JP5834944B2 - マグネトロンスパッタ装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
特許文献1〜3には、ウエハに対して成膜を行う技術について記載されているが、既述の課題については記載されていない。
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
被処理基板の周縁部側及び中央部側を夫々外側及び内側と呼ぶとすると、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる外側環状磁極列と、この外側環状磁極列に隣接して当該外側環状磁極列よりも内側に位置し、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる内側環状磁極列と、により環状磁極列の組を形成し、前記環状磁極列の組を外側から内側に向かって複数組設けたことと、
前記環状磁極列の組をなす外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とを、互いに異極にしたときに、当該互いに異極をなす一方のN極と他方のS極とにより形成された磁界により、電子が被処理基板の周方向に沿ってドリフト運動し、環状のプラズマを形成するように構成したことと、
前記環状磁極列の複数組の間で、外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とが互いに異極になる環状磁極列の組を時間的に入れ替えて前記環状のプラズマの発生場所が被処理基板の径方向に移動するように、前記環状磁極列の磁極を動かすための作動機構と、
前記複数組の環状磁極列の全体を被処理基板の周方向に沿って回転させるための回転機構と、を備えたことを特徴とする。
前記ターゲットと被処理基板との間の処理領域に対して、前記ターゲットと反応する活性種を発生させる反応ガス及びこの反応ガスを活性化するためのプラズマ発生用ガスを供給するためのガス供給路を備えた構成。被処理基板に対して成膜処理を行う時は、前記ターゲットと被処理基板との間の離間寸法が30mm以下である構成。
一の組の内側環状磁極列の磁極と当該組の内側に隣接する他の組の外側環状磁極列の磁極とは、前記磁石部材のN極及びS極から選択された一方の磁極及び他方の磁極に相当し、当該一の組の外側環状磁極列の磁極と当該他の組の内側環状磁極列の磁極とは互いに同極である構成。
前記被処理基板の周縁部側及び中央部側を夫々外側及び内側と呼ぶとすると、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる外側環状磁極列と、この外側環状磁極列に隣接して当該外側環状磁極列よりも内側に位置し、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる内側環状磁極列と、により環状磁極列の組を形成し、前記環状磁極列の組を外側から内側に向かって複数組設けて構成されたマグネトロンスパッタ装置を用いて、被処理基板に対してスパッタ成膜を行う方法において、
電源部から前記ターゲットに電圧を印加する工程と、
前記複数組の環状磁極列の全体を被処理基板の周方向に沿って回転させる工程と、
前記環状磁極列の組をなす外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とを、互いに異極にし、当該互いに異極をなす一方のN極と他方のS極とにより形成された磁界により、電子が被処理基板の周方向に沿ってドリフト運動することで環状のプラズマを形成する工程と、
前記環状磁極列の磁極を動かすことにより、前記環状磁極列の複数組の間で、外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とが互いに異極になる環状磁極列の組を時間的に入れ替えて前記環状のプラズマの発生場所を被処理基板の径方向に移動させる工程と、を含むことを特徴とする。
本発明のマグネトロンスパッタ装置の第1の実施の形態について、図1〜図16を参照して説明する。始めにこの装置の概略について説明すると、この装置は、図1に示すように、ウエハWを収納するための真空容器2と、この真空容器2の上方側に設けられた例えばチタン(Ti)などからなるターゲット21とを備えており、磁場(カスプ磁界100)及び電界により形成されるマグネトロン放電によって、ターゲット21をスパッタするように構成されている。そして、後述の図12に示すように、ウエハWの中心部側と外周部側とにおいて磁場の発生場所を順次P1〜P4の間で切り替えることにより、スパッタによりウエハW上に成膜される薄膜について、ウエハWの面内において膜厚の均一性及び膜質(組成)の均一性が得られるようにしている。以下に、この装置の全体構成について詳述する。
以上説明した第1の実施の形態において、マグネット部材4を偏心回転させない場合、即ちマグネット部材4をウエハWの中心部を通る鉛直軸周りに自転させる場合、主マグネット環状体51〜53の下方位置では、ターゲット21のエロージョンが発生しにくい。また補助マグネットの磁界は、スパッタを抑制する回転位置においても多少の磁界が半径方向両側に形成されるため少なからず意図しないエロージョンが生ずる場合がある。
そこで、以下に説明する第2の実施の形態では、マグネット部材4を偏心回転させない場合であっても、ターゲット21の面内に亘って均一なエロージョンが起こるように構成している。さらに意図する環状エロージョンのみを正確に形成することができる。
この場合には、磁場P1〜P4のうちある磁場Pを形成する時は、当該磁場Pの内周側の環状体及び外周側の環状体をターゲット21に近接する位置に夫々下降させて、これら環状体の高さ位置を揃える。一方、この磁場Pの形成を阻害する時は、前記内周側の環状体及び前記外周側の環状体の一方の環状体に対して、他方の環状体を上方側に退避させて、これら環状体を互いに離間させる。
ここで、成膜処理を行う時のターゲット21とウエハWとの間の離間距離hは、狭すぎると放電が発生しにくくなるため、10mm以上であることが好ましい。
2 真空容器
4 マグネット部材
5 磁石部材
21 ターゲット
23 電源部
25 ガス供給管
51〜53 主マグネット環状体
55、55 補助マグネット環状体
Claims (11)
- 真空容器内に載置された被処理基板に対向するようにターゲットを配置し、このターゲットの背面側にマグネットを設けたマグネトロンスパッタ装置において、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
被処理基板の周縁部側及び中央部側を夫々外側及び内側と呼ぶとすると、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる外側環状磁極列と、この外側環状磁極列に隣接して当該外側環状磁極列よりも内側に位置し、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる内側環状磁極列と、により環状磁極列の組を形成し、前記環状磁極列の組を外側から内側に向かって複数組設けたことと、
前記環状磁極列の組をなす外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とを、互いに異極にしたときに、当該互いに異極をなす一方のN極と他方のS極とにより形成された磁界により、電子が被処理基板の周方向に沿ってドリフト運動し、環状のプラズマを形成するように構成したことと、
前記環状磁極列の複数組の間で、外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とが互いに異極になる環状磁極列の組を時間的に入れ替えて前記環状のプラズマの発生場所が被処理基板の径方向に移動するように、前記環状磁極列の磁極を動かすための作動機構と、
前記複数組の環状磁極列の全体を被処理基板の周方向に沿って回転させるための回転機構と、を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。 - 前記ターゲットと被処理基板との間の処理領域に対して、前記ターゲットと反応する活性種を発生させる反応ガス及びこの反応ガスを活性化するためのプラズマ発生用ガスを供給するためのガス供給路を備えたことを特徴とする請求項1に記載のマグネトロンスパッタ装置。
- 被処理基板に対して成膜処理を行う時は、前記ターゲットと被処理基板との間の離間寸法が30mm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のマグネトロンスパッタ装置。
- 前記被処理基板と平行な面に沿ってN極及びS極が形成された磁石部材の複数を被処理基板の周方向に沿って配列すると共に各々の磁石部材が前記作動機構により被処理基板と直交する軸の周りに回転できるように構成し、
一の組の内側環状磁極列の磁極と当該組の内側に隣接する他の組の外側環状磁極列の磁極とは、前記磁石部材のN極及びS極から選択された一方の磁極及び他方の磁極に相当し、当該一の組の外側環状磁極列の磁極と当該他の組の内側環状磁極列の磁極とは互いに同極であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。 - 前記作動機構は、外側環状磁極列及び内側環状磁極列の少なくとも一方を、当該一方の環状磁極列の中心を軸として回転させるものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
- 一の組の内側環状磁極列の磁極と当該組の内側に隣接する他の組の外側環状磁極列の磁極とは兼用されることを特徴とする請求項1、2、3または5に記載のマグネトロンスパッタ装置。
- 前記電源部からターゲットに供給される電力は、前記ターゲットのスパッタにより被処理基板上に形成される薄膜の組成が面内に亘って揃うように、前記磁界を形成する環状磁極列の組が外側の組であるときよりも、内側の組であるときの方が小さく設定されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
- 前記電源部からターゲットに電力が供給される時間の長さは、前記ターゲットのスパッタにより被処理基板上に形成される薄膜の膜厚が面内に亘って揃うように、各々の環状磁極列の組毎に個別に調整されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
- 真空容器内に載置された被処理基板に対向するようにターゲットを配置し、このターゲットの背面側にマグネットを設けたマグネトロンスパッタ装置であって、
前記被処理基板の周縁部側及び中央部側を夫々外側及び内側と呼ぶとすると、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる外側環状磁極列と、この外側環状磁極列に隣接して当該外側環状磁極列よりも内側に位置し、被処理基板の周方向に沿って磁極を配列してなる内側環状磁極列と、により環状磁極列の組を形成し、前記環状磁極列の組を外側から内側に向かって複数組設けて構成されたマグネトロンスパッタ装置を用いて、被処理基板に対してスパッタ成膜を行う方法において、
電源部から前記ターゲットに電圧を印加する工程と、
前記複数組の環状磁極列の全体を被処理基板の周方向に沿って回転させる工程と、
前記環状磁極列の組をなす外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とを、互いに異極にし、当該互いに異極をなす一方のN極と他方のS極とにより形成された磁界により、電子が被処理基板の周方向に沿ってドリフト運動することで環状のプラズマを形成する工程と、
前記環状磁極列の磁極を動かすことにより、前記環状磁極列の複数組の間で、外側環状磁極列の磁極と内側環状磁極列の磁極とが互いに異極になる環状磁極列の組を時間的に入れ替えて前記環状のプラズマの発生場所を被処理基板の径方向に移動させる工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 前記環状のプラズマを形成する工程は、前記ターゲットと被処理基板との間の処理領域に対して、前記ターゲットと反応する活性種を発生させる反応ガス及びこの反応ガスを活性化するためのプラズマ発生用ガスを供給して行う工程であることを特徴とする請求項9に記載の成膜方法。
- 前記被処理基板に対してスパッタ成膜を行うときには、前記ターゲットと被処理基板との間の離間寸法を30mm以下に設定することを特徴とする請求項9または10に記載の成膜方法。
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