(57)【要約】【課題】スパッタリングターゲットの利用率を高め、基板表面に堆積して形成される薄膜の厚さと、抵抗値の分布を均一にするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。【解決手段】表面にターゲット材を設けてなるスパッタリングターゲットと、該スパッタリングターゲットに対応して設けられ、該ターゲット材から弾き出る原子を沈降させ、堆積させるベースと、長条形状を呈し、該スパッタリングターゲットの背面に設けられ、往復運動を行って、該ターゲット材のベース表面に対する沈降を制御する磁石と、該磁石の両端縁部に設けられ、該磁石両端縁部の磁場の強度を減少させる消磁手段とを具えてなり、これらを反応室内に設けてなる。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室で行うプレスパッタリング方法であって、
スパッタリングターゲットを設けるステップと、
該スパッタリングターゲットにイオンを衝突させるステップと、
長条形状の磁石を該スパッタリングターゲットの背面において等速方式で駆動させ、往復運動で走査を行うステップと、
該スパッタリングターゲット表面の不純物を除去して、該スパッタリングターゲットのプレスパッタリングを完了させるステップとを含んでなることを特徴とするプレスパッタリング方法。
【請求項２】
前記反応室は、真空ポンプを利用して内部の圧力が１〜１０ｍｍｔｏｒｒの真空状態を保持することを特徴とする請求項１に記載のプレスパッタリング方法。
【請求項３】
前記磁石の走査速度が１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載のプレスパッタリング方法。
【請求項４】
前記磁石の走査速度が１６０ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載のプレスパッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプレスパッタリング方法に関し、特に、スパッタリングターゲットの利用率を高めるプレスパッタリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングは、半導体の製造工程において、金属を沈降させて薄い膜を形成するために応用される。その原理は、プラズマイオンをスパッタリング装置の反応室で流動させ、イオンを加速させてスパッタリングターゲットに衝突させて、ターゲット表面の原子を弾き出して堆積させ、基板の表面に金属の薄い膜を形成する。
【０００３】
図１に従来のマグネトロンスパッタリング装置（１０）の説明図を開示する。図面によれば、マグネトロンスパッタリング装置（１０）は、反応室（１１）と、スパッタリングターゲット（２０）と、ベース（１３）と、及び磁石（１４）とを含んでなる。反応室（１１）は真空ポンプ（図示しない）を利用して内部の気体を抽出し、１〜１０ｍｍｔｏｒｒの真空状態にすると共に、電荷を帯びるプラズマイオンを反応室（１１）で流動させる（好ましくは正電気を帯びるアルゴンイオンを用いる）。スパッタリングターゲット（２０）はターゲットボード（１２）とターゲット材（１６）とによってなる。また、スパッタリングターゲット（２０）とベース（１３）は、それぞれ陽極と陰極とにそれぞれ電気的に接続する。
【０００４】
マグネトロンスパッタリング装置（１０）は、スパッタリングターゲット（２０）とベース（１３）との間に形成される電位の差によって正電気を帯びるアルゴンイオンをスパッタリングターゲット（２０）の表面に設けられたターゲット材（１６）に衝突させ、弾き出されたターゲット材（１６）の原子をベース（１３）上に沈降させ堆積させる。ベース（１３）は、表面にスパッタリングを行う基板（１５）を載置する。基板（１５）は、たとえばウエハ、もしくはガラス基板である。弾き出されたターゲット材（１６）の原子が基板（１５）上に堆積し、薄い膜が順調に形成される。
【０００５】
磁石（１４）は、長条形状に形成され、ターゲットボード（１２）の背面に設け、ターゲットボード（１２）の背面を左右対称に往復運動をして走査を行い、マグネトロン方式を利用して基板（１５）の表面に形成される薄い膜の堆積と速度を均一化させる目的を達成する。
【０００６】
スパッタリング装置においてスパッタリングを行った場合の磁石の移動距離と速度の関係を図２に開示する。かかる走査方法は段階変則法と称し、走査の速度は段階的に１６０ｍｍ／ｓから３４０ｍｍ／ｓに加速し、さらに３５０ｍｍ／ｓに変化し、この後減速して３４０ｍｍ／ｓになり、さらに１６０ｍｍ／ｓになる。長条形状の磁石はスパッタリングターゲットの中間部の殆どの領域において３５０ｍｍ／ｓの速度で走査を行う。その目的は基板表面に堆積される薄い膜の厚さを均一化することにあり、かかる速度の条件下において基板は抵抗値（Ｒｓ）と膜の厚さが均一化された好ましい品質を得ることができる。
【０００７】
但し磁石が往復運動をして走査を行う過程において暫留効果が発生する。このためスパッタリングターゲットの両端縁部の腐食消耗が中間の領域に比して高くなる現象が発生する。
【０００８】
上述の段階的変則方法を応用したスパッタリング工程は、通常スパッタリング設備の供給メーカーから操作技術も含め提供されるものであって、提供を受ける半導体メーカーは提供された技術に基づいて操作を行う。但し、通常基板に対して正式にスパッタリングを行う前にプレスパッタリングを行う。その目的はスパッタリングターゲット表面の不純物を除去することにある。これら不純物は酸化によって発生するものと思われる。プレスパッタリングにおいてベース表面に載置する基盤は製造に供する為のワークである基板ではなく、プレスパッタリング専用のダミー基板である。
【０００９】
上述のとおりスパッタリング装置のメーカーが提供するスパッタリング装置に磁石を採用するのであれば、その操作方法は磁石の往復による走査方式であってプレスパッタリングにおいても同様の操作方法が推薦される。すなわち段階的変則法である。プレスパッタリングにおいてスパッタリングターゲットに段階的変則法を応用すると、磁石は走査の経路において両端縁部の走査速度が遅くなる。これは磁石が両端縁部を折り返す場合発生する暫留効果によるものである。よってスパッタリングターゲットの表面の両端縁部に正式なスパッタリング工程と同様の腐食が発生する。すなわち中間の領域に比して両端縁部の腐食消耗速度が早くなる。このためスパッタリングターゲットはプレッスパッタリングを行った時点において、表面全体の均一な腐食、消耗が既に得られなくなる。
【００１０】
図３に開示するようにスパッタリングターゲット（２０）はプレスパッタリングの過程において、中間領域の表面に存在する不純物を除去しようとするのであれば、ターゲット材（１６）に腐食、消耗する厚さ（ｄ）を必要とする。また両端縁部において走査の速度が遅くなり、しかも折り返した場合暫時停止するため中間領域に比してさらに厚さ（ｄ’）の腐食、消耗が発生する。プレスパッタリングを行った後、そのスパッタリングターゲット（２０）を利用して基板にスパッタリングを行う場合、磁石は同様の走査速度（段階的変則法）で走査を行う。その結果スパッタリングターゲット（２０）の両端縁部はさらに消耗しターゲットボード（１２）に腐食した部分が接近する。このためスパッタリングターゲット（２０）は加速的に廃棄する状態に近づく。
【００１１】
スパッタリングターゲット（２０）は、一般的に利用率が高くない。これはターゲット材（１６）の中間領域の消耗量は多くないが、両端縁部において過度の消耗が発生するためである。ターゲット材（１６）の中間領域の厚さから言えば、さらにある程度まで継続して使用できる厚さであっても両端縁部の腐食消耗がターゲットボード（１２）に接近すればターゲット材（１６）は廃棄せざるをえない。かかる現象は半導体メーカーにとってスパッタリング工程のコストを高め重大な浪費を招くのみならず、常にスパッタリングターゲット（２０）を交換することはメンテナンスの時間と人力のコストを浪費することになる。従ってスパッタリングターゲットの利用率を高めプレスパッタリングによる時間と人力の浪費を抑制する為の改善策が半導体メーカー及び関連分野の研究者の間で望まれている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、スパッタリングターゲットに特定の領域で過度の腐食、消耗が発生し、スパッタリングターゲットの利用率を低下させる現象を防ぎ、スパッタリングターゲットの利用率を高めることのできるプレスパッタリング方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、反応室にスパッタリングターゲットと、ベースと、該スパッタリングターゲットの背面に設けられる磁石とを具えてなるマグネトロンスパッタリング装置において、該磁石の両端縁部に磁場の強度を減少させる消磁手段とを具えてなる構造によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
【００１４】
以下、この発明について具体的に説明する。
請求項１に記載するプレスパッタリング方法は、反応室で行うプレスパッタリング方法であって、
スパッタリングターゲットを設けるステップと、
該スパッタリングターゲットにイオンを衝突させるステップと、
長条形状の磁石を該スパッタリングターゲットの背面において等速方式で駆動させ、往復運動で走査を行うステップと、
該スパッタリングターゲット表面の不純物を除去して、該スパッタリングターゲットのプレスパッタリングを完了させるステップとを含んでなる。
【００１５】
請求項２に記載するプレスパッタリング方法は、請求項１における反応室は、真空ポンプを利用して内部の圧力が１〜１０ｍｍｔｏｒｒの真空状態を保持する。
【００１６】
請求項３に記載するプレスパッタリング方法は、請求項１における磁石の走査速度が１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓである。
【００１７】
請求項４に記載するプレスパッタリング方法は、請求項１における磁石の走査速度が１６０ｍｍ／である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明は、ターゲットボートの利用率を高めることのできるプレスパッタリング方法を提供するものであって、プレスパッタリングにおけるターゲット材の消耗を減少させ、ダミー基板の使用量とスパッタリング装置の調整に必要とする時間を節約することのできる。即ちスパッタリングターゲットを設け、該スパッタリングターゲットに対してイオンを衝突させる。イオン衝突の過程において等速で磁石を駆動させスパッタリングターゲットの背面において往復運動させて走査を行う。スパッタリングターゲット表面の不純物の除去が完了するとスパッタリングターゲットのプレスパッタリングが完成する。磁石の走査速度は、１４０ｍｍ／ｓ〜２２０ｍｍ／ｓの範囲とし、好ましくは１６０ｍｍ／ｓとする。この速度は段階的変則方法における初期の走査速度である。またプレスパッタリングにおいてはベ−ス上にガラス材によるダミー基板をワークとして載置する。
かかるプレスパッタリング方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。
【００１９】
【実施例】
図４は、この発明によるプレスパッタリングのステップを表わすフローチャートである。図示によれば、（４１）のステップにおいて、スパッタリングターゲットを反応室内に設け、さらにプラズマイオンを反応室内部で流動させ、（４２）のステップにおいてスパッタリングターゲットとベースとの間に形成される電位の差を利用してプラズマイオンを駆動してスパッタリングターゲットにイオンを衝突させる。次いで、（２４）のステップでは、イオンを衝突させる過程において、等速方式で磁石を駆動し、スパッタリングターゲットの背面を往復させて走査を行い、（４４）のステップに至り、スパッタリングターゲット表面の不純物の除去を完成させて該スパッタリングターゲットのプレスパッタリングを完了させる。
【００２０】
実施例においては、ＵＬＶＡＣ（日本真空）社製のＳＭＤ−６５０タイプのスパッタリング装置で上述のプレスパッタリングを行った。反応室内の圧力は１〜１０ｍｍｔｏｒｒの間に制御し、長条形状の磁石による走査の速度は１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓに制御した。好ましくは１６０ｍｍ／ｓである。この速度は段階的変則法の初期走査速度である。図５に磁石の移動距離と走査の速度の関係を開示した。
【００２１】
上述のとおり、実施例においてはＵＬＶＡＣ（日本真空）社製のＳＭＤ−６５０タイプのスパッタリング装置を採用してプレスパッタリングをおこなったが、その他任意のメーカーのスパッタリング装置を利用することもできる。また、この発明の方法は、１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓの範囲内において、それぞれのスパッタリング装置に応じて走査速度を適宜に調整する。
【００２２】
ここで特に強調すべき点は、上述の（４３）のステップにおいて磁石の走査速度は等速で行わなければならない点である。すなわち、従来の技術における段階的変速方式は、スパッタリングターゲットの中間の領域において磁石の走査速度が速く、両端縁部において遅くなる。このため、スパッタリングターゲットの両端縁部における腐食の速度が速くなる。係る欠点を改善するために、前述の通り磁石の走査速度を等速で行わなければならず、その速度は段階的変速方式の初期速度である１６０ｍｍ／ｓが最も好ましい。係る走査速度を最適の走査速度とする理由は、磁石が往復して走査を行う場合、折り返しの過程において暫留効果が発生するためである。暫留効果が発生するとスパッタリングターゲットは、両端縁部において腐食の速度が２乗になる現象が発生し、スパッタリングターゲットが加速的に廃棄する状態になる。よって、この発明においては段階的変速方法の初期速度である１６０ｍｍ／ｓの速度を採用し、等速で走査を行う。これは、磁石の折り返しの過程において発生する暫留効果を抑制し、更に段階的変速方法における初期走査速度を採用し、係る速度を保持することによって機械設備のパラメータの調整、及び作業環境の設定がいずれもすでにテストを受けた数値に適合し、製品に対して不良な影響を与えることがなくなる。
【００２３】
図６に、この発明の方法によってプレスパッタリングを行う場合のスパッタリングターゲット表面の腐食、消耗の状態を開示する。図示によれば、スパッタリングターゲット（３０）は、ターゲットボード（２８）と、ターゲット材（２６）とによってなる。この発明においては、等速で１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓの範囲に磁石の走査速度を制御する。好ましくは、１６０ｍｍ／ｓに制御する。この発明におけるスパッタリングターゲットの表面は、図３に開示する従来の技術に比して厚さが均一である。仮にプレスパッタリングの過程において、スパッタリングターゲット表面のターゲット材から厚さ（ｄ）を除去し、且つ段階的変速方法を採用すると、その結果は図３に開示する通りになる。その両端縁部は、走査速度が比較的遅く、しかも暫留効果の影響によって（ｄ）＋（ｄ’）の厚さが除去される。この余剰の（ｄ’）に当たるターゲット材の厚さが従来の技術によるプレスパッタリング工程の最大の欠点であり、この発明において解決しようとする重点である。この発明の等速走査方法でスパッタリングターゲットにプレスパッタリングを行い、且つこの発明において提案する走査速度で走査を行った場合、その結果は図６に開示する通りになる。この場合、スパッタリングターゲット全体からターゲット材の厚さ（ｄ）が均一に除去され、過度の腐食現象が現れない。よって、この発明はスパッタリングターゲットの両端縁部において余剰の厚さ（ｄ’）に当たるターゲット材の消耗が発生することなく、ターゲット材の使用率を高め、使用寿命を延長することができる。
【００２４】
上述の通り、この発明はスパッタリングターゲットに対するプレスパッタリングの時間を短縮するのみならず、プレスパッタリング時におけるターゲット材の腐食、消耗を減少させることができる。スパッタリング装置は、スパッタリングの過程において時間単位で出力するパワーがいずれも同等である。よって、この発明はプレスパッタリングの時間を短縮することができ、プレスパッタリング工程全体の消費パワーも相対的に抑制することができる。また、ダミー基板表面に沈降し、堆積する薄い膜が理論上、許容される安全な厚さを超えると、該ダミー基板は廃棄しなければならない。この発明の方法において用いられるスパッタリングターゲットは、プレスパッタリング時のターゲット材の腐食、消耗量が少ない。このため、ダミー基板表面に堆積される膜の厚さも比較的薄くなる。よって、従来の技術に比して許容される安全な厚さを容易に超えることがない。よって、この発明によれば、ダミー基板の使用量を減少させることができる。
【００２５】
この発明による方法と、従来の技術によってそれぞれプレスパッタリングを行い、比較分析した結果を図７に開示する。図示から明らかなように、従来の技術において、一スパッタリングターゲットに対してプレスパッタリングを完成させるには、５時間５４分３４秒必要とする。消費したダミー基板は、５ロットであって、キロワット時（ＫＷＨ）は８９ＫＷＨであった。但し、この発明においては、５時間９分と時間が短縮され、消費したダミー基板は４ロットであり、キロワット時は７１ＫＷＨであった。ダミー基板は、１ロット２４枚である。全体的に言えば、この発明の方法は、ダミー基板の使用量、電力の消費及びプレスパッタリングの時間において、従来の技術に比して２０％以上節減された。よって、プレスパッタリングのコストを節減するのみならず、スパッタリングターゲットの利用率を高めることができる。
【００２６】
また、この発明におけるプレスパッタリングの過程において、磁石の走査速度は１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓの範囲に限定する必要はなく、等速走査の原則に符合する速度の範囲であれば、スパッタリングターゲットの表面に均一な腐食、消耗を発生させることができ、従来の技術に見られるようにスパッタリングターゲットの両端縁部に過度の腐食、消耗が発生することがない。但し、磁石の走査速度が遅くなるにつれてスパッタリングターゲットの腐食、消耗量も増加する。しかし、磁石が走査のために往復する回数は減少する。この発明による方法を開発するための試験段階においては、１６０ｍｍ／ｓの走査速度を採用した。これは、係る走査速度が段階的走査方法における初期の走査速度であることに起因する。係る走査速度の条件下において、機械設備のパラメータの調整、及び作業環境の設定が行われ、すでにテストに合格し確定されているため、製品に対して不良な影響を与えることがない。したがって、この発明においては、１４０ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓ走査速度の範囲を採用し、且つ１６０ｍｍ／ｓを最も好ましい走査速度とした。但し、当然の事ながらこれら走査速度の範囲に限定することなく、実際の状況に合わせ必要とする走査速度を測定し、調整してもよい。
【００２７】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によるプレスパッタリング方法は、スパッタリングターゲットの腐食、消耗が均一化して利用率を高め、使用寿命を延長させる効果を有するとともに、プレスパッタリングの時間を短縮し、コストを節減する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマグネトロンスパッタリング装置の説明図である。
【図２】スパッタリング工程における磁石の移動距離と速度の関係を表わすグラフである。
【図３】従来のスパッタリングターゲットの腐食、消耗状況を表わす説明図である。
【図４】この発明によるプレスパッタリング方法のステップを表わすフローチャートである。
【図５】この発明の方法によってプレスパッタリングを行った場合の磁石の移動距離と速度の関係を表わすグラフである。
【図６】この発明によるプレスパッタリング方法におけるスパッタリングターゲットの腐食、消耗状況を表わす説明図である。
【図７】従来の技術とこの発明の方法によるプレスパッタリングの結果を表わす比較分析図である。
【符号の説明】
１０　　　　　マグネトロンスパッタリング装置
１１　　　　　反応室
１２　　　　　ターゲットボード
１３　　　　　ベース
１４　　　　　磁石
１５　　　　　基板
１６　　　　　ターゲット材
２０　　　　　スパッタリングターゲット
２６　　　　　ターゲット材
２８　　　　　ターゲットボード
３０　　　　　スパッタリングターゲット
ｄ　　　　　　厚さ
ｄ’　　　　　厚さ
【図１】
2004027364.tif 000003
【図２】
2004027364.tif 000004
【図３】
2004027364.tif 000005
【図４】
2004027364.tif 000006
【図５】
2004027364.tif 000007
【図６】
2004027364.tif 000008
【図７】
2004027364.tif 000009