(57)【要約】【課題】ターゲットの有効利用をはかり、最後まで高品質の薄膜形成を行うことの可能なスパッタリング方法およびスパッタリング装置を提供する。【解決手段】チャンバ１内にターゲット４を配置すると共に前記ターゲット４に対向して被処理基板２を配置し、前記チャンバ内を真空排気したのち、所定のプロセスガスを流し放電を生起し、かつターゲット背面から磁界を印加してマグネトロン放電を行い、高密度プラズマを発生させて、前記ターゲットの原子をスパッタリングして前記基板に導くことにより前記基板表面に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング方法において、前記磁界強度を周期的に変化させることによりプラズマ密度を調整する調整工程を含むことを特徴とする。【選択図】図３
2004149852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内にターゲットを配置すると共に前記ターゲットに対向して基板を配置し、前記チャンバ内を真空排気したのち、所定のプロセスガスを流し放電を生起し、かつターゲット背面から磁界を印加してマグネトロン放電を行い、高密度プラズマを発生させて、前記ターゲットの原子をスパッタリングして前記基板に導くことにより前記基板表面に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング方法において、
前記磁界強度を周期的に変化させることによりプラズマ密度を調整する調整工程を含むことを特徴とするマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項２】
チャンバ内にターゲットを配置すると共に前記ターゲットに対向して基板を配置し、前記チャンバ内を真空排気したのち、所定のプロセスガスを流し放電を生起し、かつターゲット背面から磁界を印加してマグネトロン放電を行い、高密度プラズマを発生させて、前記ターゲットの原子をスパッタリングして前記基板に導くことにより前記基板表面に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング方法において、
前記ターゲットの形状を検出し、ターゲットの形状が均一となるように、前記ターゲットの形状に応じて磁界強度を変化させることによりプラズマ密度を調整する調整工程を含むことを特徴とするマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項３】
前記調整工程は、
前記ターゲットの彫れ量を検出し、前記ターゲットの彫れ量に応じて磁界強度を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項４】
前記調整工程は、成膜に先立ち、ターゲットの彫れ量を検出する工程と、
前記検出する工程で得られた検出値をフィードバックすることにより前記磁界強度を調整する工程を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項５】
前記調整工程は、
順次、供給電流をシフトし、磁界を回転させる工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のマグネトロンスパッタリング方法。
【請求項６】
真空チャンバ内に配置されたターゲットと、
前記真空チャンバ内を排気するとともにプロセスガスを流し圧力を制御しながら放電を生起する放電手段と、
前記ターゲット背面から磁界を供給しマグネトロン放電を形成する磁界生成手段と、
前記マグネトロン放電によって生成されたプラズマにより、前記ターゲットの原子をスパッタリングし，前記ターゲットに対向した位置に配置された基板に、前記原子を含む薄膜を形成するスパッタリング装置において、
前記磁界生成手段の磁界強度を周期的に変化させプラズマ密度を変化させるプラズマ密度変更手段を具備したことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項７】
真空チャンバ内に配置されたターゲットと、
前記真空チャンバ内を排気するとともにプロセスガスを流し圧力を制御しながら放電を生起する放電手段と、
前記ターゲット背面から磁界を供給しマグネトロン放電を形成する磁界生成手段と、
前記マグネトロン放電によって生成されたプラズマにより、前記ターゲットの原子をスパッタリングし，前記ターゲットに対向した位置に配置された基板に、前記原子を含む薄膜を形成するスパッタリング装置において、
前記磁界生成手段は、
前記ターゲットの形状を検出する形状検出手段と、
前記ターゲットの形状が均一となるように、前記形状に基づいて、前記磁界強度を調整する磁界強度調整手段とを具備したことを特徴とする請求項６に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記形状検出手段は、前記ターゲットの彫れ量を検出する手段であり、
前記磁界強度調整手段は、前記ターゲットの彫れ量に応じて磁界強度を調整するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記磁界生成手段は、前記ターゲットの背面に配設された複数の電磁石コイルを具備し、
前記電磁石コイルへの供給電流を変化させることにより、前記ターゲット表面近傍の磁界強度を変化させるようにしたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記磁界生成手段は、前記ターゲット表面近傍の磁界強度を周期的に変化させ、プラズマ密度を変更するプラズマ密度変更手段を具備したことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記磁界強度調整手段は、
順次、供給電流をシフトすることにより、磁界を回転させる磁界回転手段を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング方法およびこれに用いられるスパッタリング装置にかかり、特に、ターゲットの有効利用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ターゲット上の磁界強度を可変にして放電インピーダンスを変え、独立にスパッタ電流によって被成膜基板の薄膜の成膜を制御するようにしたマグネトロンスパッタリング装置が提案されている（特開平１１−１７２４３１号公報）。
【０００３】
このようなマグネトロンスパッタリング装置では、図５に示すように、真空チャンバ１内の被成膜基板２とターゲット４の間にマグネトロン放電を起こすために、直流電源６による負電圧をバッキングプレート５に印加するとともに、バッキングプレート５の裏側に永久磁石１０ａ，１０ｂおよび同永久磁石１０ａ，１０ｂと同軸のコイル１１ａ，１１ｂによってターゲット３表面上に磁界を発生する。そのマグネトロン放電によりチャンバ１内の放電用ガスをイオン化するとともに、このイオン化された正イオンによりターゲット４の原子をスパッタリングして被成膜基板２の表面に薄膜を形成する。このとき、コイル１１ａ，１１ｂの電流を変えてターゲット４表面上の磁界を可変し、放電インピーダンスを変え、被成膜基板２の薄膜の特性を制御するという方法が提案されている（特開平１１−１１７２４３１号公報）。このマグネトロンスパッタ成膜装置は、バッキングプレート５の裏側に、交互に異極となる永久磁石１０ａ，１０ｂを複数個配置するとともに、またこの各永久磁石１０ａ，１０ｂの磁極軸と同軸となるようにしてコイル１１この永久磁石１０ａ，１０ｂにコイル１１ａ，１１ｂを巻回した形状をなす。なお、コイル１１ａとコイル１１ｂとはコイルの巻方が逆になっている。また、ターゲット４表面上の磁界強度を変化するように、コイル１１ａ，１１ｂを駆動する電磁石用電源１２を具備しており、電磁石用電源１２はコイル１１ａ，１１ｂに流す電流の向きを変え、またその大きさも変えることができるようになっている。
【０００４】
また、成膜中にターゲット上の磁界を変えることにより、成膜分布の制御およびターゲットのエロージョンの形状を制御し、成膜の均一化をはかるようにした方法も提案されている。（特開平１１−１５８６２５号公報）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１１７２４３１号公報、図１、［０００８］、［０００９］、［００１０］、［００１１］
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−１５８６２５号公報、図１、［０００６］
【０００７】
前者の方法では、ターゲット表面上の磁界強度を可変にして放電インピーダンスを変える事により、スパッタ電圧によらず、独立にスパッタ電流によって被成膜基板の薄膜特性を制御することができる。
【０００８】
また後者の方法では、成膜中にターゲット上の磁界を変えることができるようにし、またターゲットのエロージョンの形状を制御し成膜の均一化を制御することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一旦ターゲットがエロージョンにより一旦変形すると、この形状はなかなか修正できず、プラズマ強度を変えるなどの方法により、ターゲットの形状に応じてプラズマ密度を修正しようとしたとしても、難しく、生成される膜の膜質や膜厚に影響を与えることがあった。
また、このようにターゲットの形状の修正が困難となるため、ターゲットを使い切る前に、均一な成膜を行うことができなくなるため、比較的早期にターゲットを廃棄処分しなければならないことがあった。これは特に、ターゲット材料が高価である場合には、深刻であり、ターゲット材料の有効利用がなされ得ないという問題もあった。
【００１０】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、ターゲットの有効利用をはかり、最後まで高品質の薄膜形成を行うことの可能なスパッタリング方法およびスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、チャンバ内にターゲットを配置すると共に前記ターゲットに対向して基板を配置し、前記チャンバ内を真空排気したのち、所定のプロセスガスを流し放電を生起し、かつターゲット背面から磁界を印加してマグネトロン放電を行い、高密度プラズマを発生させて、前記ターゲットの原子をスパッタリングして前記基板に導くことにより前記基板表面に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング方法において、前記磁界強度を周期的に変化させることによりプラズマ密度を調整する調整工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、磁界強度を周期的に変化させることにより、プラズマ密度をターゲット面全体にわたって均等にすることができ、ターゲットの彫れ量がターゲットの使用初期から均一となるため、大きな膜厚のばらつきを生じることなく、信頼性の高い薄膜形成を行うことが可能となる。従って、ターゲットを最後まで大きな表面高さのばらつきなしに使用することができ、有効に使い切ることができる。
【００１３】
また、本発明の方法では、ターゲットの形状を検出し、前記ターゲットの形状に応じてターゲットの形状が均一となるように、磁界強度を変化させることによりプラズマ密度を調整する調整工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
ターゲットの形状に応じてターゲットの形状が均一となるように、磁界強度を変化させプラズマ密度を調整しているため、常時ターゲットの形状を良好に維持するように修正しており、異常形状が進行する前に形状修正をしているため、長期にわたってターゲットの均一性を維持することができ、ターゲットの有効利用を実現することが可能となる。
【００１５】
さらにまた、前記調整工程は、前記ターゲットの彫れ量を検出し、前記ターゲットの彫れ量に応じて磁界強度を調整する工程を含むようにしてもよい。
ターゲットの彫れ量は光学的方法などにより極めて容易に検出することができ、この方法によれば、容易にターゲットの有効利用と均一な薄膜形成が実現可能である。
【００１６】
また、前記調整工程は、成膜に先立ち、ターゲットの彫れ量を検出し、前記検出する工程で得られた検出値をフィードバックすることにより前記磁界強度を調整する工程を含むようにしている。特に、ウェハの出し入れの時間を利用して、ターゲットの彫れ量検出を行うようにすれば、成膜インターバルの間に次回の成膜工程における条件決定を行うことができる。
【００１７】
また、前記調整工程において、順次、供給電流をシフトし、磁界を回転させるようにすれば、電流調整のみで、極めて容易に磁界の回転が可能となり、容易にターゲットの均質化をはかることが可能となる。
【００１８】
また本発明のスパッタリング装置では、真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記真空チャンバ内を排気するとともにプロセスガスを流し圧力を制御しながら放電を生起する放電手段と、前記ターゲット背面から磁界を供給しマグネトロン放電を形成する磁界生成手段と、前記マグネトロン放電によって生成されたプラズマにより、前記ターゲットの原子をスパッタリングし、前記ターゲットに対向した位置に配置された基板に、前記原子を含む薄膜を形成するスパッタリング装置において、前記磁界生成手段の磁界強度を周期的に変化させプラズマ密度を変化させるプラズマ密度変更手段を具備したことを特徴とする。
【００１９】
係る構成によれば、磁界強度を周期的に変化させることによりプラズマ密度をターゲット面全体にわたって均等にすることができ、ターゲットの彫れ量がターゲットの使用初期から均一となるため、大きな膜厚のばらつきを生じることなく、信頼性の高い薄膜形成を行うことが可能となる。従って、ターゲットを最後まで大きな表面高さのばらつきなしに使用することができ、有効に使い切ることができる。
【００２０】
また、磁界生成手段が、前記ターゲットの形状を検出する形状検出手段と、前記形状に基づいて、前記磁界強度を調整する磁界強度調整手段とを具備するようにすれば、ターゲットの形状が均一となるように、ターゲットの形状に基づいて逐次磁界強度を調整することができるため、ターゲットの形状が大きくばらつくのを防ぎ、最後までターゲットを有効利用することが可能となる。
【００２１】
また望ましくは、前記形状検出手段は、前記ターゲットの彫れ量を検出する手段であり、前記磁界強度調整手段は、前記ターゲットの彫れ量に応じて磁界強度を調整している。
【００２２】
さらにまた前記磁界生成手段は、前記ターゲットの背面に配設された複数の電磁石コイルを具備し、前記電磁石コイルへの供給電流を変化させることにより、前記ターゲット表面近傍の磁界強度を変化させるようにしているため、極めて容易に信頼性の高い成膜を行うことが可能となる。
【００２３】
またこの磁界生成手段は、前記ターゲット表面近傍の磁界強度を周期的に変化させ、プラズマ密度を変更するプラズマ密度変更手段を具備するようにしてもよい。
【００２４】
さらに前記磁界強度調整手段は、順次、供給電流をシフトすることにより、磁界を回転させる磁界回転手段を含むようにしてもよい。これにより、容易に磁界の回転が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスパッタリング方法を実施する装置を示す図である。
【００２６】
この装置は、磁界を発生させるための電磁石を複数に分割した分割コイルＭ１，Ｍ２・・・をバッキングプレート５の背面に配置し、コイルに印加する電圧を正／逆周期的に反転させ、磁界強度が回転するように変化させたことを特徴とするものである。すなわちこの発明では、ターゲット表面上の磁界強度を周期的に変化させることにより、プラズマ密度を変化させ、放電インピーダンスを変化させ、スパッタ電流を変化させことから、スパッタ電流値によって磁界強度を制御することで、ターゲットのエロージョンを常に均一にすることにより、長期にわたって均一な薄膜形成を可能にするとともに、ターゲットを使い切ることができるようにし、ターゲットの利用効率を向上するものである。またこれによりスパッタ電圧によらずに薄膜の特性を一定に保つこともできる。
【００２７】
すなわち、この装置は図１に概略図を示すように、真空チャンバ１内に配設されたバッキングプレート５上にターゲット４となるコバルト金属を載置するとともに、この裏面側に分割コイルＭ１，Ｍ２・・・を配列した事を特徴とするものである。ここで被成膜基板２はターゲット４に対向するように配置されたサセプタ３に支持されている。また真空チャンバーに設けられたガス供給口８からプロセスガスを供給するとともに、ガス排出口９からガスが排出される。そしてこの分割コイルは図２に拡大斜視図を示すように、径方向および周方向に多数分割されており、印加電圧の方向および大きさを自在に変更できるように構成されている。ここでは電磁石用電源１２からの印加電圧は、制御器７によって制御しながら形成される。
【００２８】
ここでは図３に示すように、順次、電圧の方向および大きさをシフトさせながら磁場を回転させる。これにより、被成膜基板２の表面近傍にガスプラズマが生成される。このプラズマ強度は磁場の回転により回転せしめられる。従って、ターゲットのエロージョンは均一に進行する。
【００２９】
このように、ターゲット４表面上の磁界強度を回転しているため、放電インピーダンスが変化し、これに伴いスパッタ電流値が変化する。したがって、スパッタ電圧によらず、磁界の強度を変えることにより、スパッタ電流値を変えることになり、被成膜基板２の薄膜の成膜制御を行うことができる。またスパッタ用電源６の印加電圧を制御することにより、スパッタ強度を変化することができ、成膜される薄膜の特性を均一性に保つことができる。
【００３０】
このように、上記構成によれば、磁界強度を周期的に回転させることにより、プラズマ密度をターゲット面全体にわたって均等にすることができ、ターゲットの彫れ量がターゲットの使用初期から均一となる。このため、大きな膜厚のばらつきを生じることなく、信頼性の高い薄膜形成を行うことが可能となる。
このようにして、ターゲットを最後まで大きな表面高さのばらつきなしに使用することができ、有効に使い切ることができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この方法では、図４に示すように、イメージセンサ１３によって、ターゲットの形状を光学的に検出し、この検出値に応じてターゲットの形状が均一となるように、磁界強度を変化させることによりプラズマ密度を調整するようにしたものである。
ここで用いられるマグネトロンスパッタリング装置は前記第１の実施の形態で説明したのと同様の装置であるが、ターゲットの表面状態を検出するためのイメージセンサ１３を具備し、この出力が制御器７にフィードバックされ、ターゲットの彫れ量に応じて磁界強度を調整し、プラズマ強度を調整するものである。
【００３２】
成膜に際しては、例えば１０枚処理するたび毎に、ターゲットの彫れ量を検出し、この検出値に応じて、ターゲットの形状を補正するように、磁界強度を変化させプラズマ密度を調整している。
【００３３】
このようにして、常時ターゲットの形状を良好に維持するように修正しており、異常形状が進行する前に形状修正をしているため、長期にわたってターゲットの均一性を維持することができ、ターゲットの有効利用を実現することが可能となる。
【００３４】
また、ターゲットの彫れ量の検出については、ウェハの入れ換え時などのスパッタリングが休止状態のときに、実行するようにすれば、処理時間が延びたりすることもなく、作業性よく調整処理を行うことができる。
【００３５】
さらに検出手段としてはイメージセンサを用いて光学的に検出したが、これに限定されることなく赤外線など他の手段を用いても良いことはいうまでもない。
【００３６】
なお、ターゲットの彫れ量の検出は、イメージセンサに限定されることなく、適宜他の方法を用いるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、前記磁界強度を周期的に変化させることによりプラズマ密度を調整するようにしているため、ターゲットを最後まで大きな表面高さのばらつきなしに使用することができ、膜質および膜厚の均一な薄膜形成を可能とすることができると共に、ターゲット材料を有効に使い切ることができる。
また本発明によれば、ターゲットの表面形状を検出し、この検出結果に基づいて、ターゲットの表面形状が均一となるように、磁界強度を変化させることにより、膜質および膜厚の均一な薄膜形成を可能とすることができると共に、ターゲット材料を有効に使い切ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置を示す図である。
【図２】同装置の要部斜視図である。
【図３】同装置における磁場の回転方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置を示す図である。
【図５】従来例のマグネトロンスパッタリング装置を示す図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  被成膜基板
３  サセプタ
４  ターゲット
５  バッキングプレート
６  スパッタ用電源
７  制御器
８  ガス供給口
９  ガス排出口
Ｍ１、Ｍ２、・・・分割コイル
１０  永久磁石
１１  コイル
１２  電磁石用電源
１３  イメージセンサ
【図１】
2004149852.tif 000003
【図２】
2004149852.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004149852.tif 000006
【図５】
2004149852.tif 000007