(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内にターゲットと基板とを、基板を上方、ターゲットを下方として上下方向に対向して配設すると共に、上記ターゲット下にリング状磁石とその中空部内に配置された磁石とからなるマグネトロン用磁石対を配設して、上記磁石対の磁界に作用されたプラズマによりターゲットからたたき出されたターゲット原子を上記基板上に堆積させてスパッタ膜を形成させるマグネトロンスパッタリング装置において、
上記基板を回転可能に配設すると共に、上記ターゲット下に少なくとも３対のマグネトロン用磁石対を、個々の磁石対の位置を調整することで、スパッタリング強度を基板表面全面において均一化可能となるように、個々に、上記上下方向及び／又は基板に対向するターゲットの表面に対して水平方向に移動可能に配設したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
真空チャンバー内にターゲットと基板とを、基板を上方、ターゲットを下方として上下方向に対向して配設すると共に、上記ターゲット下にリング状磁石とその中空部内に配置された磁石とからなるマグネトロン用磁石対を配設して、上記磁石対の磁界に作用されたプラズマによりターゲットからたたき出されたターゲット原子を上記基板上に堆積させてスパッタ膜を形成させるマグネトロンスパッタリング装置において、
上記基板を回転可能に配設すると共に、上記ターゲット下に少なくとも３対のマグネトロン用磁石対を配設し、かつ上記ターゲットと基板との間に、上記磁石対に対応して、スパッタレートを調整する開度調整可能なシャッターを、スパッタレート分布を基板表面全面において均一化可能となるように、基板に対向するターゲットの表面に対して水平方向移動可能及び／又は回動可能に配設したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
更に、上記磁石対を、個々の磁石対の位置を調整することで、スパッタリング強度を基板表面全面において均一化可能となるように、個々に、上記上下方向及び／又は基板に対向するターゲットの表面に対して水平方向に移動可能に配設した請求項２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、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体超集積回路等の製造において、スパッタ薄膜を形成する場合に好適に用いられるマグネトロンスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体装置等の金属薄膜あるいは誘電体薄膜の作成において、スパッタリングは有効な方法である。多くの量産用スパッタリング装置は、成膜レートを稼ぐためにターゲットの下に磁石を組み込んだマグネトロン方式が採用されている。この方法は、量産用装置では一般的であり、例えば“スパッタ薄膜  基礎と応用  小林春洋  日刊工業新聞社”に詳細な説明があるが、概略は、磁石の磁界によりターゲット上にプラズマを高濃度で閉じ込め、スパッタの効率を上げるものである。通常、磁石によりドーナツ状にプラズマを閉じ込める。スパッタは、そのドーナツ状の特定の場所だけ促進され、そのため成膜される膜の面内バラツキもその影響を強く受ける。
【０００３】
図１は、従来のマグネトロンスパッタリング装置の一例を示す。図中１０は、ガス導入管１１とガス排気管１２とを備えた真空チャンバーであり、内部が必要な真空度に保持される。このチャンバー１０内には、ターゲット１３と基板１４とが対向して配設されていると共に、ターゲット１３下には、マグネトロン用磁石対１５が配設されている。磁石対１５は１対であり、これは、図２に示したように、リング状磁石１５ａとその中空部中心に配置された磁石１５ｂとからなり、リング状磁石１５ａは、ターゲット側がＳ極、その反対側がＮ極とされ、中心磁石１５ｂは、ターゲット側がＮ極、その反対側がＳ極とされている。
【０００４】
ここで、ターゲット１３にはマイナス電位を付加し、導入プラズマガス中のプラスイオン（通常アルゴンイオン）をターゲットに衝突させ、はじき出されたターゲット原子を対向している基板１４上に堆積させる。マグネトロン方式では、ターゲット１３下に磁石対１５を配置し、その磁界によりターゲット１３上に高濃度のプラズマ１６を閉じ込め、ターゲット１３へ衝突するプラスイオンを増やすものである。
【０００５】
しかし、この方法では、プラズマの濃度の濃い部分と薄い部分で基板上膜質に不均一が生ずる。この場合、基板を回転することで周方向の不均一性は改善されるが、基板の回転中心から半径方向にはやはり不均一が残る。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、マグネトロン式スパッタリング装置の利点である成膜レートの速さは残したまま、面内膜質分布改善を行うことができ、成膜膜面内バラツキの少ないスパッタ膜を作成することができるマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、第１発明として、真空チャンバー内にターゲットと基板とを、基板を上方、ターゲットを下方として上下方向に対向して配設すると共に、上記ターゲット下にリング状磁石とその中空部内に配置された磁石とからなるマグネトロン用磁石対を配設して、上記磁石対の磁界に作用されたプラズマによりターゲットからたたき出されたターゲット原子を上記基板上に堆積させてスパッタ膜を形成させるマグネトロンスパッタリング装置において、上記基板を回転可能に配設すると共に、上記ターゲット下に少なくとも３対のマグネトロン用磁石対を、個々の磁石対の位置を調整することで、スパッタリング強度を基板表面全面において均一化可能となるように、個々に、上記上下方向及び／又は基板に対向するターゲットの表面に対して水平方向に移動可能に配設したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【０００８】
また、第２発明として、真空チャンバー内にターゲットと基板とを、基板を上方、ターゲットを下方として上下方向に対向して配設すると共に、上記ターゲット下にリング状磁石とその中空部内に配置された磁石とからなるマグネトロン用磁石対を配設して、上記磁石対の磁界に作用されたプラズマによりターゲットからたたき出されたターゲット原子を上記基板上に堆積させてスパッタ膜を形成させるマグネトロンスパッタリング装置において、上記基板を回転可能に配設すると共に、上記ターゲット下に少なくとも３対のマグネトロン用磁石対を配設し、かつ上記ターゲットと基板との間に、上記磁石対に対応して、スパッタレートを調整する開度調整可能なシャッターを、スパッタレート分布を基板表面全面において均一化可能となるように、基板に対向するターゲットの表面に対して水平方向移動可能及び／又は回動可能に配設したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。この場合、更に、上記磁石対を、個々の磁石対の位置を調整することで、スパッタリング強度を基板表面全面において均一化可能となるように、個々に、上記上下方向及び／又は基板に対向するターゲットの表面に対して水平方向に移動可能に配設することが好適である。
【００１０】
なお、本発明において、上記上下方向とは、ターゲットと近接・離間する方向を意味し、左右方向とは、ターゲットの表面に対しほぼ水平方向において、縦・横方向を意味する。
【００１１】
本発明によれば、
１）前記マグネトロンスパッタリング装置において、基板を回転する機構を備えることで、基板円周方向の膜厚のバラツキを改善することができる。また、回転半径方向のバラツキは、スパッタレートを個々の位置にて調整可能とする機構（即ち、磁石対を上下又は左右に移動する機構あるいはシャッターを左右移動又は回動する機構）を設けることで改善することができる。
２）ターゲットの下に備えられる磁石対は、通常１対であるが、本発明は３対以上の磁石対を備える。その形状はドーナツ状に規定されるものではない。それぞれの磁石の大きさ及び強さは、必ずしも同じでなくてよい。
３）ターゲット上には、その個々の磁石対に対応するプラズマが発生する。そのプラズマからのスパッタレートを個々に調整できる上記機構を備えることにより、回転半径方向のバラツキを改善又は調整することが可能である。
４）上記スパッタレート調整機構として、その個々の磁石の位置を調整する機構を持つことでスパッタレートを調整する。磁石の位置を調整することでターゲット上の磁界の強さを変えることができる。磁界の強さを変えることでターゲット上のプラズマの濃度を変えることができ、従ってスパッタレートを調整できる。５）あるいは、ターゲット−基板間に開度調整可能のシャッターを個々に備えることで同様の効果が得られる。
６）スパッタを進めるに従い、ターゲットの減り具合によりスパッタレートは変動する。そのときにも、個々の磁石対に関するスパッタレートを調整することにより、常に最適な状態を保つことができる。
７）また、スパッタ中に反応性ガスを導入し、反応した膜（例えば酸化膜）を生成する反応性スパッタの場合、プラズマ中心部までガスを送り込むことが難しくなり、反応率（例えば酸化率）を均一にすることが難しい。これは、基板が大きくなりターゲットが大きくなるにつれ顕著となっている。
それに対し、本発明によれば、３つ以上の小さなプラズマに分割されているため、容易にガスが内部まで入り込み、均質な膜を形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態及び実施例】
図３は、本発明の第１発明の一実施例を説明するもので、ターゲット及びターゲット下の磁石対の配設態様を示したものである。なお、その他の構成は図１の装置と同様である。
【００１３】
ここで、この例においては、ターゲット１３下にそれぞれリング状磁石１５ａと中心磁石１５ｂとからなる磁石対１５を３対（１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚ）配設してなるものであり、これら各磁石対１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚは、それぞれ上下方向（図中矢印Ａ方向）移動可能に配設されたものである。
【００１４】
この場合、中央の磁石対１５Ｙの関与するプラズマのスパッタレートは、例えば図４（Ａ）のようになる。また、図３において左側の磁石対１５Ｘが関与するプラズマのスパッタレートの関係は、例えば図４（Ｂ）のようになり、右側の磁石対１５Ｚが関与するプラズマのスパッタレートの関係は、例えば図４（Ｃ）のようになる。そして、これらのスパッタレートを重ね合わせると、図４（Ｄ）のようになる。この図４（Ｄ）にみられるように、このままでは基板中心付近のスパッタレートが若干高いので、中央の磁石対１５Ｙを下方に移動（ターゲットから離間させる方向に移動）することにより、図５に示したように、スパッタレートを基板表面全域において実質的に同一レベルとすることができ、これによってスパッタ膜を均一厚さに形成することが可能となる。
【００１５】
このように、磁石対をターゲットから離すことにより、ターゲット上の磁界が弱まり、閉じ込められているプラズマの密度が減少し、スパッタレートも減少することとなる。すると、全面にわたり均一なスパッタレートとなる。つまり、個々の磁石を移動可能とすることにより、個々のプラズマのスパッタレートを制御することが可能となり、均質な膜を成膜可能となる。
【００１６】
なお、必要により、磁石対は、更に左右方向に移動可能に配設することができ、また場合によっては、磁石対を上下方向に代えて左右方向にのみ移動可能に配設するようにしてもよく、要は、図５に示したように、基板全面においてスパッタレートが同一レベルとなるようにコントロール可能に、各磁石対が移動できればよい。
【００１７】
図６は、第２発明の一例を説明するもので、シャッター（マスク）の配設態様を示したものである。なお、その他の構成は図１と同様である。
【００１８】
この例においては、ターゲット１３下に３対の磁石対（１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚ）を配設すると共に、これら磁石対１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚにそれぞれ対応して、ターゲット１３と基板１４（図６では図示せず）との間にシャッター１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚを配設したものである。この場合、磁石対１５Ｘに対応するシャッター１７Ｘ、磁石対１５Ｚに対応するシャッター１７Ｚは、それぞれ図中矢印で示した方向に回動可能に、また中央の磁石対１５Ｙに対応するシャッター１７Ｙは、図中矢印方向に往復動可能（左右方向移動可能）に配設され、上記シャッター１７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｚの動作をそれぞれコントロールすることにより、個々の磁石対１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚ起因のプラズマをマスクして、スパッタレートを調整し、図５に示したようなスパッタレート分布の均一化を計るものである。
【００１９】
なお、シャッターの移動は、上記態様に限られるものではなく、それぞれ回動可能、左右方向移動可能に、即ち基板全面においてスパッタレートが同一レベルとなるようにコントロール可能に、各シャッターが移動できればよい。
【００２０】
更に、図３に示したように、各磁石対１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚを上下方向、左右方向移動可能に配設することも好適である。
【００２１】
本発明のスパッタリング方法は、上記装置を使用し、磁石対やシャッターの移動を制御し、図５に示すようにスパッタレートを均一に調整することにより、基板に形成されるスパッタ膜の膜厚を均一にするものであり、それ以外は公知のマグネトロンスパッタリング法を採用することができ、反応性スパッタリング法をも採用できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜レートが高く、膜質均一性がよく、均一厚さのスパッタ膜を得ることができる。
【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概略図である。
【図２】マグネトロン用磁石対の斜視図である。
【図３】第１発明に従った磁石対の配設態様の一例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図４】（Ａ）は磁石対１５Ｙ、（Ｂ）は磁石対１５Ｘ、（Ｃ）は磁石対１５Ｚが関与するプラズマのスパッタレートと基板横方向距離との関係を示すグラフ、（Ｄ）はこれらスパッタレートを重ね合わせた分布のグラフである。
【図５】磁石対１５Ｙを下方に移動してスパッタレートを基板横方向距離との関係で同一レベルにした状態のグラフである。
【図６】第２発明に従った磁石対及びシャッターの配設態様の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０    真空チャンバー
１３    ターゲット
１４    基板
１５    磁石対
１５ａ  リング状磁石
１５ｂ  中心磁石
１７    シャッター
【図１】
0004214342.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004214342.tif 000005
【図５】
0004214342.tif 000006
【図６】
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