АППАРАТ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
APPARATUS OF MAGNETRON SPUTTERING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к аппарату магнетронного распыления, который служит обрабатывающим устройством для выполнения заданной обработки поверхности на обрабатываемом элементе, например на подложке жидкокристаллического дисплея, полупроводниковой подложке и т.п.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] При производстве элементов жидкокристаллических дисплеев, полупроводниковых устройств, таких как интегральные схемы (ИС) и т.п., необходим процесс формирования тонкой пленки, при котором на подложке формируется тонкая пленка, например, металла, или изолятора, или тому подобного. В этом процессе используется способ формирования пленки с помощью аппарата распыления, в котором исходный материал для формирования тонкой пленки используется в качестве мишени. В этом случае в газе аргоне или подобном газе создается плазма посредством приложения высокого постоянного напряжения или высокочастотной мощности для активации и распыления мишени и рассеяния материала мишени с его осаждением на обрабатываемую подложку.
[0003] Среди способов формирования пленок распылением наибольшее применение в последнее время находит способ формирования пленки с использованием аппарата магнетронного распыления. В таком аппарате магнетронного распыления высокая скорость формирования пленки может быть достигнута посредством размещения магнита с тыльной стороны мишени и при прохождении магнитных силовых линий параллельно поверхности мишени, тем самым удерживая плазму на поверхности мишени и генерируя высокоплотную плазму.
[0004] На Фиг.10 показана схема, описывающая конфигурации основных составляющих компонентов аппарата магнетронного распыления согласно такой существующей технологии, при этом ссылочной позицией 101 обозначена мишень, ссылочной позицией 102 обозначена подложка для формирования тонкой пленки, ссылочной позицией 103 обозначены множественные магниты, ссылочной позицией 104 обозначены магнитные силовые линии, а ссылочной позицией 105 обозначена область, где мишень 101 распыляется и расслаивается, т.е. область эрозии.
[0005] Как показано на Фиг.10, множественные магниты 103 расположены с тыльной стороны мишени 101, причем N-полюс и S-полюс каждого из множественных магнитов 103 ориентированы по заданному направлению, и между мишенью 101 и подложкой 102 прикладывается высокочастотная мощность (ВЧ-мощность) 106 или мощность высокого постоянного напряжения 107 для возбуждения плазмы на мишени 101.
[0006] С другой стороны, множественные магниты 103, установленные у задней поверхности мишени 101, создают магнитные силовые линии 104 от N-полюса к S-полюсу, которые являются смежными друг с другом. У поверхности мишени горизонтальное магнитное поле (компоненты магнитных силовых линий, параллельные поверхности мишени) частично становится максимальным в том месте, где является нулевым вертикальное магнитное поле (компоненты силовых линий магнитного поля, перпендикулярные поверхности мишени). В области, включающей в себя много горизонтальных компонент магнитного поля, электроны захватываются вблизи поверхности мишени, образуя высокоплотную плазму и, соответственно, формируется область 105 эрозии с ее центром в этом месте.
[0007] Область 105 эрозии подвергается действию высокоплотной плазмы, в отличие от других областей, так что мишень 101 интенсивно локально вырабатывается. Когда материал мишени в некоторой локально выработанной области при непрерывном формировании пленки израсходован, мишень целиком должна быть заменена. В результате эффективность использования мишени 101 снижается, и, кроме того, толщина тонкой пленки на подложке 102, которая расположена напротив мишени 101, также становится неоднородной, так что пленка в месте, находящемся напротив области 105 эрозии, становится толстой, и однородность ее толщины по всей подложке 102 ухудшается.
[0008] Поэтому, предлагались технологии, в которых в качестве магнитов для создания магнитных полей обычно использовались стержневые магниты, и эти стержневые магниты перемещались или вращались, тем самым перемещая область эрозии во времени, по существу устраняя в среднем по времени частичную выработку мишени и, кроме того, улучшая однородность толщины пленки на обрабатываемой подложке (см. патентные документы 1-3).
[0009] В этих технологиях N-полюс и S-полюс стержневых магнитов располагаются так, что одинаковые магнитные полюса размещены на противоположной поверхности в диаметральном направлении и выстраиваются параллельно продольному направлению магнитов. Альтернативно, одинаковые полюса располагаются по спирали на противоположной поверхности в диаметральном направлении и смещаются вдоль продольного направления. Кроме того, вокруг этих стержневых магнитов, которые являются подвижными или вращаемыми, располагается неподвижный стержневой магнит с тем, чтобы сформировать замкнутый контур области эрозии внутри мишени. При этом неподвижном стержневом магните N-полюс и S-полюс имеются в каждом наборе с одинаковыми магнитными полюсами на поверхности, обращенной в их диаметральном направлении параллельно их продольному направлению.
[0010] Источники информации:
патентный документ 1: публикация японской нерассмотренной заявки на патент № 5-148642;
патентный документ 2: публикация японской нерассмотренной заявки на патент № 2000-309867;
патентный документ 3: японский патент № 3566327.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проблемы, решаемые изобретением
[0011] Однако следует отметить, что в случае вышеупомянутых существующих технологий, для того чтобы увеличить скорость формирования пленки на обрабатываемой подложке, должна быть увеличена мгновенная плотность эрозии. Таким образом, чтобы установить область эрозии, по возможности большую в процентном выражении относительно всей области мишени, напряженность поля стержневых магнитов должна быть увеличена, и стержневые магниты должны быть еще более уменьшены в размере и должны быть замкнуты друг на друга. Вместе с тем использование такой конструкции привело к проблеме, когда магниты или неподвижные стержни деформируются из-за отталкивающей силы или притягивающей силы между магнитами, или же движение или вращение не могут быть легко реализованы против такой силы.
[0012] Кроме того, использование такой конструкции привело также к возникновению следующей проблемы. А именно, когда магниты, смежные с закрепленным на периферии стержневым магнитом, вращаются, фаза неизбежно оказывается такова, что магнитный полюс вращающихся магнитов идентичен магнитному полюсу закрепленного на периферии стержневого магнита, и замкнутая эрозия при этом не формируется.
[0013] Таким образом, настоящее изобретение было создано в связи с вышеупомянутыми существующими проблемами, и одна его задача заключается в том, чтобы предложить аппарат магнетронного распыления, который позволяет повысить скорость формирования пленки посредством увеличения мгновенной плотности эрозии на мишени.
[0014] Кроме того, другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить аппарат магнетронного распыления, который позволяет продлить срок службы мишени посредством перемещения области эрозии во времени для предотвращения частичной выработки мишени и реализовать однородную выработку.
Средства решения проблем
[0015] Для решения вышеупомянутой задачи в соответствии с настоящим изобретением предложен аппарат магнетронного распыления, который содержит: обрабатываемую подложку; мишень, находящуюся напротив подложки; и магнит, помещенный с противоположной стороны мишени относительно подложки, в котором плазма удерживается на поверхности мишени посредством создания магнитного поля магнитом на поверхности мишени; при этом магнит включает в себя группу вращающихся магнитов, в которой множество пластинчатых магнитов размещены вокруг колоннообразного вращающегося вала, и неподвижный внешний периферийный рамочный магнит, который расположен параллельно поверхности мишени вокруг группы вращающихся магнитов и который намагничен в направлении, перпендикулярном поверхности мишени; и при этом картина силовых линий магнитного поля на поверхности мишени перемещается со временем посредством вращения группы вращающихся магнитов вместе с упомянутым колоннообразным вращающимся валом.
[0016] В данном случае группа вращающихся магнитов может быть сконфигурирована посредством установки множества пластинчатых магнитов по внешней окружной периферии колоннообразного вращающегося вала так, что пластинчатые магниты, смежные друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала, имеют отличающиеся друг от друга магнитные полюса, а пластинчатые магниты, смежные друг с другом, имеют участки с отличающимися магнитными полюсами на внешней периферийной поверхности, перпендикулярной осевому направлению колоннообразного вращающегося вала. Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет либо N-полюс, либо S-полюс, обращенный в сторону мишени.
[0017] Группа вращающихся магнитов может иметь пластинчатые магниты, расположенные в спиральной форме вокруг колоннообразного вращающегося вала так, чтобы сформировать множество спиралей, и эти спирали, смежные друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала, образуют N-полюс и S-полюс, которые являются взаимно различающимися магнитными полюсами, на внешней стороне в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала. Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет конфигурацию, окружающую группу вращающихся магнитов, если смотреть со стороны мишени, и имеет либо N-полюс, либо S-полюс, обращенный в сторону мишени.
[0018] Группа вращающихся магнитов может быть сконфигурирована посредством установки пластинчатых магнитов по внешней окружной периферии колоннообразного вращающегося вала в кольцевой форме с обеспечением множества колец в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала и сконфигурирована так, что эти кольца, смежные друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала, имеют взаимно различающиеся магнитные полюса, и положение пластинчатых магнитов каждого кольца в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала изменяется по мере того, как изменяется угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала. Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет конфигурацию, окружающую группу вращающихся магнитов, если смотреть со стороны мишени, и имеет либо N-полюс, либо S-полюс, обращенный в сторону мишени.
[0019] Предпочтительно, по меньшей мере часть колоннообразного вращающегося вала выполнена из парамагнитного материала.
[0020] Смежно с неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом на противоположной стороне неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита относительно мишени может быть размещен неподвижный внешний периферийный элемент из парамагнитного материала.
[0021] Аппарат может содержать средство для ослабления магнитного потока, проходящего к внешней стороне мишени от неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита, по сравнению с магнитным потоком, проходящим к внутренней стороне мишени от неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита.
[0022] Предпочтительно, вышеупомянутое средство включает в себя элемент из парамагнитного материала, предусмотренный так, чтобы последовательно закрывать внешнюю поверхность неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита, если смотреть со стороны мишени, и часть передней поверхности этой стороны мишени.
[0023] Это средство может быть сконфигурировано так, чтобы неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имел поверхность, выступающую к внутренней стороне мишени.
[0024] Аппарат магнетронного распыления может дополнительно содержать экранирующий элемент, который удален от мишени так, чтобы закрыть краевой участок мишени, и который помещен с противоположной стороны группы спиральных пластинчатых магнитов и электрически заземлен. Экранирующий элемент имеет разрез, который вытянут в том же самом направлении, что и осевое направление колоннообразного вращающегося вала, и который обнажает мишень относительно обрабатываемой подложки. Ширина и длина разреза заданы так, чтобы была открыта область, не меньшая, чем 75% от максимального значения, если смотреть со стороны обрабатываемой подложки. Это максимальное значение определяется средним по времени распределением напряженности магнитного поля параллельной поверхности мишени компоненты магнитного поля, сформированного на поверхности мишени, когда группа пластинчатых магнитов вращается с постоянной частотой.
[0025] Аппарат магнетронного распыления может дополнительно содержать экранирующий элемент, который удален от мишени так, чтобы закрыть краевой участок мишени, и который помещен с противоположной стороны группы спиральных пластинчатых магнитов и электрически заземлен. Экранирующий элемент имеет разрез, который вытянут в том же самом направлении, что и осевое направление колоннообразного вращающегося вала, и который обнажает мишень относительно обрабатываемой подложки. Ширина и длина разреза заданы так, чтобы была экранирована область, не большая, чем 80% от максимальной толщины пленки. Эта максимальная толщина пленки представляет собой пленку, формируемую за единицу времени на обрабатываемой подложке в том случае, когда подложка является неподвижной, а группа пластинчатых магнитов вращается с постоянной частотой при незакрытом краевом участке мишени.
[0026] Неподвижный внешний периферийный элемент из парамагнитного материала имеет участок, который последовательно образует поверхность стенки и который закрывает колоннообразный вращающийся вал и группу пластинчатых магнитов, за исключением стороны мишени и расширенного участка, расширенного на смежный участок к колоннообразному вращающемуся валу так, чтобы примкнуть участок магнитного материала колоннообразного вращающегося вала через магнитную жидкость. Между группой вращающихся магнитов и неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом формируется магнитопровод, магнитное сопротивление которого является низким.
[0027] Группа вращающихся магнитов образована множеством групп кольцевых пластинчатых магнитов, в которых множество пластинчатых магнитов прикреплены к колоннообразному вращающемуся валу в форме кольца. Группы кольцевых пластинчатых магнитов, которые являются смежными друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала, образованы такими группами кольцевых пластинчатых магнитов, которые обеспечивают взаимно различающиеся магнитные полюса из N-полюса и S-полюса на внешней стороне в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала. Положения в осевом направлении каждой группы кольцевых пластинчатых магнитов последовательно изменяются с тем же самым смещением по мере того, как изменяются углы в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала.
[0028] Группы кольцевых пластинчатых магнитов сформированы так, чтобы перемещаться в осевом направлении в положение смежных кольцевых пластинчатых магнитов, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала поворачивается на 180 градусов, и возвращаться к исходному положению в осевом направлении, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала поворачивается еще на 180 градусов. Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет конфигурацию, которая окружает группу вращающихся магнитов, если смотреть со стороны мишени, и которая имеет магнитный полюс из N-полюса или S-полюса со стороны мишени.
[0029] Предпочтительно, по меньшей мере часть колоннообразного вращающегося вала выполнена из парамагнитного материала.
[0030] Предпочтительно, смежно с неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом на противоположной стороне неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита относительно мишени расположен неподвижный внешний периферийный элемент из парамагнитного материала.
[0031] Неподвижный внешний периферийный элемент парамагнитного материала имеет участок, который последовательно образует поверхность стенки и который имеет конфигурацию, закрывающую колоннообразный вращающийся вал и группы вращающихся пластинчатых магнитов, за исключением стороны мишени. Неподвижный внешний периферийный элемент из парамагнитного материала дополнительно простирается на участок, смежный с колоннообразным вращающимся валом, для примыкания к участку магнитного материала колоннообразного вращающегося вала через магнитную жидкость и для формирования магнитопровода, который имеет низкое магнитное сопротивление, между группой вращающихся магнитов и неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом.
[0032] Группы кольцевых пластинчатых магнитов могут быть сформированы так, чтобы перемещаться в осевом направлении в положение смежных кольцевых пластинчатых магнитов, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала поворачивается на 180 градусов, и возвращаться к исходному положению в осевом направлении, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала поворачивается еще на 180 градусов. Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет первый пластинчатый магнит, который помещен вблизи одной стороны группы вращающихся магнитов, если смотреть со стороны мишени, и который обеспечивает магнитный полюс из либо N-полюса, либо S-полюса со стороны поверхности мишени, и пластинчатый магнит, который имеет конфигурацию, окружающую группу кольцевых вращающихся магнитов и первый пластинчатый магнит, если смотреть со стороны мишени, и который имеет магнитный полюс, противоположный первому пластинчатому магниту на этой стороне мишени.
[0033] Группа кольцевых пластинчатых магнитов может быть сформирована так, чтобы перемещаться в осевом направлении в положение смежного кольцевого пластинчатого магнита, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала поворачивается на 180 градусов, и возвращаться к исходному положению в осевом направлении, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала поворачивается еще на 180 градусов. Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет конфигурацию, окружающую группу вращающихся магнитов, если смотреть со стороны мишени, и формирующую магнитный полюс из N-полюса или S-полюса со стороны мишени.
[0034] Желательно, чтобы по меньшей мере часть колоннообразного вращающегося вала была выполнена из парамагнитного материала.
[0035] Смежно с неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом на противоположной стороне неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита относительно мишени размещен неподвижный внешний периферийный элемент из парамагнитного материала.
[0036] Неподвижный внешний периферийный элемент из парамагнитного материала может иметь участок, последовательно образующий поверхность стенки, и конфигурацию, закрывающую колоннообразный вращающийся вал и группу вращающихся пластинчатых магнитов, за исключением стороны мишени, и дополнительно простирается на участок, смежный с колоннообразным вращающимся валом, для примыкания к участку магнитного материала колоннообразного вращающегося вала через магнитную жидкость и для формирования магнитопровода, который имеет низкое магнитное сопротивление, между группой вращающихся магнитов и неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом.
[0037] Колоннообразный вращающийся вал, группа вращающихся магнитов, присоединенная к колоннообразному вращающемуся валу, и неподвижный внешний периферийный рамочный магнит являются подвижными в направлении, перпендикулярном поверхности мишени.
[0038] Группа вращающихся магнитов и неподвижный внешний периферийный рамочный магнит могут быть расположены в пределах пространства, окруженного поверхностью стенки, последовательно установленной от элемента мишени, опорной пластины, к которой этот элемент мишени присоединен, и вокруг опорной пластины, и это пространство может быть уменьшено в давлении.
[0039] Аппарат магнетронного распыления может дополнительно содержать средство для относительного перемещения обрабатываемой подложки в направлении, пересекающем осевое направление колоннообразного вращающегося вала.
[0040] Установка (система) может содержать множество указанных выше аппаратов магнетронного распыления параллельно с осевым направлением колоннообразного вращающегося вала и средство для относительного перемещения обрабатываемой подложки в направлении, пересекающем осевое направление колоннообразного вращающегося вала.
[0041] В соответствии с настоящим изобретением предложен способ распыления для формирования материала мишени с осаждением пленки из этого материала на обрабатываемой подложке при вращении колоннообразного вращающегося вала посредством использования указанного выше аппарата магнетронного распыления.
[0042] В соответствии с настоящим изобретением также предложен способ изготовления электронного устройства, включающий в себя процесс использования указанного выше способа распыления для формирования пленки на обрабатываемой подложке посредством распыления.
Преимущества изобретения
[0043] В соответствии с настоящим изобретением может быть повышена скорость формирования пленки и может быть продлен срок службы мишени посредством предотвращения частичной выработки (частичного износа) мишени и достижения однородной выработки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0044] Фиг.1 - вид в сечении аппарата магнетронного распыления в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - общий вид в перспективе и вид по стрелке со стороны мишени колоннообразного вращающегося вала, множественных групп магнитов, рамочного магнита и элемента из парамагнитного материала.
Фиг.3 - схема, показывающая области эрозии.
Фиг.4 - схема, показывающая формирующий пленку аппарат возвратно-поступательного типа в соответствии с восьмым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.5 - график, показывающий зависимость относительной магнитной проницаемости материала колоннообразного вращающегося вала от горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля.
Фиг.6 - диаграмма, показывающая нормированную горизонтальную компоненту напряженности магнитного поля в случаях (1) без формирования магнитопровода, (2) установки элемента из парамагнитного материала под неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом (относительная магнитная проницаемость 100), и (3) формирования магнитопровода между парамагнитным материалом и колоннообразным вращающимся валом под неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом.
Фиг.7 - схема, показывающая картину эрозии в случае, когда из вращающихся пластинчатых магнитов только магнит, магнитный полюс которого с внешней стороны в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала представляет собой S-полюс, т.е. соответствует магнитному полюсу со стороны мишени неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита, уменьшен в длину в осевом направлении.
Фиг.8 - схема, показывающая компоновку магнитов в соответствии с третьим вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.9 - схема, показывающая компоновку магнитов в соответствии с четвертым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.10 - схема, показывающая существующий аппарат магнетронного распыления.
Фиг.11 - вид в сечении аппарата в соответствии с пятым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.12 - график, показывающий зависимость горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля от интервала между магнитами.
Фиг.13 - график, показывающий зависимость горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля от ширины неподвижного внешнего периферийного магнита.
Фиг.14 - график, показывающий зависимость горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля от расстояния в вертикальном направлении от передней стороны мишени неподвижного внешнего периферийного магнита.
Фиг.15 - схема, показывающая расположение магнитов в соответствии с шестым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.16 - схема групп спиральных пластинчатых магнитов и неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита.
Фиг.17 - схема, имитирующая фотографию плазмы на поверхности мишени.
Фиг.18 - схема, имитирующая фотографию состояния выработки мишени после продолжительного электрического разряда.
Фиг.19 - схема, показывающая расположение магнитов в соответствии с седьмым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.20 - график, показывающий распределения скорости формирования пленки в направлении, перпендикулярном оси колоннообразного вращающегося вала, в случае установки кремниевой подложки в положение, удаленное на 30 мм от передней поверхности мишени.
Фиг.21 - контурная карта распределения горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля на поверхности мишени.
Фиг.22 - график, показывающий зависимость выхода МОП-конденсатора с антенной от отношения площади антенны.
Фиг.23 - диаграмма, показывающая выход МОП-конденсатора с антенной.
Фиг.24 - график, показывающий зависимость от давления электронной температуры, электронной плотности и плазменного потенциала плазмы, измеряемой зондом Лэнгмюра.
Фиг.25 - схема, показывающая компоновку магнитов в соответствии с девятым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.26 - схема, показывающая расположение магнитов в соответствии с другим девятым вариантом реализации настоящего изобретения.
Цифровые обозначения
[0045] 1 - мишень
2 - колоннообразный вращающийся вал
3 - группа спиральных пластинчатых магнитов
4 - неподвижный внешний периферийный рамочный магнит
5 - внешний периферийный элемент из парамагнитного материала
6 - опорная пластина
7 - корпус
8 - проход
9 - элемент из изоляционного материала
10 - обрабатываемая подложка
11 - внутреннее пространство камеры обработки
12 - фидерный(ая) провод или линия
13 - кожух
14 - внешняя стенка
15 - элемент из парамагнитного материала
16 - заземленная пластина
ЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0046] Ниже со ссылкой на чертежи будут описаны варианты реализации настоящего изобретения.
Первый вариант реализации
[0047] Ниже со ссылкой на чертежи будет подробно описан первый вариант реализации настоящего изобретения.
[0048] На Фиг.1 показан вид в сечении для описания конфигурации первого варианта реализации аппарата распыления с вращающимся магнитом в соответствии с настоящим изобретением.
[0049] На Фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначена мишень; 2 - колоннообразный вращающийся вал; 3 - множественные группы спиральных пластинчатых магнитов, расположенные спирально на поверхности вращающегося вала 2; 4 - неподвижный периферийный рамочный магнит, расположенный вокруг внешней окружной периферии; 5 - внешний периферийный элемент из парамагнитного материала, который расположен на неподвижном внешнем периферийном рамочном магните 4 на противоположной стороне относительно мишени; 6 - опорная пластина, прикрепленная к мишени 1; 15 - элемент из парамагнитного материала, который закрывает колоннообразный вращающийся вал и группы 3 спиральных пластинчатых магнитов на противоположной стороне мишени; 8 - проход, позволяющий проходить по нему охладителю; 9 - элемент из изоляционного материала; 10 - обрабатываемая подложка; 11 - внутреннее пространство камеры обработки; 12 - фидерная линия; 13 - кожух, электрически соединенный с камерой обработки; 14 - внешняя стенка, ограничивающая камеру обработки; 16 - заземленная пластина, соединенная с внешней стенкой 14; и 17 - элемент из изоляционного материала, обладающий свойством хорошей стойкости по отношению к плазме.
[0050] Фидерная линия или провод 12 электрически связаны с источником 18 питания постоянного тока, источником 19 ВЧ-мощности и согласующим блоком 20. От источника 18 питания постоянного тока и источника 19 ВЧ-мощности энергия возбуждения плазмы подается на опорную пластину 6 и мишень 1 через согласующий блок 20, далее через фидерный провод 12 и корпус, и по поверхности мишени возбуждается плазма. Плазма может быть возбуждена при питании только постоянным током или только ВЧ-мощностью, но желательно применение и того, и другого ввиду управляемости качеством пленки и управляемости скоростью формирования пленки. Кроме того, частота ВЧ-мощности обычно выбирается в частотном диапазоне между несколькими сотнями кГц и несколькими сотнями МГц, но желательна высокая частота ввиду высокой плотности и низкой электронной температуры плазмы. В случае настоящего варианта реализации частота ВЧ-мощности задана на уровне 100 МГц. Заземленная пластина 16 служит пластиной заземления для ВЧ-мощности. При использовании этой заземленной пластины плазма может быть эффективно возбуждена даже в том случае, когда обрабатываемая подложка помещена в электрически высокоимпедансное состояние. Элемент 15 из парамагнитного материала дает эффект магнитного экранирования магнитного поля, создаваемого каждым магнитом, и эффект снижения флуктуаций магнитного поля из-за возмущения вблизи мишени.
[0051] Для более подробного описания магнитной части упомянутые колоннообразный вращающийся вал 2, множественные группы 3 пластинчатых магнитов, рамочный магнит 4 и элемент 5 из парамагнитного материала показаны на Фиг.2 на общем виде в перспективе и на виде в плане, видимом со стороны мишени 1 и со стороны опорной пластины 6.
[0052] Что касается материала колоннообразного вращающегося вала 2, то может быть использована обычная нержавеющая сталь или ей подобная, но предпочтительно часть вала или весь он целиком выполняется из парамагнитного материала, магнитное сопротивление которого является низким, например из сплава Ni-Fe с высокой магнитной проницаемостью или ему подобного. В случае настоящего варианта реализации колоннообразный вращающийся вал 2 выполняется из сплава Ni-Fe с высокой магнитной проницаемостью. Колоннообразный вращающийся вал 2 может приводиться во вращение посредством редуктора или электродвигателя (не показан).
[0053] Показанный колоннообразный вращающийся вал 2 имеет в своем сечении правильный восьмиугольник, и в случае настоящего варианта реализации длина одной стороны правильного восьмиугольника составляет 30 мм. К каждой поверхности колоннообразного вращающегося вала 2 присоединено большое количество пластинчатых магнитов 3 ромбической формы. Таким образом, показанный колоннообразный вращающийся вал 2 имеет конфигурацию прикрепленного к его внешней окружной периферии магнита и легко допускает увеличение толщины. Эта конструкция хорошо противостоит изгибу под действием магнитной силы, приложенной к магнитам. Для создания сильного магнитного поля стабильным образом пластинчатые магниты 3 предпочтительно выполняются в виде магнита с высокой остаточной плотностью магнитного потока, высокой коэрцитивной силой и высоким энергетическим произведением, например спеченных магнитов Sm-Co с остаточной плотностью магнитного потока приблизительно 1,1 Tл, а также спеченных магнитов Nd-Fe-B с остаточной плотностью магнитного потока приблизительно 1,3 Tл и т.п. В настоящем варианте реализации использованы спеченные магниты Nd-Fe-B. Пластинчатые магниты 3 намагничены в вертикальном направлении передних поверхностей их пластин, формируют множественные спирали посредством закрепления вокруг колоннообразного вращающегося вала 2 спиральным образом, и эти спирали, смежные друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала, формируют взаимно различающиеся магнитные полюса, то есть N-полюс и S-полюс, направленные к внешней стороне в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала.
[0054] Неподвижный внешний периферийный рамочный магнит 4 имеет конструкцию, окружающую вышеупомянутую группу вращающихся магнитов, если смотреть со стороны мишени 2, и намагничен так, чтобы сторона мишени 2 рамочного магнита 4 имела S-полюс. В настоящем варианте реализации его ширина задана равной 12 мм, а его толщина задана равной 10 мм. Для неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 4 используется спеченный магнит Nd-Fe-B по той же самой причине, что и для пластинчатых магнитов 3.
[0055] Ниже со ссылкой на Фиг.3 будет дано подробное описание формирования эрозии в соответствии с настоящим вариантом реализации.
[0056] Как указано выше, в случае, когда большое число пластинчатых магнитов 3 располагается спирально на колоннообразном вращающемся валу 2, если рассматривать пластинчатые магниты 3 со стороны мишени, компоновка выполняется так, чтобы S-полюса пластинчатых магнитов 3 приблизительно окружали периферию N-полюсов пластинчатых магнитов 3. На Фиг.3(a) показан общий вид компоновки. При такой компоновке магнитные силовые линии, исходящие от N-полюса пластинчатых магнитов 3, заканчиваются на S-полюсе их периферии. В результате большое число замкнутых областей 301 эрозии формируются на передней поверхности мишени, несколько отдаленной от поверхности пластинчатых магнитов. Кроме того, вращение колоннообразного вращающегося вала 2 вызывает, вместе со своим вращением, движение большого числа областей 301 эрозии. На Фиг.3(b) области 301 эрозии движутся в направлении, обозначенном стрелкой. Следует отметить, что краевыми участками группы 3 вращающихся магнитов области 301 эрозии создаются последовательно от одного из этих краевых участков и исчезают последовательно на другом краевом участке.
[0057] На Фиг.3(b) показаны области 301 эрозии поверхности мишени, отстоящей на 21 мм от поверхности неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 4 в соответствии с фактической конфигурацией настоящего варианта реализации. Можно отметить, что формируется большое число областей 301 эрозии. В то же самое время было обнаружено, что горизонтальное магнитное поле области 301 эрозии, т.е. напряженность магнитного поля параллельно передней поверхности мишени, также составляет 310 Гс, и, соответственно, достигнута напряженность, достаточная для удержания плазмы.
[0058] Ниже со ссылкой на Фиг.12 и Фиг.13 будет дано описание распределения горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля областей 301 эрозии. На Фиг.12 показана горизонтальная компонента напряженности магнитного поля областей 301 эрозии на поверхности мишени при фиксированной длине в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала 2 магнитов групп 3 пластинчатых магнитов и при изменяемом интервале между смежными спиралями (интервал между магнитами). Показано направление вращающегося вала и направление вращения, перпендикулярное направлению вращающегося вала. Если обратить внимание на направление вращающегося вала, то максимальная напряженность составляет приблизительно 310 Гс при интервале между магнитами приблизительно 20 мм. Было обнаружено, что когда интервал между магнитами мал, магнитные силовые линии, создаваемые между магнитами, не просачиваются, и в результате большая напряженность магнитного поля не достигается. И напротив, когда интервал между магнитами слишком велик, магнитные силовые линии пространственно рассеяны, и оптимальная величина достигается при некотором значении.
[0059] Из Фиг.13 было установлено, что только горизонтальная компонента напряженности магнитного поля в направлении вращения может быть отрегулирована почти без влияния на горизонтальную компоненту напряженности магнитного поля в направлении вращающегося вала посредством изменения ширины неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 4. Таким образом, нами было установлено, что однородное горизонтальное магнитное поле может быть получено в любом местоположении областей 301 эрозии посредством регулировки размера и/или интервала групп 3 пластинчатых магнитов и неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 4.
[0060] Далее, на Фиг.14 показано соотношение между вертикальным расстоянием до поверхности мишени от передней поверхности стороны мишени неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 4 и горизонтальной компонентой напряженности магнитного поля. Из этого графика было определено, что более сильное магнитное поле может быть получено посредством приближения поверхности мишени к неподвижному внешнему периферийному магниту 4.
[0061] Следует отметить, что хотя в настоящей варианте реализации в качестве примера используется правильный восьмиугольник в сечении колоннообразного вращающегося вала 2 и пластинчатые магниты, прикрепленные к каждой из поверхностей восьмиугольника, колоннообразный вращающийся вал 2 может иметь в поперечном сечении правильный многоугольник, больший, чем правильный восьмиугольник, и более мелкие пластинчатые магниты на каждой из поверхностей этого многоугольника, для того чтобы достичь более гладких спиралей. Альтернативно, пластинчатые магниты могут быть изменены в поперечном сечении с прямоугольника на трапецию, внешняя сторона которой расширяется в радиальном направлении вращающегося вала с тем, чтобы приблизить спирально расположенные смежные пластинчатые магниты.
[0062] Ниже со ссылкой на Фиг.5 будет дано описание преимущества, получаемого путем изменения колоннообразного вращающегося вала 2 на парамагнитный материал.
[0063] На Фиг.5 показана зависимость горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля в областях 301 эрозии от относительной магнитной проницаемости на колоннообразном вращающемся валу 2. На Фиг.5 выполнена нормировка к относительной магнитной проницаемости, составляющей 1. В соответствии с Фиг.5 было установлено, что по мере того как относительная магнитная проницаемость колоннообразного вращающегося вала 2 увеличивается, горизонтальная компонента напряженности магнитного поля также увеличивается и, в частности, когда относительная магнитная проницаемость равна или больше 100, напряженность магнитного поля увеличивается приблизительно на 60%. Это обусловлено тем, что оказывается возможным эффективно создавать магнитные силовые линии в сторону мишени посредством снижения магнитного сопротивления со стороны спирально расположенных на колоннообразном вращающемся валу пластинчатых магнитов. Таким образом, улучшается эффект удержания, проявляющийся при возбуждении плазмы, снижается электронная температура плазмы, благодаря чему может быть снижено повреждение обрабатываемой подложки. Таким образом, увеличение плотности плазмы приводит к повышению скорости формирования пленки.
[0064] Кроме того, как показано на Фиг.6, было обнаружено, что нормированная горизонтальная компонента напряженности магнитного поля увеличивается приблизительно на 10% в случае размещения неподвижного внешнего периферийного элемента из парамагнитного материала по сравнению со случаем без размещения вышеупомянутого элемента из парамагнитного материала. Кроме того, горизонтальная компонента напряженности магнитного поля увеличивается приблизительно на 30%, когда часть неподвижного внешнего периферийного элемента из парамагнитного материала продлевается на участок, смежный с колоннообразным вращающимся валом 2, и примыкает к участку магнитного материала колоннообразного вращающегося вала 2 через магнитную жидкость, и между группой вращающихся магнитов и неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом формируется магнитопровод низкого магнитного сопротивления. В этом случае параметры формирования пленки улучшаются.
Второй вариант реализации
[0065] Второй вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующим чертежом. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутому варианту реализации, для удобства не приводится.
[0066] На Фиг.7 показана компоновка вращающихся магнитов в соответствии с настоящим вариантом реализации. Следует отметить, что показанная здесь компоновка отличается от показанной в первом варианте реализации тем, что среди вращающихся магнитов те пластинчатые магниты, которые имеют S-полюса, ориентированные к внешней стороне колоннообразного вращающегося вала 2, а именно, те же самые магнитные полюса, что и магнитные полюса неподвижного периферийного рамочного магнита, ориентированные в сторону мишени, сокращены по длине вдоль оси, чтобы обеспечить узкую ширину. Эта конструкция призвана увеличить магнитные силовые линии, которые исходят из магнитов с N-полюсами и которые завершаются на неподвижных магнитах с S-полюсами, по сравнению с S-полюсами пластинчатых магнитов на колоннообразном вращающемся валу. В результате, области 701 эрозии связаны друг с другом, как показано на чертеже. Таким образом, области 701 эрозии совместно связаны, посредством чего электроны свободно перемещаются в каждую область 701 эрозии и из нее в соответствии с их дрейфом. В результате, может быть реализовано формирование пленки с превосходной однородностью без образования неравномерной плотности плазмы между соответствующими областями 701 эрозии. Следует отметить, что связывание областей 701 эрозии может также быть реализовано посредством снижения остаточной плотности магнитного потока магнита с S-полюсом или регулировки расстояния между вращающимися пластинчатыми магнитами.
Третий вариант реализации
[0067] Третий вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан со ссылкой на нижеследующий чертеж. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится.
[0068] На Фиг.8(a) показана схема, иллюстрирующая компоновку колоннообразного вращающегося вала 2, пластинчатых магнитов, прикрепленных к колоннообразному вращающемуся валу 2, и неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита. Показанные группы 3 пластинчатых магнитов, прикрепленных к колоннообразному вращающемуся валу 2, сформированы множественными группами кольцевых и пластинчатых магнитов, сцепленными в кольцевых формах, и эти группы кольцевых пластинчатых магнитов, смежные друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала 2, имеют взаимно различающиеся магнитные полюса, то есть N-полюса и S-полюса, на внешней стороне в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала 2. При такой конфигурации по мере того, как изменяется угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала 2, последовательно изменяется положение в осевом направлении каждой группы кольцевых и пластинчатых магнитов. Скорость этого изменения предпочтительно является плавной.
[0069] На Фиг.8(b) показана развернутая схема поверхности колоннообразного вращающегося вала 2 вместе со сцепленными с ним пластинчатыми магнитами. Как можно понять из чертежа, группы кольцевых пластинчатых магнитов сформированы так, чтобы быть смещенными относительно положения в осевом направлении смежных кольцевых пластинчатых магнитов, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала 2 изменяется на 180 градусов, и возвращаемыми к их исходному положению в осевом направлении, когда этот угол изменяется еще на 180 градусов.
[0070] Кроме того, как показано на Фиг.8(a), неподвижный внешний периферийный рамочный магнит имеет первый пластинчатый магнит, который установлен поблизости от одной стороны группы вращающихся магнитов и который имеет магнитный полюс, N-полюс, ориентированный к поверхности мишени, если смотреть от передней поверхности мишени, вместе с участком пластинчатого магнита, который окружает группу кольцевых вращающихся магнитов и первый пластинчатый магнит и который имеет магнитный полюс, а именно S-полюс, противоположный первому пластинчатому магниту и ориентированный к поверхности мишени.
[0071] В соответствии с настоящей конфигурацией область 801 эрозии образует единый контур, и в пределах области эрозии может быть сформирована однородная плазма с эффектом дрейфа электронов, циклически проходящих по области эрозии. Кроме того, при вращении колоннообразного вращающегося вала 2 возвратно-поступательное движение в осевом направлении вместе с его поворотом выполняет имеющая волновую форму зона эрозии, которая образована группой кольцевых пластинчатых магнитов колоннообразного вращающегося участка, обозначенного штрихпунктирной линией 802, и неподвижным магнитом на ее периферии. Таким образом, частичная выработка мишени может быть предотвращена и, кроме того, область 801 эрозии принимает форму волны, тем самым увеличивая отношение площади эрозии к площади мишени и реализуя большую скорость формирования пленки.
Четвертый вариант реализации
[0072] Четвертый вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующим чертежом. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится.
[0073] На Фиг.9(a) показана схема, иллюстрирующая компоновку колоннообразного вращающегося вала 2, пластинчатых магнитов, прикрепленных к колоннообразному вращающемуся валу 2, и неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита. Группами 3 пластинчатых магнитов, прикрепленными к колоннообразному вращающемуся валу 2, образованы множественные группы кольцевых пластинчатых магнитов посредством прикрепления пластинчатых магнитов в кольцевой форме, и эти группы кольцевых пластинчатых магнитов, смежные друг с другом в осевом направлении колоннообразного вращающегося вала, взаимно обеспечивают различные магнитные полюса на внешней стороне в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала 2, то есть N-полюс и S-полюс, и по мере того как угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала 2 изменяется, последовательно изменяется положение в осевом направлении каждой группы кольцевых пластинчатых магнитов.
[0074] На Фиг.9(b) показана развернутая схема поверхности колоннообразного вращающегося вала 2 вместе пластинчатыми магнитами, сцепленными с колоннообразным вращающимся валом. Как можно понять из чертежа, группа кольцевых пластинчатых магнитов сформирована так, чтобы положения смежных кольцевых пластинчатых магнитов в осевом направлении были смещены, когда угол в диаметральном направлении колоннообразного вращающегося вала 2 изменяется на 180 градусов, и возвращались к исходному положению в осевом направлении, когда этот угол изменяется еще на 180 градусов. Таким образом, неподвижный внешний периферийный рамочный магнит составляет конфигурацию, окружающую группу вращающихся магнитов, если смотреть со стороны поверхности мишени, а также формирует магнитный полюс, который указан как S-полюс, ориентированный к стороне поверхности мишени на этом чертеже.
[0075] В соответствии с настоящей конфигурацией каждая область 901 эрозии возвратно-поступательно перемещается вдоль осевого направления вместе с вращением вращающихся магнитов, и мишень вырабатывается равномерно. Кроме того, в отличие от спиральной компоновки, никакая область 901 эрозии не образуется и не исчезает на вращающемся краевом участке магнита, поэтому флуктуация импеданса плазмы снижается, тем самым позволяя обеспечить устойчивое энергопитание. Также очевидно, что один магнитный полюс группы кольцевых пластинчатых магнитов сделан подобным тому, например, что и во втором варианте реализации, в результате чего ширина в осевом направлении магнита с S-полюсом может быть уменьшена по сравнению с магнитом с N-полюсом или может быть достигнута однородность плазмы посредством регулировки интервала между магнитами для контакта областей эрозии.
Пятый вариант реализации
[0076] Пятый вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующим чертежом. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится.
[0077] На Фиг.11 показан вид в сечении для описания конфигурации пятого варианта реализации аппарата распыления с вращающимся магнитом в соответствии с настоящим изобретением.
[0078] На Фиг.11 ссылочной позицией 3 обозначены множественные группы спиральных пластинчатых магнитов, спирально расположенные на поверхности колоннообразного вращающегося вала 2, 4 - неподвижные внешние периферийные рамочные магниты, расположенные на внешней окружной периферии, 5 - внешний периферийный элемент из парамагнитного материала, расположенный в неподвижных внешних периферийных рамочных магнитах 4 обращенным в противоположную от мишени сторону, 15 - элемент из парамагнитного материала, составляющий конфигурацию, закрывающую колоннообразный вращающийся вал 2 и группы 3 спиральных пластинчатых магнитов, за исключением стороны мишени, 18 - источник питания постоянного тока, 19 - источник ВЧ-мощности, 20 - согласующий блок, 21 - защитная стенка, установленная последовательно от периферии опорной пластины, 22 - пространство, окруженное защитной стенкой 21 и опорной пластиной, а 23 - уплотняющее кольцо.
[0079] Уплотняющее кольцо 23 установлено для того, чтобы можно было снижать давление в пространстве 22, используя вакуумный насос (не показан). Редуктор и электродвигатель для вращения колоннообразного вращающегося вала 2 могут быть установлены в пределах пространства с пониженным давлением или могут быть задействованы со стороны атмосферы при соответствующем уплотнении вала. В соответствии с настоящей конфигурацией разность давления между внутренним пространством камеры обработки и пространством 22 снижена, в результате чего может быть уменьшена толщина опорной пластины 116. Другими словами, в соответствии с настоящей конфигурацией толщина мишени 111 может быть увеличена, а частота замены мишени сокращена, что улучшает производительность.
[0080] По мере того как материал мишени вырабатывается, поверхность мишени приближается к магнитам. Как можно понять из Фиг.14, по мере того как поверхность мишени приближается к магнитам, напряженность магнитного поля, плотность плазмы и скорость формирования пленки увеличиваются. В случае с настоящим вариантом реализации колоннообразный вращающийся вал 2, неподвижный внешний периферийный рамочный магнит 4, группы 3 спиральных пластинчатых магнитов, неподвижный внешний периферийный элемент 5 из парамагнитного материала и элемент 15 из парамагнитного материала могут перемещаться одновременно с линейной направляющей (не показана) в направлении, перпендикулярном поверхности мишени (участки жирной линии на чертеже). Соответственно, мишень отделяется от опорной пластины на расстояние выработанного количества мишени, в результате чего та же самая напряженность магнитного поля постоянно формируется на равномерно выработанной поверхности мишени. Таким образом, даже когда мишень выработана, достигается одинаковая скорость формирования пленки, что и на начальной стадии, и, соответственно, устойчивое формирование пленки может быть получено постоянно.
Шестой вариант реализации
[0081] Шестой вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующими чертежами. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится. Настоящий вариант реализации призван реализовать усовершенствование относительно проблем с конфигурацией, показанной на Фиг.1. А именно, авторами изобретения и другими было обнаружено, что в случае использования конфигурации, показанной на Фиг.1, магнитный поток от неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 4 вытекает не только к участку внутренней стороны мишени 1, но также и к внешней стороне мишени, вообще говоря, с той же самой напряженностью, которая также создает плазму с внешней стороны мишени, и эта плазма вызывает проблему, состоящую в том, что эта плазма расходует избыточную энергию, которая не вносит вклад в распыление, а также эродирует иные элементы помимо мишени. Во избежание этой проблемы, в рамках варианта реализации, показанного на Фиг.15, к форме неподвижного внешнего периферийного магнита и конфигурации неподвижного внешнего периферийного элемента из парамагнитного материала, закрывающего неподвижный внешний периферийный рамочный магнит, добавлено соответствующее устройство.
3
e
i
e
е
i
e
[0082] Шестой вариант реализации настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на Фиг.15. Использован колоннообразный полый вращающийся вал 1502 с применением сплава Ni-Fe с большой магнитной проницаемостью с внешним диаметром 74 мм, внутренним диаметром 58 мм и толщиной 8 мм, со спиральными пластинчатыми магнитами 1503 толщиной 12 мм, сформированными так, чтобы быть заделанными на 2 мм в его внешнюю окружную периферию, как показано на Фиг.16. Следует отметить, что на Фиг.16 показан также неподвижный внешний периферийный рамочный магнит 1504. Длина в осевом направлении спирального участка составляет 307 мм. Колоннообразный вращающийся вал 1502 выполнен в полой конфигурации, тем самым реализуя снижение веса. Кроме того, как показано на Фиг.15, неподвижный внешний периферийный рамочный магнит 1504 выполнен в трапецеидальной конфигурации с размерами 11 мм со стороны мишени 1501, 8 мм с противоположной мишени стороны и 15 мм по высоте. Кроме того, в соответствии с шестым вариантом реализации настоящего изобретения неподвижный внешний периферийный элемент 1505 из парамагнитного материала установлен непрерывным образом и расположен вдоль передней поверхности противоположной стороны мишени 1501, боковой поверхности внешней стороны, если смотреть со стороны мишени, неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 1504 и области внутренней стороны в 7,3 мм от внешней стороны передней поверхности мишени, смежной с неподвижным внешним периферийным рамочным магнитом 1504. Таким образом, предотвращается попадание магнитного потока от неподвижного внешнего периферийного рамочного магнита 1504 на внешнюю сторону мишени, горизонтальное магнитное поле может быть эффективно сформировано только на передней поверхности мишени 1501, и плазма может быть возбуждена с высокой эффективностью только на передней поверхности мишени. Фотография временного изменения плазмы на поверхности мишени в данный момент времени показана на Фиг.17. Что касается условий возбуждения плазмы, то газ аргон вводится с расходом 1000 см в минуту, и ВЧ-энергия частотой 13,56 МГц подается при мощности 800 Вт. Колоннообразный вращающийся вал вращается с частотой 1 Гц. Как можно понять из фотографии с левой стороны Фиг.17 (показывающей изменение ситуации сверху вниз со временем), от левого края вращающегося вала стабильно генерируется плазменный контур 1701 (контур эрозии), перемещаемый вместе вращением, и, как можно понять из фотографии с правой стороны Фиг.17 (показывающей изменение ситуации сверху вниз со временем), этот контур на мишени стабильно исчезает с правого края вращающегося вала. Кроме того, на Фиг.18 показана фотография выработанного состояния мишени после продолжительного электрического разряда. Из чертежа можно видеть, что поверхность мишени выработана не местами, а равномерно. Кроме того, на Фиг.24 показана зависимость от давления электронной температуры, электронной плотности и плазменного потенциала плазмы, измеряемой зондом Лэнгмюра. Измеряемая плазма характеризуется как плазма газа аргона, для которой ВЧ-мощность составляет 800 Вт, и измерение выполнялось в местоположении, отдаленном на 40 мм от поверхности мишени. Здесь показан случай, когда постоянный ток не применяется и применяется мощность постоянного тока (ПТ) 400 Вт. В соответствии с чертежом, нами было установлено, в частности, что когда давление равно или больше чем приблизительно 20 мТорр, электронная температура становится равной или меньшей 2 эВ, и генерируется плазма с очень низкой электронной температурой. Энергия испускания ионов, испускаемых на обрабатываемую подложку, которая находится в электрически высокоимпедансном состоянии, определяется как kT/2×ln(0,43×m/m), где k обозначает постоянную Больцмана, Т - электронная температура, m обозначает массу плазменного иона, и m - масса электрона. В случае газа аргона, когда электронная температура равна или меньше 1,9 эВ, энергия испускания ионов становится равной или меньший 10 эВ, в результате чего повреждение основной подложки во время начальных стадий формирования пленки может быть предотвращено в максимально возможной степени. Соответственно, на начальных стадиях формирования пленки такое формирование пленки предпочтительно начинается в области высокого давления.
Седьмой вариант реализации
[0083] Седьмой вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующими чертежами. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится. В настоящем варианте реализации, как показано на Фиг.19, электрически заземленный элемент 1901, вытянут и открывается в том же самом направлении, что и осевое направление группы 1503 спиральных пластинчатых магнитов, тем самым формируя разрез 1903 для частичного обнажения мишени 1501. Элемент 1901 расположен на противоположной стороне мишени 1501 относительно вышеупомянутых групп спиральных пластинчатых магнитов, а именно на стороне обрабатываемой подложки. Элемент 1901 частично закрывает край мишени 1501 и изолирован от мишени 1501, будучи связанным со стенкой 1902 камеры обработки. Элемент 1901 образует разрез 1903, частично обнажающий мишень. То есть разрез имеет заземленная пластина 1901. Ширина 1904 и длина разреза 1903 заданы такими, чтобы экранировать область, где на обрабатываемой подложке осаждается менее 80% от максимальной толщины пленки за единицу времени в отсутствии разреза 1903, когда обрабатываемая подложка является неподвижной, а группа 1503 спиральных пластинчатых магнитов вращается с постоянной частотой. В настоящем варианте реализации материал мишени представляет собой чистый алюминий. Более подробное описание приводится со ссылкой на Фиг.20. На Фиг.20 показано распределение скоростей формирования пленки в направлении, перпендикулярном оси колоннообразного вращающегося вала, когда кремниевая подложка помещена и противопоставлена в положении, отдаленном от поверхности мишени на 30 мм. На Фиг.20 показаны случаи, когда ширина разреза 1904 составляют 114 мм и 60 мм. На Фиг.20 нормировка выполнена посредством использования максимальной скорости формирования пленки, имеющей место в центре. Заземленная пластина 1901, снабженная разрезом 1903, представляет собой пластину из нержавеющей стали толщиной 2 мм в положении, отдаленном от поверхности мишени на 26 мм. Ширина мишени составляет 102 мм. В случае ширины разреза 114 мм, существенно рассеянные частицы мишени достигают кремниевой подложки, будучи не экранированными пластиной с разрезом 114 мм, и пленка формируется. С другой стороны, в случае ширины разреза 60 мм, участок, равный или меньший 80% от максимальной скорости формирования пленки, экранируется. Кроме того, на Фиг.21 показана контурная карта или карта линий уровня распределения горизонтального магнитного поля на поверхности мишени. На Фиг.21 показан случай, когда колоннообразный вращающийся вал принимает определенную фазу, но когда берется по существу среднее по времени значение относительно всех фаз, максимальная средняя горизонтальная компонента напряженности магнитного поля составляет 392 Гс, а в случае ширины разреза 60 мм - в диапазоне, равном или меньшем 295 Гс. Из этого факта понятно, что когда ширина разреза становится равной 60 мм, возможно экранировать область, которая является не большей, чем 75% от максимального среднего значения горизонтальной компоненты напряженности магнитного поля, и которое составляет не больше чем 295 Гс, если ее наблюдать со стороны обрабатываемой подложки. В случае ширины разреза 60 мм, когда формирование пленки выполняется на обрабатываемой подложке одновременно с облучением плазмой, атомы алюминия быстро осаждаются в металлическую пленку, в результате чего электризация обрабатываемой подложки может быть предотвращена. Таким образом, может быть предотвращено повреждение накопленными зарядами. Ниже приводится подробное описание со ссылкой на Фиг.22 и Фиг.23. На Фиг.22 показана зависимость выхода от отношения площади антенны, когда алюминий формируют на пластине диаметром 200 мм, на которой сформированы МОП-конденсаторы с антенной (окисная пленка толщиной 4 нм), и их отношения площади антенны изменяются от десяти до одного миллиона. Каждое отношение площади антенны является отношением между площадью управляющего электрода (электрода антенны) и площадью затвора МОП-конденсаторов. Чем больше электрод антенны, тем больше плазменных зарядов собирается. По мере того как электрод антенны становится большим, к изолирующей пленке затвора прикладывается избыточное магнитное поле и, следовательно, вызывается увеличение тока утечки и происходит пробой диэлектрика. В настоящем варианте реализации кремниевая подложка помещена в положение, удаленное на 30 мм от поверхности мишени, и подложка перемещается со скоростью 1 см в секунду один раз туда и обратно под разрезом в направлении, перпендикулярном продольному направлению разреза так, чтобы все области этой пластины прошли под открытым участком разреза. Из-за одноразового перемещения туда и обратно все области пластины проходят через открытый участок разреза дважды. Условия формирования пленки представляют собой давление 80 мТорр, ВЧ-мощность 1000 Вт и мощность постоянного тока 1000 Вт. Как можно видеть из чертежа, было обнаружено, что когда ширина разреза равна 114 мм, повреждение накопленными зарядами появляется с отношения площади антенны в сто тысяч, что ухудшает выход, но когда ширина разреза равна 60 мм, повреждение не появляется до отношения площади антенны в один миллион. Далее, на Фиг.23 показаны результаты изучения в том случае, когда отношение площади антенны составляет десять тысяч, антенная МОП-структура с гребенчатой антенной подвергнута тому же самому формированию пленки, и при этом был исследован выход. На Фиг.23, при ширинах линий гребенки 0,2 мкм и 0,4 мкм, отношение линия-пространство изменяется как 1:1, 1:2 и 1:3. Как показано на чертеже, с гребенчатой антенной, также как и в случае ширины разреза 114 мм, при всех условиях появляется повреждение накопленными зарядами, вызывая снижение выхода до приблизительно 80%, но в случае ширины разреза 60 мм повреждения не происходит вовсе.
Восьмой вариант реализации
[0084] Восьмой вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующим чертежом. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится. Аппарат распыления с вращающимся магнитом в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используется в качестве аппарата формирования пленки возвратно-поступательного типа, как показано на Фиг.4.
[0085] На Фиг.4 ссылочной позицией 401 обозначена камера обработки, 402 - задвижка, 403 - обрабатываемая подложка, а 404 - участок возбуждения плазмы вращающимся магнитом, показанный в седьмом варианте реализации. Следует отметить, однако, что в седьмом варианте реализации длина спирального участка в осевом направлении составляет 307 мм, а в настоящем варианте реализации эта длина составляет 2,7 м. В настоящем варианте реализации частота возбуждения плазмы задана составляющей 13,56 МГц. Эта частота предпочтительно должна быть высокой частотой, например приблизительно 100 МГц, с целью увеличения плотности и уменьшения электронной температуры плазмы, но в настоящем варианте реализации участок возбуждения плазмы составляет приблизительно 2,7 м, а, с другой стороны, длина волны при частоте 100 МГц составляет 3 м. Таким образом, когда участок возбуждения сопоставим с длиной волны, возбуждается стоячая волна и имеется вероятность того, что плазма станет неоднородной. Когда частота составляет 13,56 МГц, длина волны составляет 22,1 м, так что длина участка возбуждения плазмы достаточно короче длины волны, и возникновения неоднородной плазмы можно избежать благодаря влиянию стоячей волны. В настоящем варианте реализации используются четыре участка 404 возбуждения плазмы вращающимся магнитом. Таким образом, существенная скорость формирования пленки может быть увеличена. Число участков возбуждения не ограничено четырьмя. Обрабатываемая подложка 403 представляет собой стеклянную подложку 2,2 м × 2,5 м и устанавливается при выборе вертикального направления в 2,5 м в настоящем варианте реализации, в результате чего формирование пленки можно было выполнить на обрабатываемой подложке по существу равномерно, подвергая подложку возвратно-поступательному движению в вертикальном направлении относительно колоннообразного вращающегося вала для участка возбуждения плазмы вращающимся магнитом. Для того чтобы выполнять формирование пленки равномерно, обрабатываемая подложка 403 может быть пропущена в одном направлении без выполнения возвратно-поступательного движения или может быть использован способ перемещения участка 404 возбуждения плазмы вращающимся магнитом. В настоящем варианте реализации обрабатываемая подложка 403 подвергается возвратно-поступательному движению, в результате чего часть подложки последовательно подвергается воздействию области плазмы, возбужденной с помощью участка возбуждения плазмы вращающимся магнитом, и тонкая пленка может быть сформирована однородной. Относительно скорости вращения вращающегося магнита, время на совершение одного вращения устанавливается меньшим, чем время прохождения подложки, в результате чего равномерное формирование пленки может быть выполнено без влияния мгновенной картины эрозии. Обычно скорость прохождения подложки составляет 60 секунд на лист, а скорость вращения вращающегося магнита составляет 10 Гц. Следует отметить, что в настоящем варианте реализации обрабатываемая подложка была подвергнута возвратно-поступательному движению, но аппарат может быть сконфигурирован как аппарат формирования пленки с пропусканием, чтобы позволить проходить через единственный или множественные участки возбуждения плазмы вращающимся магнитом только однажды для выполнения формирования пленки.
Девятый вариант реализации
[0086] Девятый вариант реализации настоящего изобретения будет подробно описан в связи с нижеследующими чертежами. Следует отметить, что описание частей, излишних по отношению к вышеупомянутым вариантам реализации, для удобства не приводится. Аппарат распыления с вращающимся магнитом в соответствии с настоящим изобретением показан на Фиг.25. Колоннообразный вращающийся вал, группы вращающихся магнитов и неподвижный внешний периферийный магнит имеют те же самые размеры и конфигурацию, как и в седьмом варианте реализации. Обрабатываемая подложка 2502 представляет собой полупроводниковую пластину диаметром 200 мм и устанавливается на столике, способном совершать вращательное движение для установки перед поверхностью мишени. Одновременно с вращением колоннообразного вращающегося вала для создания плазмы, которая является равномерной в среднем по времени на поверхности мишени, было выполнено формирование пленки на пластине 2502 путем вращения вышеупомянутого столика. Открытым участком 2501 разреза ширина разреза около центра пластины уменьшена, в результате чего может быть выполнено равномерное формирование пленки на этой пластине. Кроме того, как показано на Фиг.26, открытый участок 2601 разреза принят в виде прямоугольника, а центр обрабатываемой подложки 2602 смещается от центра открытого участка разреза, в результате чего может быть также достигнута равномерность распределения формирования пленки.
[0087] Как указано выше, настоящее изобретение было описано с помощью вариантов его реализации, но размеры магнитов, размеры подложки и т.п. не ограничиваются этими вариантами реализации.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0088] Аппарат магнетронного распыления в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для формирования изолирующей пленки или проводящей пленки на полупроводниковой пластине или т.п., может также быть применен для формирования покрытия на подложке, такой как стеклянная подложка для устройств с плоским дисплеем или т.п., и может быть использован для формирования пленки распылением при производстве запоминающих устройств и других электронных устройств.