(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とターゲットの前面とが向き合うように収容され、前記基板の上に前記ターゲットの前面からスパッタリングされるスパッタ粒子を積層し、前記基板の上に金属層を形成するためのスパッタリングチャンバと、
前記ターゲットの裏面と向き合い、前記ターゲットの中心部位から外れた部位に、円弧形態が向き合うように配置されてなる、開口部を有する包囲型（エンクロージャ）形態となるよう配置され、前記ターゲットの前面に不均一な分布を有する磁場を提供する磁場発生手段と、
を備え、
前記磁場発生手段は、
プレート形状を有し、中心軸が前記ターゲットの中心軸と同一線上に配置される支持部と、
前記支持部の中心部位から外れた一側部位に配置されるメイン磁場発生部と、
前記支持部と連結され、前記支持部を回転させる回転駆動部と、
を有し、
前記メイン磁場発生部は、
前記支持部に対して極性が垂直に配置される磁石からなり、第１エンクロージャ形態に配置され、前記開放部は前記支持部の中心部位近くに配置される第１開放部、ならびに前記支持部の中心部位から遠く配置される第２開放部からなる第１磁石部と、
前記支持部に対して極性が垂直に配置される磁石からなり、第１磁石部内の前記第２開放部が配置される部位近くに配置される第２磁石部と、
を有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記メイン磁場発生部は、
前記第１磁石部が配置される程度の大きさのプレート形状を有し、前記支持部に取付けられ、磁性を有する物質からなる第１フレームと、
前記第１磁石部が配置される程度の大きさのリング形状を有し、前記第１フレームと同一の物質からなる第２フレームと、
前記第２磁石部の表面を覆うことが可能な程度の大きさを有するプレート形状を有し、前記第１フレームと同一の物質からなる第３フレームとをさらに有し、
前記第１フレームと前記第２フレームとの間に前記第１磁石部が配置され、前記第１フレームと前記第３フレームとの間に前記第２磁石部が配置されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記磁場発生手段は、前記支持部の中心部位と前記メイン磁場発生部が配置される一側部位とから外れた他側部位に配置されるアシスタンス磁場発生部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記アシスタンス磁場発生部は、複数配置されることを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記アシスタンス磁場発生部は、
前記メイン磁場発生部のサイズより小さいサイズを有し、前記メイン磁場発生部の磁石より垂直長さが長く、前記支持部に対して極性が垂直に配置される磁石からなり、第２エンクロージャ形態に配置され、前記開放部は前記支持部の中心部位近くに配置される第３開放部、ならびに前記支持部の中心部位から遠く配置される第４開放部からなる第３磁石部と、
前記支持部に対して極性が垂直に配置される磁石からなり、第３磁石部内の前記第４開放部が配置される部位近くに配置される第４磁石部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記アシスタンス磁場発生部は、
前記第３磁石部が配置される程度の大きさのプレート形状を有し、前記支持部に取付けられ、磁性を有する物質からなる第４フレームと、
前記第３磁石部が配置される程度の大きさのリング形状を有し、前記第４フレームと同一の物質からなる第５フレームと、
前記第４磁石部の表面を覆うことが可能な程度の大きさを有するプレート形状を有し、前記第４フレームと同一の物質からなる第６フレームとをさらに有し、
前記第４フレームと前記第５フレームとの間に前記第３磁石部が配置され、前記第４フレームと前記第６フレームとの間に前記第４磁石部が配置されることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記磁場発生手段は、メイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部の中心部位が支持部の中心部位と同一線上に配置されることを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記磁場発生手段は、メイン磁場発生部の大きさがアシスタンス磁場発生部の大きさより１．１から２倍大きいことを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記磁場発生手段は、アシスタンス磁場発生部と前記ターゲットの裏面との距離と、メイン磁場発生部と前記ターゲットの裏面との距離の比が、０．８０から０．９５であることを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記磁場発生手段は、第１開放部、第２開放部、第３開放部および第４開放部が支持部の中心部位と同一線上に配置されることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記磁場発生手段は、第１開放部のサイズが第２開放部のサイズより１．１から２倍大きく、第３開放部のサイズが第４開放部のサイズより１．１から２倍大きいことを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記磁場発生手段は、第１磁石部、第２磁石部、第３磁石部および第４磁石部のＳ極が支持部に向かうように配置され、Ｎ極が前記ターゲットの裏面に向かうように配置されることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記磁場発生手段は、前記ターゲットの裏面と水平に向き合うことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項１４】
前記磁場発生手段のエンクロージャ形態の配置は、曲率を有する配置であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項１５】
前記磁場発生手段は、磁力が前記ターゲットの裏面に垂直に作用することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項１６】
前記磁場発生手段は、前記ターゲットの前面に０．１４から０．１８テスラの強さを有する磁場を提供することを特徴とする請求項１に記載の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装置に関するものであり、より詳細には、金属層を形成するときターゲット前面に磁場を発生させるためのスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、コンピュータのような情報媒体の急速な普及により、半導体装置も飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の貯蔵能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。ゆえに、半導体装置において、金属配線層として使用するための金属層に対する要求も厳しくなっている。
【０００３】
金属層の形成は、主に、チタン物質、窒化チタン物質またはアルミニウム物質などをスパッタリング方法で形成する。スパッタリングによる金属層の形成では、微細構造でのステップカバレージ（ｓｔｅｐ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）向上と大面積基板での厚さ均一度（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）向上などに関する研究開発が実施されている。
【０００４】
スパッタリングを効率的に実施するためには、磁場を使用することが一般的である。磁場を使用する場合、低圧および高密度プラズマの工程条件を満足させることができる。したがって、ターゲットからスパッタリングされるスパッタ粒子の直進性を向上させることができる。このように、直進性の向上によりステップカバレージを向上させることができる。そして、スパッタリングされるスパッタ粒子の挙動を効果的に制御するために、磁場を発生させる部材を回転させる方法を使用している。これにより、ステップカバレージだけでなく、厚さ均一度にも優れた結果を得ることができる。すなわち、最近開発された金属層を形成するためのスパッタリング技術としては、回転するタイプの磁場を使用する技術がある。
【０００５】
磁場を使用したスパッタリング技術は、たとえば、米国特許第６，２２８，２３６号（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｒｏｓｅｎｓｔｅｉｎ、ｅｔ  ａｌ．）、米国特許第６，１８３，６１４号（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｆｕ）、米国特許第４，９９５，９５８号（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ａｎｄｅｒｓｏｎ、ｅｔ  ａｌ．）、日本特開平８−７４０５１号、日本特開平９−３１０１７４号および韓国特開第９８−６５９２０号公報などに開示されている。
【０００６】
磁場を使用してスパッタリングを実施しても、半導体装置の線幅（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）が０．１５μｍ以下、または開口部位のアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が５：１以上のパターン層上に金属層を形成する場合には、不良が頻繁に発生する問題点がある。すなわち、開口部位の入口にオーバハング（ｏｖｅｒｈａｎｇ）などのような不良が発生する。これは、局部的なターゲット腐食プロファイルによる非効率的な現象などに原因がある。
【０００７】
図１は、米国特許第４，９９５，９５８号公報に開示された形態の磁場発生部材を使用する場合のターゲット腐食プロファイルを示すグラフである。図１で、ターゲット腐食深さの単位はｍｍである。
図１に示すように、５ｍＴｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）の圧力でチタン層を形成する場合には、ターゲットの周縁よりターゲットの中心部位でターゲット腐食が多く発生することを確認できた。したがって、金属層を形成するとき優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を確保することが困難である。
【０００８】
図２は、米国特許第６，２２８，２３６号および米国特許第６，１８３，６１４号公報に開示された形態の磁場発生部材を使用する場合のターゲット腐食プロファイルを示すグラフである。図２で、ターゲット腐食深さの単位はｍｍである。「▲」で示したプロファイルは、米国特許第６，２２８，２３６号公報に開示された形態の磁場発生部材に該当するターゲット腐食プロファイルであり、「■」で示したプロファイルは、米国特許第６，１８３，６１４号公報に開示された形態の磁場発生部材に該当するターゲット腐食プロファイルである。
【０００９】
図２に示すように、５ｍＴｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）の圧力でチタン層を形成する場合、「▲」および「■」ともに、ターゲットの周縁部位よりターゲットの中心部位でターゲット腐食が多く発生することを確認することができた。したがって、金属層の優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を確保することが困難である。
【００１０】
金属層のステップカバレージや厚さの均一性を向上させるためには、コリメーター（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）を使用し、ターゲットと基板の距離を１７０ｍｍ以上に維持するＬＴＳ（ｌｏｎｇ  ｔｈｒｏｗ  ｓｐｕｔｔｅｒ）方法などが提示されている。
【００１１】
コリメーターを含むスパッタリング装置に関する一例は、米国特許第６，２７４，８８７号公報（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｙａｍａｚａｋｉ、ｅｔ  ａｌ．）に開示されている。また、ＬＴＳ方法によるスパッタリング技術に関する一例は、米国特許第６，１２１，１３４号（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｂｕｒｔｏｎ、ｅｔ  ａｌ．）公報に開示されている。
【００１２】
コリメーターを使用する場合、ステップカバレージの向上を期待することができるが、金属層の積層速度（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｒａｔｅ）が減少する。コリメーターの種類による金属層の積層速度を次の表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004160331.tif 000002
【００１４】
表１から、５ｍＴｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）の圧力でチタン層を形成する場合において、コリメーターを使用する場合には、コリメーターを使用しない場合に比べて積層速度が遅いことを確認することができる。また、コリメーターの種類は、コリメーター格子のサイズにより種類を区分したものである。コリメーター格子サイズが小さいほど積層速度は遅く示される。コリメーターを使用する場合には、金属層を形成するための工程に所要な時間が延びる。したがって、生産性が低下する。また、コリメーターを使用する場合、コリメーターの維持補修（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）に関する問題点がある。
【００１５】
また、ＬＴＳ方法の場合、スパッタリングされたスパッタ粒子の挙動距離が長くなるために、金属層の積層速度は遅くなる。実際に、ターゲットと基板との間の距離が５０ｍｍから２５０ｍｍに長くなる場合、金属層の積層速度は７０％程度遅くなることを確認することができた。したがって、ＬＴＳ方法の場合にも、生産性が低下する問題点がある。
【００１６】
最近、低圧および高密度プラズマ工程条件を満足し、高い生産性を実現することができ、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を確保することができる磁場を使用した簡単なスパッタリング装置が要求されている。これにより、ターゲット腐食プロファイルを最適化する磁場を発生する部材を含む新しいスパッタリング装置が要求されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ターゲット腐食プロファイルを最適化する磁場を発生する部材を含むスパッタリング装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するための本発明は、基板とターゲット（ｔａｒｇｅｔ）前面が向き合うように収容され、基板上に前記ターゲット前面からスパッタリングされるスパッタ粒子を積層し、基板上に金属層を形成するためのスパッタリングチャンバと、ターゲット裏面と向き合い、ターゲットの中心部位から外れた部位に、円弧形態が向き合うように配置されてなる、開口部（Ｏｐｅｎｉｎｇ  ａｒｅａ）を有する包囲型（エンクロージャ、ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）形態となるよう配置され、前記ターゲットの前面に不均一な分布を有する磁場を提供する磁場発生手段とを備え、前記磁場発生手段は、プレート形状を有し、中心軸が前記ターゲットの中心軸と同一線上に配置される支持部と、前記支持部の中心部位から外れた一側部位に配置されるメイン磁場発生部と、前記支持部と連結され、前記支持部を回転させる回転駆動部と、を有し、前記メイン磁場発生部は、前記支持部に対して極性が垂直に配置される磁石からなり、第１エンクロージャ形態に配置され、前記開放部は前記支持部の中心部位近くに配置される第１開放部、ならびに前記支持部の中心部位から遠く配置される第２開放部からなる第１磁石部と、前記支持部に対して極性が垂直に配置される磁石からなり、第１磁石部内の前記第２開放部が配置される部位近くに配置される第２磁石部と、を有する。
【００１９】
ターゲット前面に不均一の分布を有する磁場を提供し、スパッタ粒子の挙動を効率的に制御することにより、ターゲット腐食プロファイルを最適化させることができる。したがって、低圧および高密度プラズマ工程条件を満足し、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を容易に形成することができる。また、生産性に別の影響を及ぼさない金属層を容易に形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施例によるスパッタリング装置３を示す模式図である。
図３に示すように、スパッタリング装置３はスパッタリングチャンバ３０を含む。スパッタリングチャンバ３０内に、基板３４をターゲット３２の前面と向き合うように配置させる。スパッタリング装置３は真空ポンピングによりスパッタリングチャンバ３０を真空に形成する真空ポンピング部材（図示せず）を含む。スパッタリングチャンバ３０はプラズマを形成するためのパワーを提供するプラズマパワー提供部材３６と連結される。具体的に、プラズマパワー提供部材３６はターゲット３２と連結される。基板３４はバイアスを提供するバイアス提供部材３８と連結される。したがって、スパッタリングチャンバ３０に提供されるガスをプラズマ状態に形成し、プラズマ状態のガスをターゲット３２に衝突させ、スパッタ粒子をスパッタリングさせる。これにより、基板３４上にターゲット３２前面からスパッタリングされるスパッタ粒子を積層し、基板３４上に金属層を形成する。
【００２１】
スパッタリング装置は、ターゲット前面に磁場を提供する部材として、開放部を有する包囲型（エンクロージャ）タイプの磁場発生部を含む。エンクロージャ形態の磁場発生部は他のタイプの磁場発生部に比べて、ターゲットからスパッタリングされるスパッタ粒子の挙動を効率的に制御することができる。
【００２２】
図４は図３の磁場発生部を示す斜視図である。
図４に示すように、磁場発生部４０はプレート形状を有する支持部４０３を含む。支持部４０３はターゲットの中心軸と支持部４０３の中心軸とが同一線上に位置するように配置される。磁場発生部４０は支持部４０３の中心部位から外れた支持部４０３の一側部位に配置されるメイン磁場発生部４０５を含む。メイン磁場発生部４０５は支持部４０３の一側部位に配置され、ターゲット中心部位から外れた部位でターゲットに磁場を提供する。磁場発生部４０は支持部４０３を回転させるモータなどのような回転駆動部４０１を含む。回転駆動部４０１はメイン磁場発生部４０５が配置される支持部４０３の反対側に連結される。したがって、回転駆動部４０１を使用して支持部４０３を回転させることにより、メイン磁場発生部４０５により発生する磁場がターゲット裏面からターゲット前面に提供される。このターゲット前面に提供される磁場により、ターゲットからスパッタリングされるスパッタ粒子の挙動を効果的に制御することができ、ターゲット腐食プロファイルが最適化される。したがって、スパッタリングで金属層を形成するとき、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を容易に形成することができる。
【００２３】
メイン磁場発生部４０５をより具体的に説明すると、次のとおりである。
図５は、図４のメイン磁場発生部を示す斜視図である。
図５に示すように、メイン磁場発生部４０５は第１開放部４０５ａおよび第２開放部４０５ｂを有する第１エンクロージャ形態に配置される第１磁石部４０５ｃを含む。第１磁石部４０５ｃは曲率を有する第１エンクロージャ形態に配置される。すなわち、メイン磁場発生部４０５は第１開放部４０５ａおよび第２開放部４０５ｂを有するために、第１磁石部４０５ｃは円弧（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ａｒｃ）形態を有し、相互に向き合うように配置される。第１開放部４０５ａのサイズは第２開放部４０５ｂのサイズより大きい。具体的に、第１開放部４０５ａのサイズは第２開放部４０５ｂのサイズより１．１から２倍程度大きい。また、第１開放部４０５ａが支持部の中心部位近くに位置し、第２開放部４０５ｂが支持部の中心部位から遠くに位置する。また、第１開放部４０５ａおよび第２開放部４０５ｂが支持部の中心部位と同一線上に位置するように第１磁石部４０５ｃを配置する。メイン磁場発生部４０５は第１磁石部４０５ｃ内に配置される第２磁石部４０５ｄを含む。第２磁石部４０５ｄは第２開放部４０５ｂが位置する部位近くに配置する。これにより、メイン磁場発生部４０５によって、ターゲット裏面に不均一な分布を有する磁場を提供することができる。このように、不均一な分布を有する磁場をターゲット裏面に提供することにより、ターゲット腐食プロファイルが最適化される。また、第１磁石部４０５ｃおよび第２磁石部４０５ｄは極性が垂直な形態に配置される。すなわち、Ｎ極がターゲット裏面に向かい、Ｓ極が支持部に接するように配置される。これにより、磁場による磁力がターゲット裏面に垂直に形成される。また、第１磁石部４０５ｃおよび第２磁石部４０５ｄの極性の垂直配置は、極性の水平配置より、ターゲットに提供される磁場の強さを高めることができる。これにより、ターゲットからスパッタリングされるスパッタ粒子の挙動を効果的に制御することができる。また、ターゲット腐食プロファイルを最適化することができる。したがって、スパッタリングにより金属層を形成するとき、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を容易に形成することができる。
【００２４】
メイン磁場発生部４０５は第１フレーム４０５ｅ、第２フレーム４０５ｆおよび第３フレーム４０５ｇをさらに含む。第１フレーム４０５ｅ、第２フレーム４０５ｆおよび第３フレーム４０５ｇは磁性を帯びる物質からなる。第１フレーム４０５ｅは、第１磁石部４０５ｃが配置される程度の大きさのプレート形状を有する。第２フレーム４０５ｆは、第１磁石部４０５ｃが配置される程度の大きさのリング形状を有する。これにより、第１フレーム４０５ｅを支持部に取付け、第１フレーム４０５ｅと第２フレーム４０５ｆとの間に第１磁石部４０５ｃを配置させることができる。また、第３フレーム４０５ｇは、第２磁石部４０５ｄ表面を覆うことができる大きさのプレート形状を有する。これにより、第１フレーム４０５ｅと第３フレーム４０５ｇとの間に第２磁石部４０５ｄを配置させることができる。このように、第１フレーム４０５ｅ、第２フレーム４０５ｆおよび第３フレーム４０５ｇを使用して第１磁石部４０５ｃおよび第２磁石部４０５ｄを配置させるので、第１磁石部４０５ｃおよび第２磁石部４０５ｄが堅固に配置される。また、第１フレーム４０５ｅ、第２フレーム４０５ｆおよび第３フレーム４０５ｇが磁性を帯びるために、磁場発生部が提供する磁場の強さを増加させることができる。
【００２５】
図４に示すように、磁場発生部４０はアシスタンス磁場発生部４０７をさらに含む。アシスタンス磁場発生部４０７は支持部４０３の中心部位と、メイン磁場発生部４０５が配置される一側部位とから外れた支持部４０３の他側部位に配置される。これにより、磁場発生部４０はメイン磁場発生部４０５およびアシスタンス磁場発生部４０７が相互に独立的に発生させる磁場をターゲットに提供する。このとき、ターゲットの一部分に提供される磁場は、メイン磁場発生部４０５が提供する磁場、アシスタンス磁場発生部４０７が提供する磁場、ならびにメイン磁場発生部４０５が提供する磁場の順序より連続的に提供される。これは、磁場発生部４０が回転するためである。
【００２６】
アシスタンス磁場発生部４０７をより具体的に説明する。
図６は、図４のアシスタンス磁場発生部を示す斜視図である。
図６に示すように、アシスタンス磁場発生部４０７は第３開放部４０７ａおよび第４開放部４０７ｂを有する第２エンクロージャ形態に配置される第３磁石部４０７ｃを含む。第３磁石部４０７ｃは曲率を有する第２エンクロージャ形態に配置される。すなわち、アシスタンス磁場発生部４０７は第３開放部４０７ａおよび第４開放部４０７ｂを有するために、第３磁石部４０７ｃは円弧（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ａｒｃ）形態を有し、相互に向き合うように配置される。第３開放部４０７ａの大きさは第４開放部４０７ｂの大きさより大きい。具体的に、第３開放部４０７ａのサイズは第４開放部４０７ｂのサイズより１．１から２倍程度大きい。また、第３開放部４０７ａが支持部の中心部位近くに位置し、第４開放部４０７ｂが支持部の中心部位から遠くに位置する。また、第３開放部４０７ａおよび第４開放部４０７ｂが支持部の中心部位と同一線上に位置するように第３磁石部４０７ｃを配置する。したがって、メイン磁場発生部４０５の第１開放部４０５ａおよび第２開放部４０５ｂと、アシスタンス磁場発生部４０７の第３開放部４０７ａおよび第４開放部４０７ｂとは、支持部の中心部位と同一線上に位置するように配置される。また、アシスタンス磁場発生部４０７は第３磁石部４０７ｃ内に配置される第４磁石部４０７ｄを含む。第４磁石部４０７ｄは第４開放部４０７ｂが位置する部位近くに配置する。これにより、アシスタンス磁場発生部４０７はメイン磁場発生部４０５と同様に、ターゲット裏面に不均一な分布を有する磁場を提供することができる。このように、不均一な分布を有する磁場をターゲット裏面に提供することにより、メイン磁場発生部４０５と相互補完的にターゲット腐食プロファイルを最適化させることができる。また、第３磁石部４０７ｃおよび第４磁石部４０７ｄは極性が垂直な形態に配置される。すなわち、Ｎ極がターゲット裏面に向かい、Ｓ極が支持部に接するように配置される。これにより、磁場による磁力がターゲット裏面に垂直に形成される。また、第３磁石部４０７ｃおよび第４磁石部４０７ｄの極性の垂直配置は、極性の水平配置より、ターゲットに提供される磁場の強さを高めることができる。これにより、ターゲットからスパッタリングされるスパッタ粒子の挙動を効果的に制御することができるので、ターゲット腐食プロファイルを最適化することができる。したがって、スパッタリングにより金属層を形成するとき、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を容易に形成することができる。
【００２７】
アシスタンス磁場発生部４０７は第４フレーム４０７ｅ、第５フレーム４０７ｆおよび第６フレーム４０７ｇをさらに含む。第４フレーム４０７ｅ、第５フレーム４０７ｆおよび第６フレーム４０７ｇは磁性を帯びる物質からなる。第４フレーム４０７ｅは、第３磁石部４０７ｃが配置される程度の大きさのプレート形状を有する。第５フレーム４０７ｆは、第３磁石部４０７ｃが配置される程度の大きさのリング形状を有する。これにより、第４フレーム４０７ｅを支持部に取付け、第４フレーム４０７ｅと第５フレーム４０７ｆとの間に第３磁石部４０７ｃを配置させることができる。また、第６フレーム４０７ｇは、第４磁石部４０７ｄ表面を覆うことができる大きさのプレート形状を有する。これにより、第４フレーム４０７ｅと第６フレーム４０７ｇとの間に第４磁石部４０７ｄを配置させることができる。このように、第４フレーム４０７ｅ、第５フレーム４０７ｆおよび第６フレーム４０７ｇを使用して第３磁石部４０７ｃおよび第４磁石部４０７ｄを配置させるので、第３磁石部４０７ｃおよび第４磁石部４０７ｄが堅固に配置される。また、第４フレーム４０７ｅ、第５フレーム４０７ｆおよび第６フレーム４０７ｇが磁性を帯びるために、アシスタンス磁場発生部４０７の磁場の強さが向上される。
【００２８】
アシスタンス磁場発生部４０７の構造は、メイン磁場発生部４０５の構造と類似するが、メイン磁場発生部４０５はアシスタンス磁場発生部４０７より大きい。具体的に、メイン磁場発生部４０５とアシスタンス磁場発生部４０７が曲率を有する形態である場合、メイン磁場発生部４０５がアシスタンス磁場発生部４０７より１．５倍から２倍大きい。
【００２９】
また、アシスタンス磁場発生部４０７は、複数配置できる。
図７は、本発明の他の実施例で、複数のアシスタンス磁場発生部が配置される磁場発生部を示す模式図である。
図７に示すように、３個のアシスタンス磁場発生部４０７、４１７、４１９が配置される。３個のアシスタンス磁場発生部４０７、４１７、４１９は、支持部４０３の中心部位とメイン磁場発生部４０５が配置される一側部位とから外れた他側部位に配置できる。アシスタンス磁場発生部４０７、４１７、４１９が配置される個数は、支持部４０３のサイズおよびアシスタンス磁場発生部４０７、４１７、４１９のサイズにより決定することができる。
【００３０】
磁場発生部のメイン磁場発生部４０５およびアシスタンス磁場発生部４０７とターゲット裏面との距離は相違する。これは、メイン磁場発生部の第１磁石部４０５ｃと第２磁石部４０５ｄの垂直長さと、アシスタンス磁場発生部４０７の第３磁石部４０７ｃと第４磁石部４０７ｄの垂直長さが相違するためである。具体的に、第１磁石部４０５ｃと第２磁石部４０５ｄは相互に同一の垂直長さを有する。また、第３磁石部４０７ｃと第４磁石部４０７ｄは相互に同一の垂直長さを有する。しかし、第３磁石部４０７ｃと第４磁石部４０７ｄの垂直長さは、第１磁石部４０５ｃと第２磁石部４０５ｄの垂直長さより長い。
【００３１】
図８は、図３に示したメイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部とターゲット裏面との距離を説明するための模式図である。
図８に示すように、メイン磁場発生部４０５とターゲット３２裏面との距離（ｌ１）よりアシスタンス磁場発生部４０７とターゲット３２裏面との距離（ｌ２）が短い。すなわち、メイン磁場発生部４０５とターゲット３２裏面との距離（ｌ１）を１とするとき、アシスタンス磁場発生部４０７とターゲット３２裏面との距離（ｌ２）は０．８０から０．９５である。
【００３２】
このように、距離を相違にするのは、スパッタリングを実施するとき安定化したプラズマを形成することができるためである。
また、磁場発生部はターゲット裏面とともに水平に位置する。これは、ターゲットが水平に配置されるためである。
【００３３】
また、磁場発生部はターゲットの前面に１，４００から１，８００ガウス（０．１４から０．１８テスラ）の強さを有する磁場を提供する。磁場の強さが１，４００ガウス（０．１４テスラ）以下である場合には、スパッタ粒子の挙動を効率的に制御しない。また、磁場の強さが１，８００ガウス（０．１８テスラ）以上である場合には、スパッタ粒子の挙動を拘束する。ここで、メイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部は各々前記のような磁場強さを提供する。
【００３４】
したがって、ターゲット前面に不均一な分布を有する磁場を提供する。これにより、低圧および高密度プラズマ工程条件を満足し、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を容易に形成することができる。また、生産性に別の影響を及ぼさない金属層を容易に形成することができる。
以下、本発明の実施例によるスパッタリング装置に含まれる磁場発生部のデザインを最適化するための実験例について説明する。
【００３５】
（ターゲット腐食プロファイルと金属層の積層プロファイルとの関係）
図９から図１１は、ターゲット腐食プロファイルと金属層の積層プルファイルとの関係を説明するための図である。
図９に示すように、ターゲット前面が均一に腐食される場合、金属層は基板周辺部位より基板中心部位に厚く積層されるプロファイルを有する。
【００３６】
図１０に示すように、ターゲット周辺部位に近い部位が他の部位に比べてより多く腐食される場合、金属層は基板中心部位より基板周辺部位に厚く積層されるプロファイルを有する。
図１１に示すように、ターゲット周縁部位とターゲット中心部位との間が他の部位に比べてより多く腐食される場合、金属層は基板全体部位に均一に積層されるプロファイルを有する。
ターゲット腐食プロファイルと金属層の積層プロファイルとの関係を確認した結果、ターゲット周縁部位と中心部位との間が他の部位に比べて多く腐食される場合、最も良好な結果が得られることが分かる。
【００３７】
（ターゲット腐食プロファイルを根拠とした磁場発生部デザインの最適化）
図１２は、磁場発生部中でメイン磁場発生部が提供する磁場の影響により示されるターゲット腐食プロファイルである。また、図１３は、磁場発生部中でアシスタンス磁場発生部が提供する磁場の影響により示されるターゲット腐食プロファイルである。
【００３８】
また、図１４は、メイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部が共に提供する磁場により示されるターゲット腐食プロファイルである。このように、図１４のターゲット腐食プロファイルは、ターゲットの周縁部位と中心部位との間を他の部位に比べて多く腐食させるプロファイルである。すなわち、図１３のターゲット腐食プロファイルは図１１のターゲット腐食と類似する。
【００３９】
これにより、メイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部を含む磁場発生部のデザインを最適化した。
したがって、メイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部が共にターゲット前面に磁場を提供し、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を積層することができる。
【００４０】
（開放部および曲率を有する磁場発生部のデザイン最適化）
図１５は、磁場発生部のメイン磁場発生部により提供される磁場の分布を示す図である。
図１５に示すように、メイン磁場発生部により提供される磁場の分布は不均一な分布を有する。これは、第１開放部および第２開放部がメイン磁場発生部に存在し、第１磁石部が曲率を有するようにデザインされているためである。同様に、アシスタンス磁場発生部もメイン磁場発生部の磁場分布と同一の分布を有する。
【００４１】
磁場の不均一な分布は磁石部が存在しない第１開放部、第２開放部、第３開放部および第４開放部が存在する領域に分布する。しかし、第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム、第４フレームおよび第５フレームにより、相対的に小さい強さを有する磁場が分布する。したがって、小さい強さを有する磁場により、ターゲット腐食が少なく発生する。このように、不均一な磁場の分布はスパッタ粒子の挙動を多少緩和させることができる。ゆえに、ターゲット全体領域で判断する場合、ターゲット腐食プロファイルの非均一性を緩和させることができる。したがって、磁場発生部は開放部および曲率を有するようにデザインした。
【００４２】
また、磁場の強さが大きいほど低圧および高密度プラズマの工程条件を満足させることができる。したがって、工程条件を満足させることができるように、磁石部はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系列の材質により構成し、フレームはスチール系列により構成した。
このように、磁場発生部を前記構成を有する最適の条件でデザインすることにより、低圧および高密度の工程条件を満足し、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有し生産性に支障を及ぼさない金属層を形成することができる。
【００４３】
（ターゲット腐食プロファイルの比較）
図１６は、図３に示したスパッタリング装置によるターゲット腐食プロファイルと従来のスパッタリング装置によるターゲット腐食プロファイルとを比較説明するためのグラフである。
【００４４】
図１６に示すのは、同一の工程条件によりスパッタリングを実施して取得した結果として、米国特許第６，１８３，６１４号公報に開示された磁場発生部を使用する場合に示されるターゲット腐食プロファイル、ならびに本発明の実施例による磁場発生部を使用する場合に示されるターゲット腐食プロファイルである。
【００４５】
ターゲット腐食プロファイルを比較した結果、本発明の実施例による磁場発生部を使用したときに示されるターゲット腐食プロファイルが優れていることを確認することができる。
このように、スパッタリングにより金属層を形成するとき、ターゲット腐食プロファイルを良好に制御することにより、金属層の形成による不良を最少化することができる。
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明の実施例はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、上述の実施例を修正または変更できるであろう。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によると、不均一な分布を有する磁場をターゲット前面に提供し、ターゲットの腐食プロファイルを効率的に制御することができる。したがって、優れたステップカバレージおよび厚さ均一度を有する金属層を容易に形成することができる。また、金属層を形成するとき磁場を使用することにより、低圧および高密度プラズマの工程条件を容易に満足させることができる。ゆえに、別途の均一性の向上のための部材（たとえば、コリメーター）または方法（たとえば、ＬＴＳ方法）を使用しなくても、生産性に別の影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスパッタリング装置のターゲット腐食プロファイルを示すグラフである。
【図２】従来のスパッタリング装置のターゲット腐食プロファイルを示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例によるスパッタリング装置を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施例によるスパッタリング装置の磁場発生部を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のメイン磁場発生部を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のアシスタンス磁場発生部を示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例による複数個のアシスタンス磁場発生部が配置される磁場発生部を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のメイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部とターゲット裏面との距離を説明するための模式図である。
【図９】ターゲット腐食プロファイルと金属層の積層プロファイルとの関係を説明するための模式図である。
【図１０】ターゲット腐食プロファイルと金属層の積層プロファイルとの関係を説明するための模式図である。
【図１１】ターゲット腐食プロファイルと金属層の積層プロファイルとの関係を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のメイン磁場発生部により示されるターゲット腐食プロファイルを示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のアシスタンス磁場発生部により示されるターゲット腐食プロファイルを示す模式図である。
【図１４】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のメイン磁場発生部およびアシスタンス磁場発生部を含む磁場発生部により示されるターゲット腐食プロファイルを示す模式図である。
【図１５】本発明の一実施例によるスパッタリング装置のメイン磁場発生部により提供される磁場の分布を示す模式図である。
【図１６】本発明の一実施例によるスパッタリング装置によるターゲット腐食プロファイルと従来のスパッタリング装置によるターゲット腐食プロファイルとを比較説明するためのグラフである。
【符号の説明】
３    スパッタリング装置
３０    スパッタリングチャンバ
３２    ターゲット
３４    基板
３６    プラズマパワー提供部材
３８    バイアス提供部材
４０    磁場発生部
４０１    回転駆動部
４０３    支持部
４０５    メイン磁場発生部
４０５ａ    第１開放部
４０５ｂ    第２開放部
４０５ｃ    第１磁石部
４０５ｄ    第２磁石部
４０５ｅ    第１フレーム
４０５ｆ    第２フレーム
４０５ｇ    第３フレーム
４０７    アシスタンス磁場発生部
４０７ａ    第３開放部
４０７ｂ    第４開放部
４０７ｃ    第３磁石部
４０７ｄ    第４磁石部
４０７ｅ    第４フレーム
４０７ｆ    第５フレーム
４０７ｇ    第６フレーム
【図１】
0004160331.tif 000003
【図２】
0004160331.tif 000004
【図３】
0004160331.tif 000005
【図４】
0004160331.tif 000006
【図５】
0004160331.tif 000007
【図６】
0004160331.tif 000008
【図７】
0004160331.tif 000009
【図８】
0004160331.tif 000010
【図９】
0004160331.tif 000011
【図１０】
0004160331.tif 000012
【図１１】
0004160331.tif 000013
【図１２】
0004160331.tif 000014
【図１３】
0004160331.tif 000015
【図１４】
0004160331.tif 000016
【図１５】
0004160331.tif 000017
【図１６】
0004160331.tif 000018