6은 상기 타깃에 있어서 에로젼이 진행되는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 7은 상기 타깃에 있어서 에로젼이 진행되는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 8은 상기 타깃에 있어서 에로젼이 진행되는 모습을 도시하는 설명도이다.
도 9는 다른 마그네트론 스퍼터 장치의 횡단 평면도이다.
도 10은 상기 장치의 마그네트 배열체의 동작을 도시하는 설명도이다.
도 11은 또 다른 마그네트론 스퍼터 장치의 횡단 평면도이다.
도 12는 마그네트 배열체의 다른 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 13은 마그네트 배열체의 또 다른 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 14는 마그네트 배열체의 또 다른 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 15는 마그네트 배열체의 또 다른 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 16은 마그네트론 스퍼터 장치의 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 17은 마그네트의 각도의 예를 나타내는 설명도이다.
도 18은 다른 실시 형태에 따른 마그네트론 스퍼터 장치의 종단 측면도이다.
도 19는 상기 마그네트론 스퍼터 장치의 횡단 평면도이다.
도 20은 상기 마그네트론 스퍼터 장치의 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 21은 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 22는 평가 시험의 결과를 도시하는 모식도이다.
도 23은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 24는 종래의 장치의 타깃의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 25는 자성체 및 비자성체의 타깃의 에로젼이 진행되는 모습을 도시하는 설명도이다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 일 실시 형태에 따른 마그네트론 스퍼터 장치(1)에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 상기 마그네트론 스퍼터 장치(1)의 종단 측면도이며, 도 2는 마그네트론 스퍼터 장치(1)의 횡단 평면도이다. 도면 중 11은, 예를 들어 알루미늄(Al)에 의해 구성되고, 접지된 진공 용기이다. 도면 중 12는, 진공 용기(11)의 측벽에 개구된 기판인 웨이퍼(W)의 반송구이며, 개폐 기구(13)에 의해 개폐된다.

진공 용기(11) 내에는 원형의 스테이지(21)가 설치되고, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라 함)(W)가 당해 스테이지(21)의 표면에 수평하게 적재된다. 스테이지(21)에는, 예를 들어 그 직경이 150mm 내지 450mm의 웨이퍼(W)를 적재할 수 있다. 스테이지(21)의 이면 중앙부에는 수직 방향으로 신장되는 축부(22)의 일단이 접속되어 있다. 스테이지(21)는, 막 두께 분포의 미세 조정을 가능하게 하기 위해서, 승강 기구를 갖도록 구성하고, 처리 조건에 따라 그 높이를 변경하도록 해도 된다. 축부(22)의 타단은 진공 용기(11)의 저부에 형성되는 개구부(14)를 통해 진공 용기(11)의 외부로 연장되어, 회전 구동 기구(23)에 접속되어 있다. 이 회전 구동 기구(23)에 의해 스테이지(21)가 축부(22)를 통하여 예를 들어 0rpm 내지 300rpm으로 연직축 둘레로 회전 가능하게 구성된다. 축부(22)의 주위에는, 진공 용기(11)의 외측으로부터 상기 진공 용기(11)와 축부(22)의 간극을 막도록 통 형상의 회전 시일(24)이 설치되어 있다. 도면 중 25는, 회전 시일(24)에 설치되는 베어링이다.

스테이지(21)의 내부에는 도시하지 않은 히터가 설치되어, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다. 또한, 이 스테이지(21)에는 당해 스테이지(21)와 도시하지 않은 진공 용기(11)의 외부의 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하기 위한 도시하지 않은 돌출 핀이 설치되어 있다.

진공 용기(11)의 하방에는 배기구(31)가 개구되어 있다. 이 배기구(31)에는 배기관(32)의 일단이 접속되고, 배기관(32)의 타단은 배기 펌프(33)에 접속되어 있다. 도면 중 34는, 배기관(32)에 개재 설치된 배기량 조정 기구로서, 진공 용기(11) 내의 압력을 조정하는 역할을 한다. 진공 용기(11)의 측벽의 상부측에는 플라즈마 발생용 가스의 공급부인 가스 노즐(35)이 설치되어 있고, 가스 노즐(35)은 예를 들어 Ar 등의 불활성 가스가 저류된 가스 공급원(36)에 접속되어 있다. 도면 중 37은, 매스 플로우 컨트롤러로 이루어지는 유량 조정부이며, 가스 공급원(36)으로부터 가스 노즐(35)로의 Ar 가스의 공급량을 제어한다.

진공 용기(11) 내에는 원통체인 타깃(41)이 수평축을 따라 설치되어 있다. 타깃(41)은, 그 길이 방향에서의 웨이퍼(W)의 중심축측의 단부(R)가 당해 웨이퍼(W)보다 높아지도록 웨이퍼(W)에 대하여 비스듬히 배치되어 있다. 이 타깃(41)으로부터, 스퍼터 입자가 코사인 법칙에 따라서 방출된다. 즉, 스퍼터 입자가 사출되는 타깃(41)의 면의 법선에 대한, 스퍼터 입자가 사출하는 방향의 각도의 코사인 값에 비례한 양의 스퍼터 입자가 사출된다. 타깃(41)을 상기와 같이 웨이퍼(W)에 대하여 비스듬히 배치하는 것은, 타깃(41)을 웨이퍼(W)의 바로 위에 배치하는 경우에 비해, 타깃(41)의 보다 넓은 범위로부터 웨이퍼(W)에 스퍼터 입자를 입사시킬 수 있으므로, 후술하는 오프셋 거리, TS 거리를 적절하게 설정함으로써, 스퍼터 입자를 웨이퍼(W)에 균일성 높게 퇴적시킬 수 있기 때문이다. 또한, 타깃(41)이 합금인 경우에는, 웨이퍼(W) 위에 성막된 막의 합금 조성의 균일성을 높게 할 수 있다.

타깃(41)과, 상기 스테이지(21) 위의 웨이퍼(W)의 중심과의 가로 방향의 거리(L1)(오프셋 거리라고 함)는, 예를 들어 0mm 내지 300mm로 설정된다. 타깃(41)의 하단과 스테이지(21)에 적재되는 웨이퍼(W)의 중심과의 높이를 TS 거리(L2)라 하면, 이 TS 거리(L2)는, 예를 들어 50mm 내지 300mm로 설정된다. 이 오프셋 거리(L1) 및 TS 거리(L2)에 대해서는, 자성체막에 요구되는 막 두께, 타깃(41)의 스퍼터링 레이트 및 막질에 의해 결정된다.

타깃(41)은, 예를 들어 MRAM의 소자를 구성하기 위한 Co-Fe-B(코발트-철-붕소) 합금, Co-Fe 합금, Fe, Ta(탄탈륨), Ru, Mg, IrMn, PtMn 등의 어느 하나의 재질에 의해 구성되어 있다. 더 설명하면, 이 타깃(41)으로서는, Fe, Co, Ni(니켈)의 3d 전이 금속으로 이루어지는 원소 중 1개 이상을 주성분으로서 포함하는 금속 또는 합금에 의해 구성된다. 주성분으로서 포함한다는 것은, 제조 시에 불순물로서 혼입된 경우를 포함하는 것이 아니며, 보다 구체적으로는, 타깃(41) 전체에 대하여 예를 들어 10％ 이상 포함하는 경우를 말한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 타깃(41)에 병행하여 그 양단이 진공 용기(11)의 내측으로부터 외측으로 신장되는 통 형상의 회전축(42)이 설치되어 있다. 이 회전축(42)에 있어서 진공 용기(11)의 내측에 위치하는 단부는, 직경 확장되어서 플랜지(43)를 구성하고, 타깃(41)의 일단측을 막고 있다. 회전축(42)은, 타깃(41)과 진공 용기(11)를 절연하기 위한 절연 부재(44)를 통하여 진공 용기(11)에 지지되어 있다. 그리고, 진공 용기(11)의 외측으로부터 회전축(42)과 진공 용기(11)의 도시하지 않은 간극을 막아, 진공 용기(11)의 기밀성을 확보하기 위하여 통 형상의 회전 시일(45)이 설치되어 있다. 도면 중 46은, 회전 시일(45)에 설치되는 베어링이다. 회전축(42) 및 플랜지(43)는, 도전성 부재에 의해 구성되고, 타깃(41)과 함께 전극(40)을 구성하고 있다. 이 전극(40)에는 전원부(47)에 의해 마이너스의 직류 전압이 인가된다. 단, 상기 직류 전압 대신에 고주파 전압을 인가해도 된다.

타깃(41)의 타단측을 막도록 예를 들어 금속의 원형 덮개(48)가 설치되고, 이 덮개(48)의 중심부로부터, 타깃(41)의 축방향으로 회전축(49)이 진공 용기(11)의 외부를 향해 연장되어 있다. 이 회전축(49)과 진공 용기(11)의 사이를 막도록, 타깃(41)의 일단측과 마찬가지로 베어링(46)을 구비한 회전 시일(45)이 설치되어 있다. 회전축(49)은, 회전축(42)과 마찬가지로 절연 부재(44)를 통하여 진공 용기(11)에 지지되어 있고, 이 절연 부재(44)에 의해 진공 용기(11)와 전극(40)이 절연되어 있다. 또한, 이렇게 회전축(42, 49)에 의해 타깃(41)의 양단측이 진공 용기(11)에 대하여 지지되도록 구성하는 대신에, 회전축(49)을 설치하지 않고, 회전축(42)에 의해서만 타깃(41)이 진공 용기(11)에 지지된 구성으로 하고 있어도 된다.

회전축(42)에는 벨트(51)가 감겨져 있고, 회전 기구를 이루는 모터(52)에 의해 벨트(51)가 구동된다. 그에 의해 타깃(41)이 그 축 둘레로 회전한다. 타깃(41)의 공동부(50)에는 마그네트 배열체(53)가 설치되어 있다. 이 마그네트 배열체(53)는, 상기 축방향으로 연장되는 지지판(54)과, 이 지지판(54)에 지지된 예를 들어 마그네트(55, 55, 56, 57, 57)를 구비하고 있다. 타깃(41)의 축방향으로 보면, 각 마그네트(55 내지 57)는, 상기 공동부(50)를 웨이퍼(W)를 향해 측면에서 보아 비스듬히 아래쪽으로 서로 병행하게 연장되도록 설치되어, 자기 회로를 구성하고 있다.

도 3에는 마그네트(55 내지 57)의 종단 사시도를 나타내고 있고, 도 4에는 마그네트(55 내지 57)의 종단 측면도를 나타내고 있다. 도면 중 58은, 마그네트의 선단면이다. 각 마그네트(55 내지 57)는, 측면에서 보아 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 그리고, 마그네트(56)를 좌우에서 사이에 끼우도록 마그네트(57, 57)가 배치되어 있고, 또한 이들 마그네트(57, 57)를 좌우에서 사이에 끼우도록 마그네트(55, 55)가 배치되어 있다. 제1 마그네트인 마그네트(56)는, 측면에서 보아 직사각형으로 구성되어 있다. 제2 마그네트인 마그네트(55) 및 제3 마그네트인 마그네트(57)는, 그 측면에서 보면, 지지판(54)으로부터 연장된 선단측이 빗변으로 되는 사다리꼴 형상으로 각각 구성되어 있다.

마그네트(56, 55)는, 타깃(41)의 외부에 자속(60)을 형성하기 위한 마그네트이다. 마그네트(56, 55)의 자장 방향(자극의 방향)은, 지지판(54)으로부터의 신장 방향을 따르고 있고, 마그네트(56)에서는 타깃(41)측이 N극, 마그네트(55)에서는 타깃(41)측이 S극으로 되어 있다. 마그네트(57)는, 상기 마그네트(56, 55) 사이의 자속(60)을 강화하기 위해 설치된다. 그러한 목적에서, 마그네트(57)의 자극 방향은 마그네트(56, 55)의 자극 방향과 직교하도록 구성되어 있고, 마그네트(56)측이 N극으로 되어 있다. 도 4 중 실선의 화살표로 각 마그네트(55 내지 57)의 자극 방향을 나타내고 있다.

그리고 각 마그네트(55 내지 57)의 선단면(58)을 보면, 마그네트(55)의 배열 방향에 있어서 중앙부에 배치된 마그네트(55)의 선단면(58)을 향할수록, 지지판(54)으로부터 이격되어 타깃(41)의 주면을 향해 돌출되도록 구성되어 있다. 즉, 각 마그네트(55 내지 57)의 선단면(58)은, 마치 타깃(41)의 내주를 따르도록 구성되고, 측면에서 보아 꺾인 선 형상으로 형성되어 있다. 다른 견해로는, 타깃(41)의 내주의 곡면을 직선에 근사했을 때, 이 근사한 직선에 평행하도록 상기 각 선단면(58)이 설치되어 있다.

이렇게 각 마그네트를 구성함으로써, 마그네트(55, 56)와 타깃(41)의 거리를 근접시켜, 타깃(41)의 외부에서의 상기의 자속(60)을 강화한다. 그리고, 마그네트(57)의 작용을 비교적 크게 할 수 있어, 이 자속(60)을 더욱 증대시킬 수 있다. 즉, 타깃(41)으로부터의 누설 자장을 증대시킬 수 있다. 도 4에서 d로 나타낸 마그네트(56)의 선단면(58)과, 타깃(41)의 내주면과의 거리는 예를 들어 15mm 이하로 설정된다. 다른 마그네트(55, 57)의 선단면(58)과 상기 타깃(41)의 내주면과의 거리도 예를 들어 마찬가지로 15mm 이하로 설정된다.

도 2로 돌아가서 설명을 계속한다. 지지판(54)에는 브래킷(26)이 접속되고, 이 브래킷(26)은 타깃(41) 및 회전축(42) 내를 축방향으로 연장되는 지지 막대(27)에 접속됨으로써 지지되어 있다. 지지 막대(27)의 단부(28)는, 진공 용기(11)의 외부로 연장되어, 예를 들어 도시하지 않은 벽부에 지지되어 있다.

이 마그네트론 스퍼터 장치(1)는 제어부(6)를 구비하고 있다. 제어부(6)는, 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신하는 프로그램을 구비하고 있다. 이 프로그램은, 후술하는 성막 처리가 행해지도록 장치(1)의 각 부의 동작을 제어하는 제어 신호를 송신한다. 구체적으로는, 상기 프로그램은, 전원부(47)로부터 전극(40)으로의 전력 공급 동작, 유량 조정부(37)에 의한 Ar 가스의 유량 조정, 배기량 조정 기구(34)에 의한 진공 용기(11) 내의 압력 조정, 회전 구동 기구(23)에 의한 스테이지(21)의 회전, 모터(52)에 의한 타깃(41)의 회전 등의 각 동작이 상기 제어 신호에 의해 제어된다. 이 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네트 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 이로부터 컴퓨터에 인스톨된다.

계속해서, 상술한 마그네트론 스퍼터 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 진공 용기(11)의 반송구(12)를 개방하고, 도시하지 않은 외부의 반송 기구 및 푸시업 핀의 협동 작업에 의해, 스테이지(21)에 웨이퍼(W)를 전달한다. 계속해서, 반송구(12)가 폐쇄되고, 진공 용기(11) 내에 Ar 가스가 공급됨과 함께, 배기량 조정 기구(34)에 의해 배기량이 제어되어, 진공 용기(11) 내가 소정의 압력으로 유지된다.

그리고, 도 5의 작용도에 화살표로 나타낸 바와 같이, 스테이지(21)가 연직축 둘레로 회전함과 함께 모터(52)에 의해 타깃(41)이 축 둘레로 회전한다. 그리고, 전원부(47)로부터 타깃(41)에 마이너스의 직류 전압이 인가되어, 타깃(41)의 주위에 전계가 발생하고, 이 전계에 의해 Ar 가스가 전리하여 전자를 발생한다. 한편, 마그네트(55)로부터 타깃(41)에 흡수되지 않고, 외측으로 누설된 자계에 의해, 도 5에 점선으로 나타내는 바와 같이 마그네트(55)끼리의 사이에 자속(60)을 구성하는 누설 자장이 형성되어, 타깃(41)의 표면(스퍼터되는 면) 근방에 수평 자장(61)이 형성된다.

이렇게 해서, 타깃(41) 근방의 전계 및 자장에 의해 상기 전자는 가속되어, 드리프트한다. 그리고, 가속에 의해 충분한 에너지를 가진 전자가, 또한 Ar 가스와 충돌하여, 전리를 일으켜서 플라즈마를 형성하고, 플라즈마 중의 Ar 이온(62)이 타깃(41)을 스퍼터한다. 또한, 이 스퍼터에 의해 생성된 2차 전자는 상기 자장에 포착되어 다시 전리에 기여하고, 이렇게 하여 전자 밀도가 높아져서, 플라즈마가 고밀도화된다.

도 6 내지 도 8은, 타깃(41)의 표면 상태가 시간과 함께 변화하는 모습을 도시하는 모식도이다. 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이 Ar 이온(62)에 의해 타깃(41)이 스퍼터되고, 스퍼터 입자(63)가 방출되어 에로젼(64)이 형성되지만, 마그네트(55)에 대하여 타깃(41)이 회전하고 있기 때문에, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이 타깃(41)의 스퍼터되는 개소가 어긋나, 에로젼(64)은 타깃(41)의 둘레 방향으로 퍼져나가도록 형성된다. 그 때문에, 누설 자계의 강도가 급격하게 커지는 것이 방지된다. 결과적으로, 국소적으로 에로젼(64)이 타깃(41)의 두께 방향을 향해 커지는 것을 억제할 수 있다.

타깃(41)의 스퍼터링은, 누설 자장의 타깃(41) 표면에 대한 수평 성분이 강한 개소일수록 진행이 빨라, 당해 개소로부터 많은 스퍼터 입자(63)가 방출된다. 방출된 스퍼터 입자(63)는, 회전하는 웨이퍼(W) 표면을 향해 입사하여 부착된다. 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 스퍼터 입자(63)가 입사하는 위치가 어긋나게 함으로써, 웨이퍼(W)의 둘레 방향 전체에 스퍼터 입자가 공급되어, 자성체막이 형성된다. 전원부(47)의 전원이 온으로 되고 나서 소정의 시간이 경과하면, 이 전원이 오프로 되어 플라즈마의 발생이 정지되고, Ar 가스의 공급이 정지되어, 진공 용기(11) 내가 소정의 배기량으로 배기되며, 웨이퍼(W)가 반입시와는 반대의 동작으로 진공 용기(11) 내로부터 반출된다.

이 마그네트론 스퍼터 장치(1)에 의하면, 자성체에 의해 구성되는 원통형의 타깃(41)이 축 둘레로 회전하면서 스퍼터가 행하여져, 중심축 둘레로 회전하는 웨이퍼(W)에 스퍼터 입자가 입사하여 성막이 행하여진다. 그에 의해, 타깃(41)의 에로젼이 국소적으로 진행되는 것을 억제할 수 있으므로, 타깃(41)의 이용 효율이 높아진다. 그리고, 마그네트 배열체(53)가 타깃(41)의 축방향으로 보아 타깃(41)의 양단부측보다 중앙부가 타깃(41)의 내주면을 향해 돌출된 형상으로 구성되어 있다. 그에 의해, 타깃(41)으로부터 누설되는 자계의 강도를 크게 할 수 있으므로, 타깃(41)의 두께를 비교적 크게 할 수 있다. 따라서, 1개의 타깃(41)에 의해 처리 가능한 웨이퍼(W)의 매수가 증가하기 때문에, 타깃(41)의 교환 빈도가 억제된다. 결과적으로, 장치(1)의 생산성을 높일 수 있다.

상기 제1 실시 형태에서는, 타깃(41)을 웨이퍼(W)에 대하여 비스듬히 배치하는 것 및 웨이퍼(W)를 회전시켜서 성막을 행함으로써 웨이퍼(W) 면 내에서의 막 두께의 균일화를 도모하고 있다. 이후, 보다 막 두께의 균일성을 높이기 위한 장치의 예를 설명한다. 도 9에는 장치(1)의 제1 변형예를 나타내고 있다. 상기의 실시 형태와의 차이점으로서는, 지지 막대(27)의 단부가 회전 기구(71)에 접속되고, 마그네트 배열체(53)가 타깃(41)과는 독립적으로 당해 타깃(41)의 축 둘레로 회전할 수 있도록 구성되어 있는 것이다. 그에 의해, 도 10에 도시하는 바와 같이 마그네트 배열체(53)의 기울기를 변경할 수 있다.

예를 들어, 성막할 때의 진공 용기(11) 내의 압력이나 타깃(41)의 재질 및 타깃(41)에의 인가 전압 등의 처리 조건에 따라, 타깃(41)으로부터 웨이퍼(W)에 입사하는 스퍼터 입자의 각도는 변화한다. 따라서, 실험에 의해 미리 상기 압력, 상기 재질 및 상기 인가 전압의 각종 조합에 대응하는 적절한 마그네트(55)의 기울기를 취득해 둔다. 그리고, 제어부(6)의 메모리에 상기 압력, 상기 재질, 상기 인가 전압 및 상기 마그네트(55)의 기울기를 대응지은 데이터베이스를 기억시켜 둔다. 그리고, 유저가 웨이퍼(W)의 처리 전에 제어부(6)에서, 처리를 행하기 위해 상기 압력, 재질 및 인가 전압을 설정하면, 상기 데이터베이스에 기초하여 적절한 마그네트(55)의 기울기가 결정된다. 그 후, 상기 회전 기구(71)가 지지 막대(27)를 회전시켜, 마그네트(55)가 결정된 기울기로 고정되어 웨이퍼(W)에 처리가 행하여진다.

또한, 이와 같이 회전 기구(71)를 설치한 경우, 웨이퍼(W)의 처리 중에 기울기를 고정하는 대신에, 계속해서 마그네트(55)의 기울기가 변경되도록 해도 된다. 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 마그네트(55)가 실선으로 나타내는 수평을 향하는 상태와, 쇄선으로 나타내는 하방을 향하는 상태가 교대로 반복되도록, 당해 마그네트(55)의 기울기가 변화한다. 그리고, 제어부(6)의 메모리에는, 마그네트(55)의 기울기 대신에 이 마그네트(55)의 이동 경로에서의 각 지점의 이동 속도의 데이터가, 상기의 각 처리 조건과 대응지어져서 기억되어 있다. 그리고, 유저가 처리 조건을 설정하면, 마그네트(55)는 그 처리 조건에 대응한 이동 속도로 이동 경로의 각 위치를 이동한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(W)의 막 두께 분포를 제어해도 된다.

또한, 도 11에는, 장치(1)의 제2 변형예를 나타내고 있다. 이 제2 변형예에서는, 마그네트 배열체(53)가 타깃(41) 내를 그 길이 방향으로 왕복 이동할 수 있는 크기로 형성되어 있다. 그리고, 지지 막대(27)가 이동 기구(72)에 의해 길이 방향으로 진퇴하여, 마그네트 배열체(53)의 위치가 변경 가능하도록 구성되어 있다. 제1 변형예와 마찬가지로, 처리 조건에 대응하여, 마그네트 배열체(53)의 위치가 고정되어 처리가 행하여져도 된다. 또한, 처리 중에 마그네트 배열체(53)가 왕복 이동을 계속하고, 이 왕복 이동 경로에서의 각 위치의 이동 속도가 상기 처리 조건에 따라 설정되도록 해도 된다.

마그네트 배열체(53)의 구성으로서는 상기의 예에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 타깃(41)의 축방향으로 보아, 마그네트(55)의 선단면(58)의 윤곽이 곡선 형상으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 마그네트 배열체(53)를 구성하는 마그네트의 수는, 상기와 같이 타깃(41)에 대하여 수평한 자장을 형성할 수 있으면 된다. 보다 구체적으로는, 1개의 마그네트를 사이에 두도록 2개의 마그네트를 배치하고, 내측의 마그네트, 외측의 마그네트 각각이 타깃면에 대하여 반대 방향을 향하고 있는 구조이면 되고, 이 도 12에 도시한 바와 같이 3개 이상이면 된다. 즉, 자장 증강용의 마그네트(57)는 설치하지 않아도 된다. 또한, 이 도 12 이후의 각 도면에서는 도 4와 마찬가지로 각 마그네트의 자극 방향을 화살표로 나타내고 있다. 또한, 도 13에 도시한 바와 같이 마그네트 배열체(53)의 양단측에서부터 중앙부를 향함에 따라서, 각 선단면(58)이 타깃(41)을 향해 형성된 계단 형상으로 구성되어 있어도 된다.

또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 지지판(54)으로부터 방사상으로 각 마그네트(55 내지 57)가 연장되도록 구성해도 된다. 이 예에서는 측면에서 보아 마그네트(57)의 폭이, 타깃(41)을 향함에 따라서 크게 되어 있다. 다른 마그네트(55, 56)에 대해서도, 이 마그네트(57)와 마찬가지로 연장 방향의 폭이 일정한 것에 한정되지는 않는다. 또한, 마그네트(55)의 자극의 방향을 세로 방향으로 하면, 이 예에서는 마그네트(57)의 자극의 방향은 마그네트(55)로부터 마그네트(56)를 향하는 경사 방향으로 설정되어 있다. 이렇게 마그네트(57)의 자극의 방향은, 마그네트(55, 56)의 자극의 방향에 직교시키는 것에 한정되지 않는다.

또한, 상기의 각 예에서는 지지판(54)이 측면에서 보아 직사각형으로 구성되어 있지만, 이렇게 구성되는 것에 한정되지는 않는다. 도 15에는 지지판(54)을 측면에서 보아 사다리꼴 형상으로 구성한 예를 나타내고 있다. 이 사다리꼴의 상면으로부터 마그네트(56)가 연장되고, 마그네트(55, 55)가 사다리꼴의 경사면으로부터, 방사상으로 연장되어 있다. 마그네트(57)는, 상기 상면과 상기 경사면이 이루는 각부로부터 방사상으로 연장되어 있다. 이렇게 지지판(54)을 구성함으로써, 마그네트 형상을 단순한 직육면체 형상으로 가공하는 것이 가능하게 되어, 마그네트의 제조 비용을 저감하는 것이 가능해진다. 뿐만 아니라, 서로 동일한 형상의 마그네트(55, 56)를 사용할 수 있다. 그에 의해, 장치의 제조 시에 마그네트마다 형상을 조정하는 수고를 줄일 수 있다. 지지판(54)의 마그네트(55 내지 57)의 설치면은 이들 예에 한정되지 않고, 예를 들어 곡면이어도 되고, 마그네트(55 내지 57)의 형상을 따라서 임의의 형상으로 구성할 수 있다.

그런데, 각 도면에 나타낸 예에서 마그네트(57)를 설치하지 않아도 된다. 또한, 마그네트(56)의 선단면(58)보다 마그네트(57)의 선단면(58)의 타깃(41)의 내주면으로의 돌출이 억제되도록 구성되어도 된다. 단, 이미 설명한 바와 같이 누설 자장을 증대시키기 위해서, 마그네트(57)를 설치하고, 그 선단면(58)을 마그네트(56)의 선단면(58)보다 상기 주면으로 돌출되도록 구성하는 것이 유효하다.

도 9, 도 10에서 설명한, 제1 변형예에서의 마그네트론 스퍼터 장치(1)를 사용하여 행하는 처리의 일례에 대해서, 도 16의 타이밍차트를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 이 타이밍 차트를 구성하는 4개의 그래프(81 내지 84)는, 1매의 웨이퍼(W)의 처리 전부터 당해 웨이퍼(W)의 처리 후에 이르기까지의 상기 장치(1)의 각 부의 동작을 나타내고 있다. 그래프(81)는, 전원부(47)에 의해 타깃(41)에 전력이 투입되는 타이밍을 나타내고, 그래프(82)는, 타깃(41)의 회전 속도를 나타내고 있다. 그래프(83)는, 마그네트 배열체(53)를 구성하는 하나의 마그네트의 각도를 나타내고, 그래프(84)는, 웨이퍼(W)의 각도를 나타낸다.

각 그래프(81 내지 84)에 대하여 더 설명한다. 그래프(81)의 종축은 타깃(41)에의 투입 전력을 나타내고, 전원이 온일 때에는 P와트의 전력이 공급되어, 웨이퍼(W)에 성막 처리가 행하여진다. 이 전력량(P)의 크기는 임의로 설정된다. 그래프(82)의 종축은, 타깃(41)의 회전 속도를 나타내고 있다. 성막 처리 중, 타깃(41)은 예를 들어 일정한 속도(V)로 회전한다. 타깃(41)에 있어서 장시간 연속해서 동일한 개소가 스퍼터되지 않으면 되며, 또한, 타깃(41)의 회전 속도가 너무 크면, 이 회전에 의한 작용으로, 타깃(41)으로부터 비산되는 입자 중, 웨이퍼(W)에서 벗어난 방향으로 비산되는 입자가 많아진다. 따라서, 회전 속도(V)는 비교적 느린 속도이면 좋고, 구체적으로는 예를 들어 0rpm보다 크고, 10rpm 이하의 속도이다.

그래프(83)의 종축은, 상기 마그네트의 각도를 나타내고 있다. 마그네트의 각도란, 예를 들어 마그네트 배열체(53)를 구성하는 하나의 마그네트가 지지판(54)으로부터 연장되는 방향과 수평면이 이루는 각도이다. 성막 처리 개시 시의 마그네트의 각도를 T1로 한다. 그리고, 성막 처리 종료 시의 마그네트 각도를 T2로 한다. 도 17에는 상기 각도 T1, T2의 일례를 나타내고 있다. 도면 중 80은, 상기 수평면을 나타낸다. 각도 T1 및 각도 T1부터 T2까지의 범위는, 타깃(41)의 재질이나 성막 조건에 따라 적절히 설정된다. 상기 성막 조건은, 웨이퍼(W)에 형성하는 막의 막 두께, 타깃(41)에의 투입 전력, 진공 용기(11) 내의 처리 압력을 포함한다. 마그네트 배열체(53)의 이동 속도가 너무 크면, 타깃(41) 표면의 자장이 불안정해지므로, 마그네트 배열체(53)의 동작 속도는 비교적 작은 속도로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 1.5°/초 내지 10°/초로 마그네트 배열체(53)가 이동하는 것이 바람직하다. 또한, 성막 처리 중에서의 마그네트 배열체(53)의 이동 방향은, 타깃(41)의 회전 방향과 동일한 방향이거나 역방향이어도 된다.

그래프(84)의 종축은, 웨이퍼(W)의 각도를 나타내고 있다. 이 웨이퍼(W)의 각도란, 스테이지(21)에 적재된 웨이퍼(W)에 있어서, 당해 웨이퍼(W)의 측단에 형성되는 절결(노치)이 소정의 방향을 향한 상태를, 0°=360°로 한 각도이다. 웨이퍼(W)가 1 회전하는 동안에 형성되는 막의 막 두께 분포의 변동을 고르게 하기 위해서, 성막 처리 중에 복수 회, 예를 들어 8회 이상 웨이퍼(W)를 회전시키는 것이 바람직하다. 단, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 너무 크면, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)를 향해 입사한 입자가 튕겨져나가기 때문에, 이 회전 속도는 예를 들어 0rpm보다 크고, 120rpm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 막 두께 분포의 균일성을 높게 하기 위해서, 성막 처리가 개시되는 시점과 성막 처리가 종료하는 시점에서, 상기 웨이퍼(W)의 각도가 일치하고 있는 것이 바람직하다.

타이밍 차트에서 나타낸 처리에 대해 순서대로 설명한다. 우선, 유저에 의해 원하는 상기 성막 조건이 설정되고, 이 설정에 따라서 제어부(6)에 의해 처리 시간이 결정된다. 웨이퍼(W)가 진공 용기(11)에 반입되면, 타깃(41)의 회전 속도가 0rpm으로부터 Vrpm으로 되도록 상승함과 함께, 마그네트의 각도가, 소정의 각도로부터 T1로 되도록 변화한다. 이들 타깃(41)의 회전 속도의 상승 및 마그네트의 각도의 변화에 병행하여, 웨이퍼(W)의 각도가 0°(=360°)로 되도록 맞춰진다.

타깃(41)의 회전 속도가 Vrpm에 달하면, 회전 속도의 상승이 정지되고, 타깃(41)은 Vrpm으로 회전을 계속한다. 그리고, 마그네트의 각도가 T1로 되고, 웨이퍼(W)의 각도가 0°로 되면, 타깃(41)에 전력이 공급되어, 성막 처리가 개시된다(도 16 중 시각 t1). 이 성막 처리 중, 타깃(41)은 Vrpm으로 회전을 계속하고, 마그네트 배열체(53)는 일정한 속도로 이동을 계속한다. 또한, 웨이퍼(W)도 소정의 속도로 회전을 계속한다. 타깃(41)에 전력의 공급이 개시되고 나서 웨이퍼(W)가 예를 들어 8회전하여, 성막 개시 시의 각도로 됨과 함께 결정된 처리 시간이 경과하면, 상기 타깃(41)에의 전력의 공급이 정지되어, 성막 처리가 종료된다. 이 전력 공급의 정지와 함께 웨이퍼(W)의 회전 및 마그네트 배열체(53)의 이동이 정지된다(도 16 중 시각 t2). 그 후, 타깃(41)의 회전도 정지된다.

도 16의 그래프의 성막 처리 중에서는, 그 각도가 T1로부터 T2로 되도록, 마그네트 배열체(53)가 일 방향으로 이동하고 있지만, 도 10에서 설명한 바와 같이 왕복 이동해도 된다. 즉, 성막 처리 중에 마그네트 배열체(53)를 구성하는 마그네트의 각도가 예를 들어 T1로부터 임의의 각도 T3으로 되도록 이동한 후, 이동 방향이 반대로 되어, 각도가 T3으로부터 T1로 되도록 이동해도 된다. 이러한 왕복 이동이 반복해서 행하여져도 된다.

계속해서, 마그네트론 스퍼터 장치의 다른 구성예에 대하여 설명한다. 도 18, 도 19는 각각 마그네트론 스퍼터 장치(9)의 종단 측면도, 횡단 평면도이다. 이 마그네트론 스퍼터 장치(9)는, 도 9, 도 10에서 설명한, 제1 변형예에서의 마그네트론 스퍼터 장치(1)와 대략 마찬가지로 구성되어 있다. 차이점으로서는, 셔터(91)가 설치되어 있는 것을 들 수 있다. 셔터(91)는, 예를 들어 우산 형상으로 형성되어, 타깃(41)과 스테이지(21)를 구획하도록 설치되어 있다. 셔터(91)의 중앙부 상측에는 회전축(92)이 접속되어 있고, 이 회전축(92)은 진공 용기(11)의 외부에 설치되는 회전 기구(93)에 의해 회전 가능하게 구성된다. 회전 기구(93)는 자력에 의해 회전축(92)을 회전시켜서, 셔터(91)를 회전시킨다.

셔터(91)에는 개구부(94)가 형성되어 있다. 성막 처리를 행할 때에는 타깃(41)으로부터 비산된 입자가 웨이퍼(W)에 공급되도록, 개구부(94)가 타깃(41)의 하방에 위치한다. 이 위치를 도 19에 실선으로 나타내고 있으며, 개구부(94)가 당해 위치에 있는 상태를 셔터(91)가 개방된 상태로 한다. 성막 처리를 행하지 않을 때에는, 타깃(41)과 웨이퍼(W)의 사이가 차단되도록, 개구부(94)가 타깃(41)의 하방으로부터 어긋나도록 위치한다. 이 위치를 도 19에 쇄선으로 나타내고 있으며, 개구부(94)가 당해 위치에 있는 상태를 셔터(91)가 폐쇄된 상태로 한다.

도 20은, 마그네트론 스퍼터 장치(9)의 각 부의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 이 도 20의 타이밍 차트에서는, 이미 설명한 그래프(81 내지 84)와, 그래프(85)를 나타내고 있다. 그래프(85)의 종축은, 상기 셔터(91)의 개폐 상태를 나타낸다.

도 20의 타이밍 차트에서 나타낸 마그네트론 스퍼터 장치(9)의 동작에 대해서, 이미 설명한 마그네트론 스퍼터 장치(1)의 제1 변형예에서의 동작과의 차이점을 중심으로 설명한다. 셔터(91)가 폐쇄된 상태에서, 타깃(41)의 회전 속도가 Vrpm으로 되도록 상승한다. 거기에 병행하여, 마그네트의 각도가 T1이 되도록 조정됨과 함께 웨이퍼(W)의 각도가 0°로 되도록 조정된다. 타깃(41)의 회전 속도가 Vrpm에 달하면, 타깃(41)에 전력이 공급되어, 타깃(41)이 스퍼터된다. 셔터(91)에 의해 웨이퍼(W)를 향하는 스퍼터 입자는 차단된다. 상기 마그네트의 각도가 T1로 됨과 함께 웨이퍼(W)의 각도가 0°로 되면, 셔터(91)가 개방되어, 상기 스퍼터 입자가 셔터(91)의 개구부(75)를 통과하여 웨이퍼(W)에 입사하여, 스퍼터 처리가 개시된다(시각 t3). 셔터(91)가 열렸을 때부터, 설정한 성막 조건에 의해 결정된 처리 시간이 경과하면, 타깃(41)에의 전력 공급이 정지되고, 성막 처리가 정지된다(시각 t4).

즉, 상기의 처리에서는, 셔터(91)를 개방하는 타이밍에서, 성막 처리를 개시하는 타이밍을 제어하고 있다. 상기의 처리에서는, 전력 공급을 정지하는 대신에 셔터(91)를 폐쇄하고, 성막 처리를 정지시켜도 된다.

(평가 시험)

평가 시험 1

이미 설명한 마그네트 배열체(53)를 구비한 타깃(41)의 누설 자속 밀도의 분포에 대해서, 시뮬레이션을 행하여 확인하였다. 타깃(41)에 대해서, 재질은 Bs(황동)이며, 자속 밀도는 2.2테슬러이며, 또한, 두께가 4mm인 것으로서 설정하였다. 도 21 및 도 22에, 이 시뮬레이션의 결과를 표시하고 있다. 이들 도면은, 타깃(41) 표면으로부터 0.5mm 외측으로 이격된 면에서의 자속 밀도 분포를 나타내고 있다. 도 21, 22에서, 마그네트(55 내지 57)의 배열 방향을 X 방향, 타깃(41)의 원통의 길이 방향을 Y 방향, 마그네트(55 내지 57)의 선단측으로부터 기단측을 향하는 방향을 Z 방향으로 하여 나타내고 있다. 즉 X 방향, Y 방향, Z 방향은, 서로 직교하는 방향이다. 도 21은 타깃(41)을 경사지게 본 자속 밀도 분포이며, 도 22는 타깃(41)을 Z 방향을 향해 본, XY 평면에서의 자속 밀도 분포이다.

실제의 측정 결과에서의 자속 밀도 분포는, 자장 강도에 따라서 색 및 색의 농도가 서로 다른 컴퓨터그래픽스에 의한 컬러 화상으로서 얻어졌다. 도 21 및 도 22에서는 도시의 편의상, 이 컬러 화상 대신에 소정의 범위의 자장 강도를 나타내는 영역을 등고선으로 구획하고, 구획한 영역마다 서로 다른 모양으로 표시하고 있다. 자장 강도가 1350가우스 이하, 1200가우스보다 큰 영역을 검게 나타내고, 자장 강도가 1200가우스 이하, 1050가우스보다 큰 영역을 그물눈 모양으로 나타내고 있다. 자장 강도가 1050가우스 이하, 900가우스보다 큰 영역을 사선으로 나타내고, 자장 강도가 900가우스 이하, 600가우스보다 큰 영역을 수직선으로 나타내고 있다. 자장 강도가 600가우스 이하, 300가우스보다 큰 영역을 비교적 짙은 그레이스케일로 나타내고, 자장 강도가 300가우스 이하, 0가우스 이상인 영역을 비교적 옅은 그레이스케일로 나타내고 있다.

일반적으로, 자성 재료인 타깃에 직류 전압을 인가하여 마그네트론 스퍼터를 행하기 위해서는, 당해 타깃으로부터 누설되는 자장 강도가 500가우스 이상으로 되는 것이 필요하다고 여겨지고 있다. 도 21 및 도 22에 도시한 바와 같이, 타깃(41) 표면에서 500가우스 이상의 자장 강도로 되어 있는 영역이 존재하고, 가장 높은 자장 강도는 1200 이상으로 되어 있는 것이 확인되었다. 즉, 이미 설명한 바와 같이 구성된 마그네트 배열체(53) 및 타깃(41)을 사용하여, 문제없이 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행할 수 있음이 확인되었다.

평가 시험 2

평가 시험 2-1로서, 도 16의 타이밍 차트에서 설명한 바와 같이 성막 처리를 행하는 시뮬레이션을 실시하였다. 즉, 이 평가 시험 2-1에서는, 성막 처리 중에 마그네트 배열체(53)가 이동하도록 설정되어 있다. 그리고, 이 성막 처리에 의해 얻어지는 웨이퍼(W)의 각 부에서의 막 두께의 분포를 백분율로 산출하여, 1 시그마(표준 편차)를 산출하였다. 또한, 평가 시험 2-2로서, 성막 처리 중에 마그네트 배열체(53)를 이동시키지 않고, 성막 처리를 행하는 시뮬레이션을 실시하였다. 성막 처리 중에 마그네트 배열체(53)를 이동시키지 않는 것을 제외하고, 이 평가 시험 2-2의 시뮬레이션은, 평가 시험 2-1과 마찬가지의 성막 조건으로 되도록 설정하여 행하였다. 그리고, 이 시뮬레이션에 의해 얻어진 막 두께의 분포에 대해서, 평가 시험 2-1과 마찬가지로 1 시그마를 산출하였다.

도 23의 막대 그래프는, 평가 시험 2-1, 2-2의 결과를 나타내는 막대 그래프이다. 그래프의 종축은, 상기 1 시그마를 나타낸다. 즉, 이 종축의 수치가 작을수록 웨이퍼(W)의 각 부에서의 막 두께의 균일성이 높다. 평가 시험 2-1에서는 1 시그마가 0.75 정도고, 평가 시험 2-2에서는 1 시그마가 2.75 정도이다. 즉, 평가 시험 2-1은, 평가 시험 2-2보다 막 두께의 균일성이 높다. 또한, 마그네트 배열체(53)를 구성하는 마그네트의 배열에 대하여 복수의 패턴을 작성하고, 각 패턴을 사용하여 평가 시험 2-1, 2-2를 행하였다. 그와 같이 마그네트의 배열 패턴을 변경해도, 평가 시험 2-1이 평가 시험 2-2보다 막 두께의 균일성이 더 높았다. 즉, 성막 처리 중에 마그네트 배열체(53)를 이동시킴으로써, 막 두께의 균일성을 높게 할 수 있음이 확인되었다.

Claims (8)

1. 진공 용기 내의 회전 가능한 적재부에 적재된 기판에, 마그네트론 스퍼터법에 의해 성막하는 장치로서,
   상기 기판 위에서, 당해 기판의 중심축으로부터 상기 기판의 면을 따른 방향으로 그 중심축이 편이하여 배치되고, 자성 재료로 이루어지는 타깃인 원통체와,
   상기 원통체를 당해 원통체의 축 둘레로 회전시키는 회전 기구와,
   상기 원통체의 공동부 내에 설치된 마그네트 배열체와,
   상기 원통체에 전압을 인가하는 전원부를 구비하고,
   상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 원통체의 둘레 방향에서의 양단부보다 중앙부가 당해 원통체의 주면측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타깃을 구성하는 자성 재료는, Fe, Co, Ni의 3d 전이 금속으로 이루어지는 원소 중 1개 이상을 주성분으로서 포함하는 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 마그네트 배열체를 원통체의 축 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 마그네트 배열체를 원통체의 둘레 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 당해 원통체의 내주면측의 윤곽이 상기 양단부로부터 중앙부를 향해 당해 원통체의 내주면을 따라, 곡선 형상 또는 꺾인 선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마그네트 배열체의 상기 원통체의 축과 직교하는 단면 형상은, 당해 원통체의 내주면측의 윤곽이 상기 양단부로부터 중앙부를 향해 복수 단의 계단 형상의 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   마그네트 배열체는 복수의 마그네트를 구비하고, 각 마그네트와 상기 원통체의 주면의 거리가 15mm 이하인 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마그네트 배열체는, 제1 마그네트와, 상기 원통체의 주면측의 자극이, 상기 제1 마그네트에서의 상기 원통체의 내주면측의 자극과 상이하도록 당해 제1 마그네트를 사이에 끼워서 설치된 제2 마그네트와, 상기 제1 마그네트와 제2 마그네트에 의해 형성되는 자장을 강화하기 위하여 당해 제1 마그네트와 제2 마그네트의 사이에, 그 자극의 방향이 제1 마그네트 및 제2 마그네트 중 어느 한쪽측에서 다른 쪽측을 향하도록 설치된 제3 마그네트를 구비하고,
   상기 제3 마그네트는, 상기 제2 마그네트보다 상기 원통체의 주면측으로 돌출되고, 상기 제1 마그네트는, 상기 제3 마그네트보다 원통체의 주면측으로 돌출되어 설치되는 것을 특징으로 하는, 마그네트론 스퍼터 장치.

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