(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置における円盤状のターゲットの裏面側に配置されるマグネトロン装置であって、
形成される磁場がそれぞれ相違する複数の磁石アセンブリと、
前記複数の磁石アセンブリを支持すると共に、前記ターゲットと同軸に配置される回転軸線を中心として回転可能である支持ユニットと、
前記支持ユニットを回転駆動する第１の駆動源と、
を備え、前記支持ユニットは、前記複数の磁石アセンブリのいずれか一つを選択的に前記ターゲットの裏面に対向配置することができるよう、前記複数の磁石アセンブリを遠隔的に位置変更可能に支持していることを特徴とするマグネトロン装置。
【請求項２】
前記支持ユニットが、
前記ターゲットと同軸に配置され前記第１の駆動源により回転駆動される回転筒と、
前記回転筒内に同軸に配置された第１の回転シャフトと、
前記回転筒に固定され前記第１の回転シャフトを回転駆動する第２の駆動源と、
前記回転筒に回転可能に支持され前記第１の回転シャフトの先端に伝動機構を介して連結された第２の回転シャフトと、
前記第２の回転シャフトに取り付けられ前記複数の磁石アセンブリを支持する支持体と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマグネトロン装置を備える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、半導体デバイス等の製造に用いられるマグネトロン方式のスパッタリング装置及びそのためのマグネトロン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング装置は、プラズマ中において処理ガスの正イオン、通常はアルゴンイオンを陰極であるターゲットの表面に衝突させ、そこからスパッタされるターゲット原子を陽極側の基板、例えば半導体ウェハ上に堆積させて成膜を行うものである。
【０００３】
このようなスパッタリング装置においては、ターゲットの表面近傍のプラズマ密度を高めてスパッタ効率を上げるために、いわゆるマグネトロン方式が広く採用されている。この方式では、複数の磁石から構成された磁石アセンブリを有するマグネトロン装置をターゲットの裏面側に配置し、ターゲット表面近傍に磁場を発生させることとしている。この磁場は、多くの場合、ターゲットとウェハとの間の電界と交差するため、ターゲットからの電子はターゲット近傍領域で閉じ込められ、当該領域のプラズマ密度が高められる。
【０００４】
従来一般のマグネトロン装置は、ターゲットの裏面側にターゲットに対して平行に且つ同軸に配置された円形の支持板と、この支持板の下面に固定された磁石アセンブリとから構成されている。また、支持板は回転駆動されるよう駆動源に連結されており、磁石アセンブリにより形成される磁場が周方向に移動するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、マグネトロン方式のスパッタリング装置においては、そのプロセス性能は基本的に磁石アセンブリの配置や、磁石アセンブリを構成する各磁石の配列が大きく影響している。このため、従来においては、異なるプロセスに対しては、それぞれ専用のマグネトロン装置を用意していた。そして、複数のプロセスを同一のスパッタリング装置で行う場合には、プロセス毎にマグネトロン装置を交換しなければならなかった。また、同一材料を成膜するプロセスであっても厚さや膜質が異なる場合、或は成膜面の形状が異なる場合等にも、各条件に対応したマグネトロン装置が必要であった。
【０００６】
このように多種類のマグネトロン装置が存在することは、交換作業や管理に負担をかけ、また、コスト的にも問題である。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決することを目的としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、スパッタリング装置における円盤状のターゲットの裏面側に配置されるマグネトロン装置であって、形成される磁場がそれぞれ相違する複数の磁石アセンブリと、これらの磁石アセンブリを支持すると共に、ターゲットと同軸に配置される回転軸線を中心として回転可能である支持ユニットと、支持ユニットを回転駆動する第１の駆動源とを備え、支持ユニットは、複数の磁石アセンブリのいずれか一つを選択的にターゲットの裏面に対向配置することができるよう、磁石アセンブリを遠隔的に位置変更可能に支持していることを特徴としている。
【０００９】
このような構成においては、実行する複数の処理プロセスに対応して複数の磁石アセンブリを組み込んでおけば、処理プロセスが変わる毎に磁石アセンブリを切り替えればよく、マグネトロン装置全体を交換する必要がない。
【００１０】
複数の磁石アセンブリを遠隔的に位置変更可能に支持する支持ユニットとしては、ターゲットと同軸に配置され前記第１の駆動源により回転駆動される回転筒と、この回転筒内に同軸に配置された第１の回転シャフトと、回転筒に固定され第１の回転シャフトを回転駆動する第２の駆動源と、回転筒に回転可能に支持され第１の回転シャフトに伝動機構を介して連結された第２の回転シャフトと、第２の回転シャフトに取り付けられ複数の磁石アセンブリを支持する支持体とから構成されるものが好適である。
【００１１】
この支持ユニットでは、回転筒を回転することで、支持体が回転筒と一体的に回転し、磁石アセンブリもターゲットの裏面に沿って回転することができる。また、第２の駆動源を動作させると、第２の回転シャフト及び支持体が回転筒に対して回転し、磁石アセンブリの位置が切り替えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用されたマグネトロン方式のスパッタリング装置の一実施形態を示している。このスパッタリング装置１０は、内部で半導体ウェハ等の基板１２に対してスパッタリング処理を行う処理チャンバ１４を備えている。処理チャンバ１４内には、基板１２を保持するためのペディスタル１６が設けられている。また、処理チャンバ１４の上部には、基板１２表面に堆積される材料から成る円盤状のターゲット１８が配置されており、その下面はペディスタル１６の上面に対向し且つ平行となっている。ターゲット１８とペディスタル１６とにはそれぞれ直流電源２０の陰極と陽極が接続されている。更に、処理チャンバ１２には、内部を真空引きするための真空ポンプ（図示せず）が接続され、また、プラズマ発生用の処理ガス、通常はアルゴンガスを内部に導入するためのガス供給源（図示せず）が接続されている。更に、ターゲット１８の外縁部にはカバー２２が液密に取り付けられており、このカバー２２とターゲット１８との間で空間を形成している。空間には冷却媒体が通され、スパッタリング処理時に高温となるターゲット１８の冷却が図られている。
【００１３】
このような構成において、真空ポンプにより所定の圧力に減圧された処理チャンバ１４内にガス供給源からアルゴンガスを導入し、ターゲット１８とペディスタル１６との間に電圧を印加すると、プラズマが発生する。この時、プラズマ中のアルゴンイオンがターゲット１８の下面に衝突し、ターゲット原子をはじき出し、このターゲット原子が基板１２上に堆積して薄膜が形成されるのである。
【００１４】
ターゲット１８の裏面側、即ちターゲット１８の上方には、処理チャンバ１４内で発生したプラズマの密度を高めるために、本発明によるマグネトロン装置２４が配置されている。図示のマグネトロン装置２４は、複数の磁石アセンブリ２６，２８と、これらの磁石アセンブリ２６，２８を支持する支持ユニット３０から構成されている。
【００１５】
支持ユニット３０は、カバー２２の中央を貫通して鉛直方向に延びる略円筒形の回転筒３２を有している。回転筒３２は、その中心軸線がターゲット１８の鉛直方向に延びる中心軸線と一致するように配置され、また、該中心軸線を中心として回転し得るよう、スラスト・ラジアル軸受３４を介してカバー２２に支持されている。回転筒３２の上端には歯車３６が一体的に取り付けられており、この歯車３６は、カバー２２の上面にブラケット３８を介して設置された第１の駆動モータ４０により回転される歯車４２と噛み合っている。従って、駆動モータ４０を作動させると、回転筒３２がそれ自体の中心軸線を中心として回転される。勿論、駆動モータ４０の駆動力を伝動する機構は歯車機構に限られず、タイミングベルトを用いたベルト伝動機構等、他の型式の伝動機構であってもよい。
【００１６】
歯車３６の上面には第２の駆動モータ４４が固定されている。この駆動モータ４４の回転シャフト４６は、歯車３６を貫通し、回転筒３２内を同軸に延びている。回転シャフト４６の下端には傘歯車４８が取り付けられている。
【００１７】
また、第２の回転シャフト５０が回転筒３２の下部側壁を貫通して、ターゲット１８の裏面に対して所定の傾斜角度をもって延びている。この回転シャフト５０は、スラスト・ラジアル軸受５２によって回転筒３２に対して回転可能に支持されている。回転筒３２内に位置する回転シャフト５０の端部には傘歯車５４が取り付けられており、この傘歯車５４は第１の回転シャフト４６の傘歯車４８と噛み合っている。従って、第２の駆動モータ４４を作動させた場合には、その駆動力は第１の回転シャフト４６から傘歯車４８，５４を経て第２の回転シャフト５０に伝動され、回転シャフト５０は回転筒３２に対して回転される。
【００１８】
なお、第２の駆動モータから第２の回転シャフト５０へ駆動力を伝える伝動機構としては、上述のように傘歯車を用いたものの他、ユニバーサルジョイントを利用した伝動機構等、種々考えられる。
【００１９】
また、回転シャフト５０が通る回転筒３２の貫通孔、及び、回転筒３２が通るカバー２２の貫通孔には、冷却媒体が漏出しないよう、図示しないがメカニカルシール等のシール手段が設けられている。
【００２０】
第２の回転シャフト５０の他端には円錐形の支持体５６が取り付けられている。支持体５６は、その中心軸線が回転シャフト５０の中心軸線と一致するように配置されている。また、支持体５６の外周面、すなわち円錐面の母線であって最下位置になるもの（ターゲットの裏面に最も接近する母線）がターゲット１８の裏面と平行となるよう、支持体５６の形状及び回転シャフト５０の傾斜角度が適宜定められている。
【００２１】
支持体５６の外周面には、前述した複数の磁石アセンブリ２６，２８が支持されており、それぞれ、支持体５６の円錐面の母線に沿って配置されている。図示実施形態では磁石アセンブリは２組あり、図２に明示するように、支持体５６の中心軸線を基準として対称的に配置されている。各磁石アセンブリ２６，２８の構成については図１及び図２では明示していないが、当該マグネトロン装置２４が設置されるスパッタリング装置１０において実行される複数のプロセスのそれぞれに対応した磁場が形成されるよう構成されたものである。例えば、膜全体の均一性を高めることが目的の場合は、ターゲット全面をエロージョンする構成が考えられ、ボトムカバレージを向上させるためには、局部的なエロージョンを強くする構成が考えられる。
【００２２】
以上のような構成において、第２の駆動モータ４４を作動させると、支持体５６と一体的に磁石アセンブリ２６，２８が回転し、磁石アセンブリ２６，２８のいずれか一方を選択的にターゲット１８の裏面に対向配置させることが可能となる。ここで、一方の磁石アセンブリ２６をターゲット１８の裏面に対向させた状態とし、スパッタリング装置１０を起動して処理チャンバ１４内にプラズマを発生させると、磁石アセンブリ２６により形成される磁場によって電子がターゲット１８の近傍で捕捉され、その部分でのプラズマ密度が高くなり、スパッタ効率が向上する。この際、第１の駆動モータ４０は別個独立に駆動され、回転筒３２は回転される。これにより、磁石アセンブリ２６は、ターゲット１８の裏面に沿って旋回するため、磁場が移動し、プラズマ密度の偏りが一カ所に固定されるという弊害が防止される。そして、プロセスを変更して、使用される磁石アセンブリ２６を磁石アセンブリ２８に切り替える場合は、上述したように、第２の駆動モータ４４を作動させ、支持体５６を１８０度回転すればよい。
【００２３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、磁気アセンブリは２組としているが、それ以上の数であってもよい。また、支持体の形状も円錐形に限られず、角錐形状やその他の形状であってもよい。更に、磁石アセンブリを遠隔的に切り替えるための機構としては、上記実施形態以外にも種々の形態が考えられる。また、本発明は、ＲＦ電力によりプラズマを生成する型式のスパッタリング装置にも適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、マグネトロン装置の磁石アセンブリを容易に切り替えることができるため、同一のマグネトロン装置を用いたまま、埋込み用、膜均一性の向上用、Ｔｉ膜用、ＴｉＮ膜用等、複数のプロセスを行うことが可能となる。従って、スパッタリング作業効率が向上することになる。
【００２５】
また、マグネトロン装置を多数用意しておく必要性を減じ、保管等に要する手間やコストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマグネトロン装置を用いたスパッタリング装置を概略的に示す図である。
【図２】図１のマグネトロン装置における支持体及び磁石アセンブリの構成を示す図であり、図１のＡ方向に沿っての矢視図である。
【符号の説明】
１０…スパッタリング装置、１２…基板、１４…処理チャンバ、１６…ペディスタル、１８…ターゲット、２０…直流電源、２２…カバー、２４…マグネトロン装置、２６，２８…磁石アセンブリ、３０…支持ユニット、３２…回転筒、４０…第１の駆動モータ（駆動源）、４４…第２の駆動モータ（駆動源）、４６…第１の回転シャフト、４８，５４…傘歯車（伝動機構）、５０…第２の回転シャフト、５６…支持体。
【図１】
0004005687.tif 000002
【図２】
0004005687.tif 000003