(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、
前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、
前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設けられたスパッタターゲットと、
前記スパッタターゲットに関して前記基板支持部と反対側に設けられたマグネトロンユニットと、を備え、
前記マグネトロンユニットは、前記チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第１のマグネット部および第２のマグネット部を有し、前記第２のマグネット部は前記第１のマグネット部の外側に配置され、前記第１のマグネット部の総磁気量は前記第２のマグネット部の総磁気量より小さく、
前記第１のマグネット部は、第１の磁極を示す部分を前記ターゲットに向けて配置された複数の第１のマグネットを有し、前記第２のマグネット部は、第２の磁極を示す部分を前記ターゲットに向けて配置された複数の第２のマグネットを有し、
前記複数の第２のマグネットは、前記複数の第１のマグネットを囲むように環状に配列されている、スパッタリング装置。
【請求項２】
前記マグネトロンユニットは複数の第１の磁性部材を有し、各第１の磁性部材は、前記複数の第１のマグネットの１つと前記複数の第２のマグネットの１つとをそれぞれ支持する、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記マグネトロンユニットは第２の磁性部材を有し、前記第２の磁性部材は、前記複数の第１のマグネットと前記複数の第２のマグネットとを支持する、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記第２の磁性部材は前記マグネトロンユニットのベースプレートである、請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記マグネトロンユニットは、前記複数の第１のマグネットの第１の磁極を示す部分をそれぞれ結ぶように設けられた第３の磁性部材、前記複数の第２のマグネットの第２の磁極を示す部分をそれぞれ結ぶように設けられた第４の磁性部材、を含む、請求項２〜請求項４のいずれかにに記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
真空チャンバと、
前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、
前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、
前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設けられたスパッタターゲットと、
前記スパッタターゲットに関して前記基板支持部と反対側に設けられたマグネトロンユニットと、を備え、
前記マグネトロンユニットは、前記チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第１のマグネット部および第２のマグネット部を有し、前記第２のマグネット部は前記第１のマグネット部の外側に配置され、前記第１のマグネット部の総磁気量は前記第２のマグネット部の総磁気量より小さく、
前記第１のマグネット部は、第１の磁極を示す一端および第２の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向けて配置された複数の第１のマグネットを含み、
前記第２のマグネット部は、第２の磁極を示す一端および第１の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向け前記複数の第１のマグネットの外側に環状に配置された複数の第２のマグネットを含み、
前記マグネットロンユニットは、複数の第１の磁性部材、第３の磁性部材、および第４の磁性部材を含み、各第１の磁性部材は、磁気回路を構成するように前記複数の第１のマグネットの他端と前記複数の第２のマグネットの他端とをそれぞれ支持し、前記第３の磁性部材は、前記複数の第１のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられ、前記第４の磁性部材は、前記複数の第２のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられ、
前記第２のマグネット部は、前記第１のマグネット部の総磁気量の１．５倍以上である総磁気量を有する、スパッタリング装置。
【請求項７】
真空チャンバと、
前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、
前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、
前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設けられたスパッタターゲットと、
前記スパッタターゲットに関して前記基板支持部と反対側に設けられたマグネトロンユニットと、を備え、
前記マグネトロンユニットは、前記チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第１のマグネット部および第２のマグネット部を有し、前記第２のマグネット部は前記第１のマグネット部の外側に配置され、前記第１のマグネット部の総磁気量は前記第２のマグネット部の総磁気量より小さく、
前記第１のマグネット部は、第１の磁極を示す一端および第２の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向けて環状に配置された複数の第１のマグネットを含み、
前記第２のマグネット部は、第２の磁極を示す一端および第１の磁極を示す他端を有し前記一端を前記ターゲットに向け前記複数の第１のマグネットの外側に環状に配置された複数の第２のマグネットを含み、
前記マグネットトロンユニットは、磁気回路を構成するように前記複数の第１のマグネットの他端と前記複数の第２のマグネットの他端とを支持する第２の磁性部材、前記複数の第１のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられた第３の磁性部材、および前記複数の第２のマグネットの前記一端を結ぶように環状に設けられた第４の磁性部材を含み、
前記第２のマグネット部は、前記第１のマグネット部の総磁気量の１．５倍以上である総磁気量を有する、スパッタリング装置。
【請求項８】
前記複数の第１および第２のマグネットの各々は、所定の磁気量を有する単位マグネットである、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
ターゲットに対面するように基板を配置する工程と、
真空チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、
第１の磁極を前記ターゲットに向けると共に第２の磁極を磁性部材に向けて設けられた第１のマグネット部、および前記第１のマグネット部の外側に環状に配置され第２の磁極を前記ターゲットに向けると共に第１の磁極を前記磁性部材に向けて設けられた第２のマグネット部、を有し、前記第１のマグネット部の磁気総量は前記第２のマグネット部の磁気総量より小さいマグネトロンユニットを用いてプラズマを生成する工程と、
前記基板にスパッタリング粒子を堆積し膜を形成する工程と、
を備える成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング装置および成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング装置は、スパッタターゲットと、スパッタターゲットのエロージョン面に対面するように設けられたウエハ支持台と、スパッタターゲットの裏面に面して設けられたマグネトロンユニットと、を備える。このようなスパッタリング装置では、プロセスガスを真空チャンバ内に導入し、スパッタターゲットの近傍においてプラズマを発生させることによってスパッタターゲットから被スパッタ粒子を生じさせる。この被スパッタ粒子がウエハに到達し、これによって成膜が進行する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスにおける設計ルールの微細化に伴い、高アスペクト比のコンタクト孔、ビア孔といった接続孔の底部において十分なカバリッジを達成するという要求が高まってきている。このような要求に応じるために、発明者は、スパッタリング装置においてボトムカバリッジを改善する方法を検討している。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ボトムカバリッジを改善可能なスパッタリング装置および成膜方法を提供することとした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような技術的な課題を解決するために、発明者は、さらに検討を進めた。その結果、例えば高アスペクト比の接続孔の底部においてボトムカバリッジを改善するといった場合、スパッタリング装置に導入されるプロセスガスを低圧化することが有効であることを見出した。
【０００６】
しかしながら、実験によれば、単にプロセスガスを低圧化しただけでは、スパッタリングを生じさせるためのプラズマが維持できないことが分かった。この実験結果に基づいて、発明者はさらに検討を行った。プロセスガスが低圧のときにプラズマが維持されない理由として、低圧化に伴ってプラズマを維持するために必要とされる電子供給源も少なくなり、またプラズマ中の電子はいずれかの導電部分に逃げてしまうと考えた。
【０００７】
電子密度を低くしないためには、(a)新たな電子供給源を加える方法、(b)発生した電子を閉じ込め逃げないようにする方法、が考えられる。電子をさらに追加するためには、結局、何らかのガスを導入することが必要であるので、発生した電子が逃げないようにすることが重要である。そこで、電子の逃げ道を見出すために、スパッタリング装置の構造を十分に検討した。真空チャンバ内には、シールドが設けられている。発明者は、このシールドが接地されていることに着目した。プラズマ電位とシールド電位との関係から、プラズマ中の電子の一部はこのシールドに流れていると考えた。つまり、シールドに流れる電子の数を少なくすれば、電子密度を上げることができるのである。
【０００８】
シールドへ流れる電子流を小さくするためには、真空チャンバ内の磁場および電界の大きさおよび向きと、この電磁場中における電子の運動とについてさらに知見を深める必要があると発明者は感じた。
【０００９】
一般に、磁場中において電子は曲線を描きながら電界の向きに応じた方向に運動する。マグネトロンユニットによって発生された磁場は真空チャンバの外側にも伸びている。このため、このような磁場内において回転運動する電子の一部はシールドへ到達してしまうことがある。つまり、このような磁場は、プラズマの発生には寄与しているけれども、発生した電子を十分に閉じ込めるようには作用していないことを見出した。
【００１０】
したがって、プラズマ中の電子を閉じ込めるような磁場をマグネトロンユニットによって発生すればよいという結論に達した。そこで、発明者は、このような様々な試行錯誤の末に、以下のような本発明をするに至った。
【００１１】
本発明に係わるスパッタリング装置は、(1)真空チャンバと、(2)チャンバを減圧するための減圧手段と、(3)真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガス供給手段と、(4)真空チャンバ内において基板を支持するための基板支持部と、(5)スパッタターゲットと、(6)マグネトロンユニットと、を備えている。
【００１２】
このようなスパッタリング装置において、スパッタターゲットのエロージョン面は、基板支持部に対面している。マグネトロンユニットは、スパッタターゲットに関して基板支持部と反対側に設けられている。
【００１３】
このマグネトロンユニットは、真空チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第１のマグネット部および第２のマグネット部を有する。第２のマグネット部は、第１のマグネット部の外側に配置されている。第１のマグネット部の総磁気量は第２のマグネット部の総磁気量より小さい。
【００１４】
このため、これらのマグネット部によって発生される磁場は、プラズマ中の電子がプラズマ中からの逃れることを低減するように作用する。故に、ターゲット近傍の領域へ電子の閉じ込める性能が向上する。
【００１５】
このような第１のマグネット部および第２のマグネット部は、以下のような様々な形態をとることができる。
【００１６】
本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、複数の第１のマグネットおよび複数の第２のマグネットを有することができる。複数の第１のマグネットは、第１の磁極をターゲットに向けて配置されている。複数の第２のマグネットは、第２の磁極をターゲットに向けて配置されている。なお、第１の磁極は第２の磁極と異なる。
【００１７】
また、各マグネット部が複数のマグネットを備えれば、各マグネット部が発生する磁場の形状をマグネットの配置位置に応じて変更できる。
【００１８】
なお、第２のマグネット部は、最外周の配置されたマグネットからなることが好ましい。第２のマグネット部より内側にプラズマ中の電子を閉じ込めることができるからである。
【００１９】
本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネットトロンユニットは、第１および第２のマグネット部が磁気回路を構成するように設けられた磁性部材を有することができる。
【００２０】
また、本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、複数の第１の磁性部材を有することができる。各第１の磁性部材は、複数の第１のマグネットのうちの１マグネットと複数の第２のマグネットのうちの１マグネットとをそれぞれ支持する。これらの第１の磁性部材によれば、複数の第１のマグネットを複数の第２のマグネットに個々に磁気結合することを可能にする磁気回路が構成される。マグネトロンユニットは、また、この第２の磁性部材を有することができる。第２の磁性部材は、複数の第１のマグネットと複数の第２のマグネットとを支持する。第２の磁性部材によれば、複数の第１のマグネットを複数の第２のマグネットに全体として磁気結合することを可能にする磁気回路が構成される。
【００２１】
本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、第３の磁性部材および第４の磁性部材を有することができる。第３の磁性部材の各々は、第１のマグネット端の各々に亘って設けられ、各マグネットの第１の磁極を磁気結合する。第４の磁性部材の各々は、第２のマグネット端の各々に亘って設けられ、各マグネットの第２の磁極を磁気結合する。
【００２２】
第３および第４の磁性部材は、隣接マグネットを磁気的に結合するように設けられているので、マグネットが存在しないマグネット間の各領域にも磁束を導くことができる。このため、各マグネットからの磁束はこれらの磁性部材によって平均化され、スパッタターゲットに与えられる。また、隣接するマグネット間の磁気量の個体差も平均化される。
【００２３】
本発明に係わるスパッタリング装置では、第１および第２のマグネット部は以下の形態をとることができる。第１のマグネット部は、第１の磁極を示す一端および第２の磁極を示す他端を有しこの一端をターゲットに向けて配置された複数の第１のマグネットを含みむことができる。また、第２のマグネット部は、第２の磁極を示す一端および第１の磁極を示す他端を有しこの一端をターゲットに向け複数の第１のマグネットの外側に環状に配置された複数の第２のマグネットを含むことができる。
【００２４】
マグネットロンユニットは、第１の磁性部材、第３の磁性部材、および第４の磁性部材を含むことができる。第３の磁性部材は、複数の第１のマグネットの一端を結ぶように環状に設けられている。第４の磁性部材は、複数の第２のマグネットの一端を結ぶように環状に設けられている。さらに、第２のマグネット部は、第１のマグネット部の総磁気量の１．５倍以上である総磁気量を有する。
【００２５】
このような形態において、さらに、第２の磁性部材を介して複数の第１のマグネットと複数の第２のマグネットとを磁気的に結合し磁気回路を構成することができる。また、上記の形態において、第１のマグネットの１つと第２のマグネットの１つとを第１の磁性部材を介して個々に磁気的に結合し磁気回路を構成することができる。
【００２６】
本発明に係わるスパッタリング装置では、複数の第１および第２のマグネットの各々には、所定の磁気量を有する単位マグネットを適用することができる。単位マグネットを採用すると、第１のマグネット部と第２のマグネット部の各総磁気量が容易に把握きるようになり、磁気総量比の設定が容易になる。
【００２７】
本発明に係わるスパッタリング装置では、スパッタターゲットＴｉ、Ａｌ、およびＣｕの少なくとも何れかを含むことができる。
【００２８】
本発明に係わる成膜方法は、(1)ターゲットに第１の磁極を向けるように設けられた第１のマグネット部、および第１のマグネット部の外側に環状に配置されターゲットに第２の磁極を向けるように設けられた第２のマグネット部、を有し、第１のマグネット部の総磁気量は第２のマグネット部の総磁気量より小さいマグネトロンユニットを有するスパッタリング装置を準備する工程と、(2)ターゲットに対面するように基板を配置する工程と、(3)真空チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、(4)基板にスパッタリング粒子を堆積し膜を形成する工程と、を備える。
【００２９】
また、本発明に係わる成膜方法は、(5)ターゲットに対面するように基板を配置する工程と、(6)真空チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、(7)第１の磁極をターゲットに向けると共に第２の磁極を磁性部材に向けて設けられた第１のマグネット部、および第１のマグネット部の外側に環状に配置され第２の磁極をターゲットに向けると共に第２の磁極を磁性部材に向けて設けられた第２のマグネット部、を有し、第１のマグネット部の磁気総量は第２のマグネット部の磁気総量より小さいマグネトロンユニットを用いてプラズマを生成する工程と、(8)基板にスパッタリング粒子を堆積し膜を形成する工程と、を備える。
【００３０】
上記のようなマグネトロンユニットを用いてプラズマを発生すれば、プラズマ中の電子を効率的に閉じ込めることができる。このため、プラズマ中において電子密度を高めることができる。電子密度が高くなると、プラズマを低圧でも維持することができ、これによりボトムカバリッジが改善される。
【００３１】
また、プロセスガスの圧力を低くしてもプラズマが維持されるので、プロセスガスの低圧化を図ることができる。故に、被スパッタ粒子とプロセスガスの原子との衝突の確率が低減される。衝突確率が低くなると、ターゲットから基板への方向に向いた被スパッタ粒子の数が増加する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
本発明に係るスパッタリング装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に従うマグネトロン式スパッタリング装置の概略構成図である。
【００３４】
スパッタリング装置１０は、内部に真空チャンバ１２を形成するハウジング１４と、ハウジング１４の上部開口部を閉じるように配置されたターゲット１６を備えている。ハウジング１４およびターゲット１６は両方とも導電性材料から作られているので、ハウジング１４とターゲット１６との間には絶縁部材１３ａが挟まれている。図１に示す実施の形態では、ハウジング１４は円形状の底面と、この円形状の底面の周辺から所定の距離だけ延び出した管状部を有し、例えば管状部は円柱殻形状を有する。ターゲット１６の形状は円盤形である。ターゲット１６の円形状の一表面１６ａ（以下、下面という）は、スパッタリングによってエロージョンを受けるエロージョン面となっている。
【００３５】
真空チャンバ１２内には、基板支持手段(基板支持部ともいう)としてペディスタル１８が配置されている。ペディスタル１８は、真空チャンバ１２内において基板１５を支持する。このため、ペディスタル１８は、処理されるべき基板１５、例えば半導体ウエハＷまたはガラス基板、をその一表面（以下、上面という）１８ａ上において保持する。ペディスタル１８の上面１８ａは、ターゲット１６の下面(エロージョン面)１６ａに対面するように設けられている。ペディスタル１８上の所定の位置に保持された基板１５（ウエハＷ）の堆積されるべき面１５ａは、ターゲット１６の下面１６ａに対して略平行に配置される。
【００３６】
基板１５は、その中心がターゲット１６の中心に合うように、つまり同軸に配置されている。この中心は、形成された膜の面内均一性を向上させるために、マグネトロンユニットの回転中心(回転軸３８)と一致していることが好ましい。本実施の形態では、ペディスタル１８とターゲット１６との間隔は、スパッタされた粒子が被着される基板の直径の約０．９５倍が望ましい。
【００３７】
スパッタリング装置１０は、被スパッタ粒子から真空チャンバ１２の内壁面を保護するために、被スパッタ粒子が内壁面に到達することを防止するシールド２６を有している。シールド２６の一辺の縁部は、ハウジング１４と絶縁部材１３ａを介して絶縁されている。シールド２６の一辺は、ハウジングの上部開口部の縁端において固定されている。シールド２６の別の辺は、ペディスタル１８の側面に至る。別辺の縁部はペディスタル１８の側面に沿って絶縁部材１３ｂを介して絶縁されている。このため、シールド２６は、ペディスタル１８と電気的に絶縁されている。
【００３８】
ペディスタル１８は、キャパシタ１９を介して基準電位、例えば接地電位に接続されている。シールド２６は、所定の基準電位に接続されている。キャパシタ１９が設けられているので、ペデスタル１８は、プラズマによって与えられる電子によってセルフバイアス状態で使用することもできる。また、キャパシタ１９を介して高周波を加え、ＲＦバイアス状態で使用することもできる。この場合、キャパシタ１９と基準電位源との間にＲＦバイアス印加手段といったバイアス手段を備えている。いずれの場合においても、ペデスタル１８は、プラズマ電位に対して負にバイアスされていることが好ましく、ターゲット１６に対して負電位になっていることが好ましい。
【００３９】
ハウジング１４には排気ポート２０が形成されている。本実施の形態の場合には、排気ポート２０には、クライオポンプ等の真空ポンプ２１が接続されている。この真空ポンプ２１を作動させることによって、真空チャンバ１２内を減圧することができる。排気ポート２０および真空ポンプ２１は減圧手段を構成する。アルゴンガスまたは窒素ガスといったプロセスガスが、プロセスガス供給源２５から供給ポート２２を通して真空チャンバ１２内に供給される。供給ポート２２は、バルブ２３によって開閉可能である。このバルブ２３を開閉すると、プロセスガスの供給の有無および供給量並びに供給タイミングを制御できる。供給ポート２２およびプロセスガス供給源２５は、プロセスガス供給手段を構成する。
【００４０】
ターゲット１６とシールド２６との間に電圧を印加するために、プラズマ化手段のうちの１つとして電源２４が接続されいる。真空チャンバ１２内にプロセスガス、例えばアルゴンガスを導入して、ターゲット１６とシールド１８との間に電圧を加えると、グロー放電が起こりプラズマ状態となる。この放電によって発生したアルゴンイオンがターゲット１６の下面１６ａに衝突すると、ターゲット１６を構成する原子がはじき出され被スパッタ粒子が生成される。このターゲット原子がウエハＷ上に到達して堆積されると、ウエハＷ上に膜が形成される。
【００４１】
ターゲット１６の下面１６ａに対向する面、つまりターゲット１６の上面１６ｂには、ターゲット１６のエロージョン面近傍の空間におけるプラズマ密度を高めるためのマグネトロンユニット３０が配置されている。
【００４２】
スパッタリング装置１０は、制御器２９を備えることができる。制御器２９はマイクロコンピュータ、タイマ等を有しているので、電流のオン及びオフの制御、電流値の変更等を時間的な制御も含めて行うことができる。制御器２９は、バルブ２３、加速用電源２４、および駆動用モータ３６にも制御線２９ａを介して接続されている。制御器２９は、これらの機器を相互に関連させながら制御することができる。このため、プロセスガスの供給、プロセスガスのプラズマ発生、等を所定のタイミングに対して同期して制御することができる。
【００４３】
図２は、各マグネトロンユニット上のマグネットの位置を示す平面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ断面における断面を示している。
【００４４】
図１および図２を参照すると、マグネトロンユニット３０は、円形のベースプレート３２と、ベースプレート３２の搭載面３２ａ上に所定の配列で固定された複数のサブユニット３４と、を備える。ベースプレート３２は、ターゲット１６に関して、基板支持部１８と反対側に配置され、その上面の中心には駆動用モータ３６の回転軸３８が接続されている。したがって、駆動モータ３６を作動させてベースプレート３２を回転させると、各サブユニット(マグネットアセンブリともいう)３４はターゲット１６の上面に沿って旋回して、サブユニット３４によって発生される磁界が一カ所に静止することを防止することができる。
【００４５】
図２を参照すると、複数のマグネットアセンブリ３４が環状に配置されている。各マグネットアセンブリ３４は、一方の磁極(図２の例ではＮ極)を配列の外側へ向け、他方の磁極(図２の例ではＳ極)を配列の内側に向けている。各マグネットアセンブリの同一磁極の端部は、それぞれポールピースといった磁性部材４８、５０を介して磁気的に結合されている。磁性部材４８、５０(図２においては、マグネットと重なるため破線で描かれている)は、各マグネットアセンブリの同一の磁極を有する端部に接する帯形状の部材であって環状に設けられている。この帯状の部材部材からの磁場に対応して、それぞれエロージョン面上において外側の環状の領域および内側の領域が形成される。外側の環状領域では、例えば最外周のマグネット群(マグネットアセンブリ３４のマグネットのＮ極)によって発生された磁力線が真空チャンバ内に伸び出す。これらの磁力線は内側に向かって伸び、その一部は内側の環状の磁場領域を通して内側のマグネット群(マグネットアセンブリのマグネットのＳ極)に到達する。
【００４６】
磁性部材４８、５０は、マグネットアセンブリ３４とスパッタターゲット１６との間に設けられているので、隣接マグネットを磁気的に結合することができる。このため、マグネットが存在しない各マグネット間の領域にも磁束を導く。これらの磁性部材によって、各マグネットからの磁束は平均化されスパッタターゲットに与えられる。また、これらの磁性部材４８、５０によって、マグネットが離散的に配置されていても所定の強度の磁場が連続するように形成される。故に、磁場によるプラズマの閉じ込め性が向上する。さらに、隣接するマグネット間の磁気量の不均一さおよびマグネット自体の個体差も平均化される。この要因も電子閉じ込めに有利に作用する。
【００４７】
また、マグネトロンユニット３０は、１個以上の第１のマグネットアセンブリ３４ａおよび１個以上の第２のマグネットアセンブリ３４ｂを有することができる。第１のマグネットアセンブリ３４ａは、回転中心となる回転軸３８の近傍に形成されるべき磁場を規定するように設けられている。
【００４８】
このためのマグネットアセンブリの配置形態としては、後ほど図４〜図７を参照しながら説明するが、ここでは概略的に説明する。回転軸３８を含む面によって、ベースプレート３２の搭載面３２ａは２つの領域に分離され、一方を第１の領域、他方を第２の領域と呼ぶとする。この配置形態では、 (i)第１のマグネットアセンブリ３４ａが、第１の領域に配置されている場合、(ii)第１のマグネットアセンブリ３４ａが、回転軸３８を含む面とマグネトロンユニット３０の搭載面とが交差する線上および第１の領域にわたって配置されている場合、(iii)第１のマグネットアセンブリ３４ａの外側マグネットが、第１および第２の領域に配置され、第２のマグネットアセンブリ３４ｂが第１の領域に配置されている場合、が考えられる。いずれの場合においても、第２のマグネットアセンブリ３４ｂの各々は、第１のマグネットアセンブリ３４ａと一緒になって環状配列を成すように設けられている。発明者の行った実験によれば、図４、図６および図７に示された形態で特に好適な結果が得られた。
【００４９】
また、マグネトロンユニット３０は、第１の磁極(図２の例ではＮ極)をエロージョン面に向けて設けられた外周マグネット部および第２の磁極(図２の例ではＳ極)をエロージョン面に向けて設けられた内側マグネット部を有する。内側マグネット部は、外周マグネット部の内側に設けられた全マグネットを含むことができる。外周マグネット部は、例えば最外周のマグネット群からなり、また内側マグネット部は、例えば、最外周のマグネットより内側のマグネット群からなることができる。外周マグネット部の総磁気量は、内側マグネット部の総磁気量より大きくなるように、各マグネット部または各マグネットの強度が規定されていることができる。
【００５０】
総磁気量が大きい方の外周マグネット部の内側に総磁気量の小さい方の内側マグネット部を配置した。このため、外周マグネット部の磁束の一部分は、内側マグネット部に到達し、内側マグネット部内を通過して外周マグネット部において閉じる。また、外周マグネット部の磁束の残りの部分は、磁束ループを形成して外周マグネット部において閉じる。故に、真空チャンバの外側に伸びるような磁束が、プラズマが生成されるエロージョン面の近傍において低減される。このため、電子の閉じ込め性が向上する。
【００５１】
図３は、スパッタリング装置１０に適用可能なマグネットアセンブリを例示的に示している断面図である。各マグネットアセンブリ３４は、図３に明示するように、磁性部材４０および棒磁石４２、４４を備える。磁性部材４０は、磁性体から成る平板状のヨーク部材である。棒磁石４２、４４の各々は、一端にＳ極および他端にＮ極を有する。棒磁石４２はＮ極を示す一端をターゲット１６に向けて配置され、棒磁石４４はＳ極を示す一端をターゲットに向けて配置されている。棒磁石４２はＳ極を示す他端を磁性部材４０に接触させ、また棒磁石４４はＮ極を示す他端を磁性部材４０に接触させて、磁性部材４０の各端部に固着されている。２本の棒磁石４２、４４は同一方向に延び、マグネットアセンブリ３４の全体形状は略Ｕ字状となっている。一方の棒磁石４２の自由端はＮ極、他方の棒磁石４４の自由端はＳ極となっている。また、磁石４２、４４および磁性部材４０は磁気回路を構成するので、これらは、異なる磁極が同一方向に向けられた一体の磁性体として機能する磁石手段を構成する。これによって、真空チャンバ１２内に電子の閉じ込めに好適なように制御された磁場を与える。
【００５２】
マグネットアセンブリ３４では、外周マグネット部に含まれる各磁石４２の自由端Ｎ極には磁性部材４８が設けられ、また内側マグネット部に含まれる各磁石４４の自由端Ｓ極には磁性部材５０が設けられている。これらの磁性部材４８は、既に説明したように各マグネトロンユニット内の磁石４２を相互に結合するように取り付けられ、また磁性部材５０は磁石４４を相互に結合するように取り付けられている。
【００５３】
図２および図３の実施例では、各マグネット部が複数のマグネットを備える場合を示したけれども、外周マグネット部および内側マグネット部のそれぞれに代えて、または何れか一方に代えて、単一のマグネットを備えることもできる。この場合においても、外周マグネット部(磁石４２)の磁気量は、内側マグネット部(磁石４４)の磁気量より大きい。
【００５４】
なお、図３のを参照しながらマグネットアセンブリ３４を説明したけれども、アセンブリ３４の形態はこれに限られるものではなく、マグネットアセンブリ３４は、さらに多くの磁石、磁性部材を備えることができる。また、各マグネットアセンブリ３４内に使用される磁石の磁気量は、そのマグネットアセンブリ３４の配置位置に与えるべき磁場に応じて決定される。このため、それぞれの磁石の強度は異なることがあり得る。
【００５５】
図３のマグネットアセンブリ３４では、各マグネット４２，４４の自由端が、エロージョン面１６ａに対向する面１６ｂに、それぞれ対面するように配置されている。このようなマグネット３４は、ヨーク部材４０の背面をベースプレート３２に接触させた状態で適当な固定手段、例えばねじ４６、または各マグネット４２、４４の磁気力によってベースプレート３２に固定されている。かかる形態を採用すれば、マグネットアセンブリ３４の固定位置を自由に変更することが可能になるので、マグネットアセンブリ３４の配置位置によって磁場形状を調整できる。
【００５６】
図４、図６および図７は、スパッタリング装置１０に好適なマグネットアセンブリ配置を示すための図面である。なお、図４におけるII-II線は、図１における断面に対応する。それぞれの図面では、複数のマグネットアセンブリの配置位置を示すために外周マグネット部５２および内側マグネット部５４を用いる。図４、図６および図７は、外周マグネット部５２に関連する磁性部材４８および内部マグネット部５４に関連する磁性部材５０がそれぞれエロージョン面上に射影された領域を示している。その領域は、マグネトロンユニット３０が回転しているので、ある時刻における各マグネット部５２，５４とターゲット１６との相対的な位置関係を示している。
【００５７】
図４、図６および図７を参照すると、内側マグネット部５４は、回転軸３８を含む面によって分離されるマグネトロンユニット３０のいずれかの領域(図４〜図７の実施例では、一点鎖線５６で分離される領域の上側の領域)内に設けられている。外周マグネット部５２は内側マグネット部５４を囲むように設けられている。
【００５８】
外周マグネット部５２は、回転中心となる回転軸３８近傍に磁場を提供するために、回転軸３８またはその近傍を通過するように設けられている。このために、図４および図７に示された例では、外周マグネット部５２の位置と回転軸３８の位置とは重なっている。図６に示された実施例では、外周マグネット部５２および内側マグネット部５４の両方が、一点鎖線５６によって分離される領域の一方に設けられている。このときも、外周マグネット部５２は、回転軸３８に対応するエロージョン面上の位置に所望の磁場を与えるように配置されている。図５では、外周マグネット部５２は、回転軸３８をその内側に含むように位置決めされている。これらの形態の中では、図４および図７の実施例におけるマグネットの配置形態が最も好適な結果となる。また、図６の実施例は、図５に示されたマグネットの配置形態より好適な結果を生じる。
【００５９】
図４および図６に示された外周マグネット部５２および内側マグネット部５４では、軸５６に沿う方向に関する外形の幅が、この軸５６と直交する方向に関する外形の長さに比べて長い。図７に示された外周マグネット部５２および内側マグネット部５４では、軸５６に沿う方向に関する外形の幅が、この軸５６と直交する方向に関する外形の幅に比べて短い。なお、図７に示された配置のマグネット部に対して、図７に示されるようなマグネット部５２と回転軸３８との位置関係を同様に適用できる。
【００６０】
図４、図６および図７において外周マグネット部５２および内側マグネット部５４が発生する磁場は、回転中心を含む領域に磁場を形成する少なくとも１個の第１のマグネットアセンブリ(図２の３４ａ)と、このマグネットと一緒になって環状配置されこの領域の外側領域に磁場を形成する複数の第２のマグネットアセンブリ(図２の３４ｂ)とを用いて実現されることができる。第２のマグネットアセンブリは、回転軸３８を含む面によって分離されるマグネトロンユニット３０上の一方の領域に配置されている。
【００６１】
外側マグネット部の総磁気量を内側マグネット部の総磁気量に比べて大きくすれば、プラズマの閉じ込め性が向上する。このため、プロセスガスの低圧化してもプラズマを維持できる。
【００６２】
また、プラズマ閉じ込め性が向上されると、プラズマ中の電子密度も増加する。この閉じ込め電子の密度が高くなると、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は、電位勾配に従って基板支持部１８の方向に引かれるので、この方向の速度成分が増加する。故に、膜厚均一性およびボトムカバリッジが向上する。
【００６３】
加えて、スパッタターゲットの半分の領域にマグネットが配置されるので、その位置を調整してプラズマ形成領域を小さくすることが可能になる。このように縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。プラズマ密度が高まると電子密度もまた増加するので、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は基板表面に向かって加速されるので、基板表面に向いた速度成分を持つ被スパッタ粒子が多数生成される。このため、主にプラズマ領域の直下に被スパッタ粒子が到達し、この到達領域で成膜が進行する。このため、膜厚均一性が向上する。
【００６４】
また、図４、図６および図７を参照すると、外周マグネット部５２は、所定の凸図形の外周上に設けられている。この凸形状に応じて、プラズマの閉じ込めに寄与する磁場の形状が規定される。このため、同じ磁場の値を示す等磁場面(換言すれば、この面と、基板の表面に平行な平面との交線である等磁場線)の変化が抑えられるので、プラズマ中の電子の洩れ出しが抑制される。このための凸図形としては、円、略円、楕円、略楕円であることが好ましい。プラズマ中の電子の洩れ出しを低減するには、対称性が高いので、円形が特に好ましい。
【００６５】
このように、等磁場面(または等磁場線)の形状を電子の閉じ込めに好適なように調整すると、プラズマ中の電子密度を高めることが可能になる。このため、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は基板方向に加速されるので、この方向の速度成分が大きくなる。また、プロセスガスを低圧化すれば、被スパッタ粒子とプロセスガス原子との衝突確率が低くできる。これらの作用は共に、基板に垂直方向の速度成分を持った被スパッタ粒子が増加するように作用する。このため、電子密度が高まると、ボトムカバリッジが改善される。
【００６６】
なお、ここで凸図形とは、平面上においてその形状を規定する閉じた外形線上に存在する任意の２点を結ぶ線分が常にその外形線の一方の側またはその線上にあるような図形であって、直線および曲線並びに曲線の少なくともいすれかから構成される図形をいう。特に、閉曲線からなるものを凸曲線という。凸図形において、その図形を構成する曲線と直線との接続点では、直線は曲線に対する接線になっている。本明細書では、このような直線と曲線との接続を滑らかな接続という。
【００６７】
シールドへ流れる電子流を小さくするために、電磁場中に電子の運動の観点から検討した。その結果、たとえ磁場の大きさが大きく変化しなくても閉じ込め磁場の外形が大きく変化する場合には、電子を閉じ込め作用が十分に発揮されない。電磁場中において電子は、電界の向きに力を受けると共に、電子の速度および磁場の向きに関連した方向にも力を受けており、電子は電場および磁場中において曲線を描きながら運動するので、例えば、磁場が大きく変化しているところでは、磁場によって電子の軌道が曲げられて到達する領域には、マグネトロンユニットによって十分な大きさの磁場が発生されていないことが起こりうる。このような領域に達した電子には、もはや、マグネトロンユニット３０の磁場は電子を閉じ込めるように作用せず、そのような電子の運動方向を変えことができない。このため、このような電子は、電界に引かれてシールドに流れ込むことになる。
【００６８】
つまり、図４、図６および図７に示されたマグネトロンユニット３０では、電子の速度(電子の運動方向および電子の速さ)を考慮した上で、磁場を発生させるマグネットの配置を考慮すべきことを明らかにし、マグネトロンユニットによって発生される磁場の外形を空間的に大きく変化させないような構成を実現している。
【００６９】
本実施の形態のスパッタリング装置１０は、サブユニットをマグネトロンユニット３０の半分の領域に限定的に配置する場合について説明してきたけれども、本発明は、このような形態に限られるものではない。図８は、サブユニット３４の異なる配置を示した平面図であり、図１のＩ−Ｉ断面に相当する断面を示す。サブユニット３４の配置は種々考えられるが、本実施の形態では、図８に示されるように、二重の環状配列にサブユニット３４を配置することもできる。全環状サブユニットは、内側環状サブユニット３４ｉ群６４、６６（添え字ｉは内側の環状配列を表す）および外側環状サブユニット３４ｏ群６０、６２（添え字ｏは外側の環状配列を表す）からなる。
【００７０】
次に他の実施形態について説明する。
【００７１】
図９に、別の実施形態にかかるのスパッタリング装置１１を示す。なお、図１に示したスパッタリング装置１０と同様な機能を有する部材には、同一の符号を付して示す。図９では、図１におけるマグネトロンユニット３０に代えて、マグネトロンユニット３１を配設している。
【００７２】
ここで図１０（ａ）及び図１４に、マグネトロンユニット３１及びスパッタターゲット１６を取り出して示す。
【００７３】
マグネトロンユニット３１は、磁性材料によって形成したベースプレート３３、複数のマグネット４３、各マグネット４３の配列位置の位置決めを行うインナーベルトＢin、アウターベルトＢout、及び、環状に配列された各マグネットの先端部に固着される磁性部材４９、４７などによって構成している。
【００７４】
ベースプレート３３は円形領域と矩形領域とを接合させた形状を呈しており、各マグネット４３は円形領域側に配列され、円形領域と矩形領域との接合領域付近に、ベースプレート３３を回転駆動する回転軸３８の一端部が固着されている。
【００７５】
インナーベルトＢin及びアウターベルトＢoutは、マグネット４３の位置決め部材として用いられ、非磁性材料によって形成しており、それぞれのベルト部にはマグネット４３の外径に等しい開口を所定の間隔で形成している。各開口内にマグネット４３を挿入することで、各マグネット４３は、同心的に配置されたインナーベルトＢin及びアウターベルトＢoutに沿って、２列の環状に点在する状態で配列される。ここでは一例として、インナーベルトＢin側のマグネット４３はＳ極が、またアウターベルトＢout側のマグネット４３はＮ極が、それぞれスパッタターゲット１６に向くようにして配列している。また、ベースプレート３３とインナーベルトＢin及びアウターベルトＢoutとの間には、非磁性材料によるスペーサＳが介在しており、これによりインナーベルトＢin及びアウターベルトＢoutは、ベースプレート３３から離間した状態となっている。
【００７６】
このように環状に配列されたマグネット４３のうち、インナーベルトＢinによって配列された各マグネット４３の端面（スパッタターゲット１６側に対向する端面）には、ポールピース或いはヨークなどによって形成された環状の磁性部材４９が磁力によって固着されており、これにより、隣り合う各マグネット４３のＳ極は互いに接続され、リング状のＳ極が形成される状態となる。また、同様に、アウターベルトＢoutによって配列された各マグネット４３の端面（スパッタターゲット１６側に対向する端面）にも、磁性材料によって形成された磁性部材４７が磁力によって固着されており、これにより、隣り合う各マグネット４３のＮ極は互いに接続され、リング状のＮ極が形成される状態となる。そして、磁性部材４９及びインナーベルトＢinは、これらを貫通する、非磁性材料の固定ピン（図示せず）によってベースプレート３３に対して固定されており、また同様に、磁性部材４７及びアウターベルトＢoutは、これらを貫通する、非磁性材料の固定ピン（図示せず）によってベースプレート３３に対して固定されている。
【００７７】
このようにしてインナー側に配列された全マグネット４３と、アウター側に配列された全マグネット４３によって、ドーナツ状に閉じた磁気回路が形成される。
【００７８】
つまり、各磁性部材４７、４９は、内側列に含まれる複数の第１のマグネット４３のＳ磁極(第１の磁極)と、外側列に含まれる複数の第２のマグネット４３のＮ磁極(第２の磁極)とを磁気的に結合し、内側列に含まれる複数の第１のマグネット４３のＮ磁極の各々を磁気的に結合すると共に、外側列に含まれる複数の第２のマグネット４３のＳ磁極の各々を磁気的に結合するための磁気結合手段として機能する。つまり、この磁気結合手段は、複数の第１のマグネットのＳ磁極と複数の第２のマグネットのＮ磁極とを磁気的に結合するための手段、複数の第１のマグネットのＮ磁極の各々を磁気的に結合するための手段、複数の第２のマグネットのＳ磁極の各々を磁気的に結合するための手段のいずれかを有する。
【００７９】
なお、図１０（ａ）では、マグネット４３を楕円の円周上に沿って配列した場合について図示したが、この例に限定するものではなく、例えば、図１０（ｂ）に示すように、より真円に近い円周上に沿ってマグネット４３を配列する構成を採用することもできる。この場合、インナーベルトＢin、アウターベルトＢout、磁性部材４９、４７などの対応する部材を、円環状に形成すればよい。
【００８０】
また、マグネトロンユニットを図１５に示すように構成することもできる。このマグネトロンユニット１００は、磁性材料によって形成されたベースプレート３３の表面に、直径が異なる円柱型の２種のマグネットを磁力によって固着している。例えば直径が大きい方の大径マグネットの直径は約１．７ｃｍ、直径が小さい方の小径マグネットの直径は約１．４ｃｍ程度である。２種のマグネットとも高さは同一であり、例えば約３．３ｃｍ程度である。大径マグネットから発せされる磁力は、大径マグネットの一端から２ｃｍ離れた空間で、１５０〜２００ガウス程度であり、小径マグネットから発せされる磁力は、大径マグネットの６０〜７０％程度である。
【００８１】
図１５に示すように、スパッタターゲット１６の中心部から最も離れた部位となる、ベースプレート３３の外縁部に、６個の大径マグネット１１０Ｎを円周上沿って配列させ、さらにこの６個の大径マグネット１１０Ｎを挟むように、その左右両側にそれぞれ９個の小径マグネット１２０Ｎを同一の円周上に沿って配列させている。従って、これらの大径マグネット１１０Ｎ及び小径マグネット１２０Ｎの全体によって、ベースプレート３３の円形領域が囲まれるような状態となっている。図１５の例では、これら大径マグネット１１０Ｎ及び小径マグネット１２０Ｎは、Ｎ極をスパッタターゲット１６に向けて配列させており、大径マグネット１１０Ｎ及び小径マグネット１２０Ｎの端面（スパッタターゲット１６に対向する端面）には、この配列に沿うようにリング状に形成した、ヨークなどによる磁性部材１３０を磁力によって固着している。
【００８２】
これに対し、ベースプレート３３の中央部には、１０個の大径マグネット１１０Ｓを集合させた状態に配列させており、各大径マグネット１１０ＳはＳ極をスパッタターゲット１６に向けた状態となっている。そして、各大径マグネット１１０Ｓの端面（スパッタターゲット１６に対向する端面）には、磁性部材１３０と同じ材質で形成され、大径マグネット１１０Ｓの集合領域を覆うような円板状を呈する磁性部材１４０を、磁力によって固着している。
【００８３】
図１５に示す実施形態においても、各マグネット１１０Ｎ、１１０Ｓ、１２０Ｎの配列には、すでにインナーベルトＢin等として例示した、非磁性材料による位置決め部材（図示せず）が用いられており、この位置決め部材によって位置決めされた状態でベースプレート３３の表面に配列されている。
【００８４】
マグネトロンユニットを図１５に示すように構成することにより、ベースプレート３３の外縁部に配列した全マグネットで発生される磁気量は、ベースプレート３３の中央部に配列した全マグネットで発生される磁気量に比べて大きくなる。この結果、スパッタによってスパッタターゲット１６から出る高いエネルギーを持った電子（２次電子）のうち、エロージョン面１６ａに表出する磁場に捕集された電子が、真空チャンバ１２の側壁側に位置するシールド２６へ流出してしまう現象を十分に抑制することができ、スパッタターゲット近傍の領域内に電子を効果的に閉じ込めることができる。
【００８５】
また、このようにベースプレート３３の中央部に比べて外縁部の磁力線が大となるので、スパッタターゲット１６からウエハＷ方向に延びる磁力線が、スパッタターゲット１６から離れるに連れて広がらないように作用するため、スパッタターゲット１６とウエハＷとの間に形成されるスパッタリング空間内に、電子を有効に閉じ込めることができる。
【００８６】
さらに、ベースプレート３３上の、スパッタターゲット１６の中心部から最も離れた部位、すなわち真空チャンバ１２の側壁側に、磁力の大きい６個の大径マグネット１１０Ｎを配列させたことにより、ベースプレート３３が回転軸３８を中心に回転駆動された場合にも、この６個の大径マグネット１１０Ｎは、常に真空チャンバ１２の側壁側に位置する状態となる。従って、真空チャンバ１２の側壁側となるスパッタターゲット１６の外縁部から、ウエハＷ側に延びる磁力線は、ウエハＷ側に進むに連れて、真空チャンバ１２の中央に向かうように延びる状態となり、真空チャンバ１２の側壁側に位置するシールド２６へ流れ出てしまう電子流を低減し、電子の閉じ込め性向上に寄与する。
【００８７】
また、ベースプレート３３上の、スパッタターゲット１６の中心部から最も離れた部位に磁力の大きい６個の大径マグネット１１０Ｎを配列させたことにより、発生するプラズマが、スパッタターゲット１６の表面に沿って、真空チャンバ１２の側壁側へ引き延ばされるようになり、その結果、エロージョン領域がスパッタターゲット１６の中央部に集中する傾向を抑制することができる。
【００８８】
加えて、スパッタターゲット１６の半分の領域にマグネットが配置されるので、その位置を調整してプラズマ形成領域を小さくすることが可能になる。このように縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。
【００８９】
スパッタリング装置１１においても、図４、図６および図７に示されたマグネットの配置形態を適用することができる。これによって、所望の効果を得ることができる。それぞれの図面では、第１の磁性部材４７に沿って配列される外側のマグネット４３は、外周マグネット部５２に対応し、第２の磁性部材４９に沿って配列される内側のマグネット４３は、内側マグネット部５４に対応している。
【００９０】
スパッタリング装置１１では、複数の第１および第２の磁性部材４７、４９に沿って配置されるマグネット４３の各々には、所定の磁気量を有する単位マグネットを適用することができる。単位マグネットを採用すると、第１の磁性部材からなるマグネット部と第２の環状からなるマグネット部の各総磁気量をマグネット数により把握きるようになり、磁気総量比の設定が容易になる。
【００９１】
スパッタターゲット１６を、回転の中心となる回転軸３８を含む平面によって分離して、一方を第１の領域、他方を第２の領域とすると、内側マグネット部は第１の領域に位置すると共に、外側マグネット部は第１および第２の領域の境界上および第１の領域の少なくともいずれかに位置する。
【００９２】
マグネトロンユニット３１では、内側マグネット部は第１の領域に設けられると共に、外側マグネット部は第１および第２の領域の境界上を通過すると共に第１の領域に設けられることが好ましい。また、外側マグネット部は回転軸３８に対応する位置を通過することができる。特に、図１０に示した形態では、外側マグネットのための磁性部材４７と、内側マグネットのための磁性部材４９との間の領域は、第１の領域とのみ重なっている。
【００９３】
このようにマグネット４３を配列することにより、プラズマが形成されるエロージョン面１６ａ上の領域を小さくすることが可能になる。このように縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。プラズマ密度が高まると電子密度もまた増加するので、被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子はウエハＷ表面に向かって加速されるので、ウエハＷ表面に向いた速度成分を持つ被スパッタ粒子が多数生成される。このため、主にプラズマ領域の直下に被スパッタ粒子が到達し、この到達領域で成膜が進行する。このため、膜厚均一性が向上すると共に、ボトムカバリッジも改善される。
【００９４】
スパッタリング装置１１では、それぞれのマグネット部は、それぞれの閉じた線上に沿って磁場を提供するように配置されることができる。エロージョン面１６ａ近傍においては、上記の閉じた線の挟まれた領域にプラズマが生成される。つまり、２つの閉じた線によって、プラズマが生成される領域の形状および面積が規定される。閉じた線は、閉曲線であることができる。また、閉じた線は凸曲線であることができる。これらの曲線は、マグネトロンユニットの第１の領域に設けられることができ、また回転軸３８を通過することもできる。
【００９５】
また、マグネトロンユニット３１では、外側マグネット部は、マグネトロンユニット３１上において所定の凸図形の外周線上に設けられると、プラズマの発生に寄与する磁場の形状はこの凸図形によって規定される。凸図形の外周線である閉凸曲線に基づく等磁場線の屈曲の変化範囲は、閉曲線の屈曲の変化範囲に比べてさらに小さくできる。これによって、プラズマ中からの電子の洩れ出しが低減され、効率的に電子が閉じ込められる。
【００９６】
電子密度が高まると被スパッタ粒子のイオン化が促進されるイオン化された被スパッタ粒子は基板方向に加速されるので、この方向の速度成分が大きくなる。また、プラズマ中の電子密度が高まると、プロセスガスの低圧化が可能になる。低圧化によって、被スパッタ粒子とプロセスガス原子との衝突確率が低くなるので、基板に垂直方向の速度成分を持った被スパッタ粒子が増加する。これらの理由によって、ボトムカバリッジが改善される。外側マグネット部は、最外周の配置されたマグネットからなることが好ましい。これによって、最外周マグネット部の内側に電子を閉じ込めることができる。
【００９７】
図１１は、内周マグネット部の総磁気量が外周マグネット部の総磁気量より小さい場合にマグネトロンユニット３１によって発生される磁場を概略的に示している。図１２は、図１１における総磁気量の関係が逆である場合にマグネトロンユニット３１によってによって発生される磁場を概略的に示している。
【００９８】
図１１のスパッタリング装置では、外周マグネット部(図４、図６および図７における５２)に含まれるマグネット４３のＮ極からの磁力線（図中に破線で示す）は、マグネトロンユニット３１の中心方向に向かって伸びる。磁場の一部は、マグネット４３のＳ極に到達して、磁気回路を構成する磁性部材内４１を通過して閉じる。残りの磁場は、マグネトロンユニット３１の中心方向に向かって中心軸附近まで伸びた後、この軸方向に向きを変えて、マグネトロンユニット３１と反対側へ伸びる。このため、外周マグネットからの磁場は、エロージョン面１６ａの近傍ではマグネトロンユニット３１の内側に向いている。磁場の曲がりに応じて、電子の運動方向はマグネトロンユニット３０の内側に向けられる。このため、シールド２６へ流れる電子流を小さくすることができる。
【００９９】
一方、図１２に概略的に例示するように、内側に設けた内側マグネット部８０（Ｓ極）の総磁気量が、その外側に設けた外側マグネット部８１（Ｎ極）の総磁気量よりも大きい場合を想定すると、内側マグネット部８０から延びる磁力線（図中に破線で示す）は、外側マグネット部８１で囲まれた範囲外に向かって延びる状態となる。このため、このような磁場がプラズマを閉じ込める作用は弱い。
【０１００】
以上説明してきたようなスパッタリング装置では、マグネトロンユニット３０、３１は、およびエロージョン面１６ａとペディスタル１８の上面１８ａとの間にある真空チャンバ１２内の空間(以下、スパッタリング空間という）に形成される磁場Ｈの形状をそれぞれ支配する。マグネトロンユニット３０、３１によれば、スパッタリング空間に電子の閉じ込めに好適な磁場が発生される。マグネトロンユニット３０、３１は、駆動モータ３６によって回転されるので、各マグネットによって発生される磁場は実際のスパッタリング装置１０、１１では回転軸３８の周りに、例えば毎分６０〜１００回程度の頻度で回転している。
【０１０１】
マグネトロンユニット３０、３１からのプロセスガスがエロージョン面１６ａの近傍においてプラズマ化されると、ターゲット１６のエロージョン面１６ａから被スパッタ粒子が生成される。図２、図４、図６、図７、図１０(ａ)および図１０(ｂ)に対応するようなマグネトロンユニットの形態を採用すれば、プラズマを維持するために必要な圧力を下げることができる。また、プラズマが発生される領域を小さくすれば、プラズマ密度を上げることができる。これによって、電子電流密度が大きくできる。このため、被スパッタ粒子のイオン化か促進される。イオン化した被スパッタ粒子は、基板支持部１８の方向に加速される。故に、基板Ｗに交差する軸に沿った方向の速度成分がこれと直交する方向の速度成分に対して相対的に大きくなり、ボトムカバリッジが改善される。また、基板Ｗに垂直な速度成分が大きくなると、回転するマグネトロンユニット３０、３１が通過している直下において成膜が進行して、ボトムカバリッジが良好な膜は形成される。
【０１０２】
このようなスパッタリング装置において、発明者が行った実験結果によれば、従来の装置における膜厚均一性が１０％以上あったものが、本発明の適用によって、５％以下に抑えられるようになった。ここで、膜厚均一性とは、
(膜厚の最も厚い点での測定値−
膜厚の最も薄い点での測定値)／(膜厚の平均値)／２×１００
で定義される。
【０１０３】
以上説明したスパッタリング装置において発明者が行った実験によれば、実用的には、外周マグネット部の総磁気量は内側マグネット部の総磁気量の１．５倍以上に設定することが好適であることが分かっている。
【０１０４】
図１３は、横軸に総磁気量比、縦軸にシート抵抗Ｒｓの一様性を示した測定結果を示す。
【０１０５】
この測定は、以下の条件
ターゲット：Ｔｉ
パワー    ：１２ｋＷ
圧力      ：６．６７×１０-2Ｐａ(０．５ｍＴ)
膜厚      ：１００ｎｍ
にて行われた。
【０１０６】
図１３によれば、総磁気量比が１．５より小さいとＲｓ一様性が悪化する傾向にある一方で、総磁気量比が１．５以上では磁気総量比が大きくなるに従ってＲｓ一様性が改善されている。
【０１０７】
また、従来のスパッタリング装置では、発明者の知る範囲において、プロセスガスの圧力を０．０５Ｐａ(0.375mTorr)以下にするとプラズマを維持できなかった。しかしながら、以上説明したようなスパッタリング装置では、最低放電維持電圧を０．０２Ｐａ(0.15mTorr)まで下げることができた。このような低圧力においてボトムカバリッジが従来に比べて１．５倍以上に向上できるようになった。
【０１０８】
既に説明したように、図２、図４、図６、図７、図１０(ａ)および図１０(ｂ)には、第１および第２の実施の形態に適用可能なマグネット配置の形態が示されている。これらの形態では、マグネット部、例えばマグネット部５２は、所定の閉曲線の沿って、例えばポールピースに形状に沿って設けられている。
【０１０９】
このようなマグネトロンユニットでは、閉曲線の最小曲率半径が最大曲率半径の０．８倍以上であることが好適であり、また凸曲線の最小曲率半径が最大曲率半径の０．８倍以上であることが好適であると、発明者は考えている。所定の閉曲線に沿って外側マグネット部を配置すれば、プラズマの発生に寄与する磁場の形状はこの閉曲線によって規定される。等磁場線は上記の曲率半径の範囲で屈曲するので、等磁場曲線の曲がりによって生じうるプラズマ中からの電子の洩れ出しが低減される。内側マグネットも、上記のような曲率半径に関する条件を満たせば、さらに好適な結果を得ることができる。特に、図１０(ｂ)に示されたマグネット配置が最も好適な結果を生む。
【０１１０】
上記のようなマグネトロンユニットを準備すれば、磁場による電子閉じ込め作用のため、プラズマ中の電子を効率的に閉じ込めることができる。このため、電子密度を高めることができる。電子密度が高まると、被スパッタ粒子がイオン化されるようになる。イオン化された被スパッタ粒子は電界によって加速されるので、ターゲットから基板への方向に運動する被スパッタ粒子の数が増加する。
【０１１１】
また、プロセスガスの低圧化を図ることができるので、、プロセスガスの粒子がスパッタリング粒子と衝突することが頻度が減るので、ボトムカバリッジ率が更に向上する。
【０１１２】
本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本実施の形態のスパッタリング装置１０、１１が適用可能なターゲット材料は、銅（Ｃｕ）に限られるものではなく、このほかの元素、チタン(Ｔｉ)、アルミニウム(Ａｌ)、およびこれらの合金等でも適用可能である。
【０１１３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットは、真空チャンバ内に磁場を発生するように設けられた第１のマグネット部および第２のマグネット部を有する。第２のマグネット部は、第１のマグネット部の外側に配置されている。第１のマグネット部の総磁気量は第２のマグネット部の総磁気量より小さい。
【０１１４】
このため、真空チャンバの外側に伸びるような磁束が少なくなるので、電子の閉じ込めが向上する。
【０１１５】
また、本発明に係わる成膜方法では、電子閉じ込め性が優れた磁場を発生させて成膜を行うようにした。
【０１１６】
したがって、ボトムカバリッジを改善可能なスパッタリング装置および成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態に従うマグネトロン式スパッタリング装置の概略構成図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態におけるサブユニットの配置位置を示すための平面図である。
【図３】図３は、サブユニット部分を拡大したマグネトロンユニットの拡大図である。
【図４】図４は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図５】図５は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図６】図６は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図７】図７は、サブユニットが発生する磁場を説明するマグネット配置を示した平面図である。
【図８】図８は、サブユニットの配置を示したマグネトロンユニットの平面図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態にかかるマグネトロン式スパッタリング装置の概略構成図である。
【図１０】図１０(ａ)および図１０(ｂ)は、図９のマグネトロンユニットにおけるマグネット及びベースプレートと、スパッタターゲットとの位置関係を平面的に示す説明図である。
【図１１】図１１は、スパッタリング装置に形成される磁場を示す構成図である。
【図１２】図１２は、スパッタリング装置に形成される磁場を示す構成図である。
【図１３】図１３は、外周マグネットと内側マグネットとの間の総磁気量比をＲｓとの関係を示す特性図である。
【図１４】図１４は図９に示したマグネトロンユニットを示す分解斜視図である。
【図１５】図１５は他の実施形態にかかるマグネトロンユニットのマグネット及びベースプレートと、スパッタターゲットとの位置関係を平面的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０、１１…スパッタリング装置、１２…真空チャンバ
１３ａ、１３ｂ…絶縁部材、１４…ハウジング、１５…基板
１６…スパッタターゲット、１８…ペディスタル、２０…排気ポート
２１…真空ポンプ、２２…供給ポート、２３…バルブ、２４…加速用電源
２５…プロセスガス供給源、２６…シールド、２９…制御器
３０、３１、１００…マグネトロンユニット、３２、３３…ベースプレート
３０、３２、３４…マグネット、３６…駆動モータ
３８…回転軸、４０…ヨーク部材、４２、４３、４４…棒磁石
４７、４８、４９、５０…磁性部材
５２…第１のマグネット部、５４…第２のマグネット部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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