JPS6260866A - マグネトロンスパツタ装置 - Google Patents

マグネトロンスパツタ装置

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JPS6260866A
JPS6260866A JP60171327A JP17132785A JPS6260866A JP S6260866 A JPS6260866 A JP S6260866A JP 60171327 A JP60171327 A JP 60171327A JP 17132785 A JP17132785 A JP 17132785A JP S6260866 A JPS6260866 A JP S6260866A
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    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3455—Movable magnets
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ターゲット上に、ターゲットの中心ＯＴを包囲し、且つ
ターゲットの中心から任意の距離ｒでの磁場の長さΣａ
ｌｔｒ＞をその場所のターゲット中心からの距離ｒで割
った値Σａｌ−／ｒが一定になるような形状のリング状
閉磁場を形成し、このリング状閉磁場をターゲット中心
を中心にしてターゲット面と平行に回転させながらスパ
ッタ処理を行うマグネトロンスパッタ装置であって、タ
ーゲット面の広い範囲におけるスパッタレートを均一化
し、ターゲット寿命の延長及びスパッタ膜厚の均一化を
図る。
〔産業上の利用分野〕
本発明はマグネトロンスパッタ装置に係り、特にリング
状の閉磁場をターゲットの面に沿って回転させる方式の
マグネトロンスパッタ装置におけるリング状閉磁場の形
状に関する。
半導体装置等の電極配線に用いられる金属薄膜を形成す
る際の一方法としてスパッタリング法がある。
このスパッタリング法では従来直流スパッタ法、交流ス
パッタ法等があったが、何れも金属膜の成長速度が蒸着
法に比べて大幅に劣るので、通常の配線材料であるアル
ミニウム或いはアルミニウム合金膜の形成等に際しては
殆ど実用されていなかった。
然し近時、ターゲットに作用するプラズマを磁場を用い
高密度に閉じ込めることによってスパッタ速度を大幅に
向上させるマグネトロンスパッタ技術が開発されるに及
び、この方法がステップ・カバレージ性に優れ、且つア
ルミニウムーシリコン等の合金膜を形成する際その合金
組成を正確且つ均一に保てるという利点と相俟って、近
時ＬＳＩの製造等において多く用いられるようになって
来ている。
しかしながら該マグネトロンスパッタ法においてはター
ゲット上におけるスパッタ速度の大きな分布によって、
ターゲット寿命の低下、スパッタ膜の厚さの不均一等の
問題を生じており、スパッタ速度のターゲット面内分布
の少ないマグネトロンスパッタ装置が要望されている。
〔従来の技術〕
第６図は、回転するリング状閉磁場によってプラズマを
閉じ込め、該プラズマによってターゲット金属のスパッ
タリングを行う方法に用いるマグネトロンスパッタ装置
を示す模式図である。
図中、５１はターゲット、５２は金属よりなるバッキン
グ・プレート、５３はインジウム合金等よりなる低融点
の半田材、５４はリング状の閉磁場を形成する永久磁石
、５５は絶縁板、５６は金属性チャンバ、５７は基板支
持腕、５日は被加工基板、５９は防着板、６０は真空パ
ツキン、６１は真空排気口、６２はガス導入口、６３は
直流電源、６４は接地を示す。
例えばアルミニウム（Ａｊ！）膜のスパックリングに際
しては、Ａ１のターゲット５１をバッキング・プレート
５２上に半田材５３によって固着し、基板支持腕５７に
例えば半導体基板等よりなる被加工基板５日を固持せし
めた金属性チャンバ５６を、絶縁板５５を介してバッキ
ング・プレート５２上に被せ、真空排気口６１を開いて
該チャンバ５６内を高真空に排気し、ガス導入口６２を
開いて例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを所定ｉｔ大して該
チャンバ５６内を１０−２〜１０”　ｆｆＴｏｒｒ程度
のＡｒガス圧にし、直流電源６３によりターゲット５１
とチャンバ５６間に所定の電圧を印加してプラズマを発
生させ、バッキング・プレート５２後部に配設されたリ
ング状の閉磁場を形成する磁石５４をその偏心した場所
を中心にして回転させてターゲット５１上を該リング状
の閉磁場で閉じ込められたプラズマで走査することによ
って、ターゲット５１材料即ちＡ１が急速にスパッタさ
れて被加工基板５８面へ被着される。
第７図は、上記マグネトロンスパッタ法において、従来
用いられていたリング状の閉磁場を形成する円形の永久
磁石５４を模式的に示す平面図（ａｌ及びＡ−Ａ矢視断
面図（ｂ）である。
図において、６５は磁性体の磁石基板、６６はＮ極、６
７はＳ極、０．４は磁石の中心、０．は回転中心を示す
。
かかる磁石５４を用いた場合、鎖線で示すターゲット５
１上にはリング状の閉磁場ＣＭＦが形成され、プラズマ
ＰＬは図示するように閉磁場ＣＭＰ内に高密度に閉じ込
められる。
そして磁石５４の偏心回転に伴って上記閉磁場聞Ｆ内に
閉じ込められたプラズマＰＬがターゲット５１上を移動
照射し、ターゲット５１面の異なる領域が順次プラズマ
ＰＬに叩かれてスパッタする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
然し上記円形の永久磁石をリング状閉磁場の形成に用い
る従来のマグネトロンスパッタ法においては、ターゲッ
ト上におけるスパッタ・レートが場所によって大きく異
なり、例えば第８図に示すターゲットの模式側断面図の
ように、ターゲット５１面の特定な領域α、β等が特に
多量にスパッタされてこの領域α、β等が深く挾れ、こ
れによってターゲット寿命が大幅に低下し、且つ形成さ
れるスパッタ膜の膜圧に大きな分布を生ずるという問題
があった。
〔問題点を解決するための手段〕
第１図は本発明の原理を示す模式平面図で、図中、Ｂ＋
−Ｂｚ　は磁場形成領域、ＯＴはターゲットの中心（リ
ング状閉磁場の回転中心）、ΣＡｌ−１（２）〜Σａ　
ｌＺ／　（ｒｔｒ　）はターゲット中心ＯＴからｒ、〜
ｒ１１　の距離の場所の磁場形成領域８１〜Ｂ１１の長
さを示す。
上記問題点は同図に示すように、ターゲットの中心ＯＴ
から偏心した位置に中心を有し、該ターゲット中心ＯＴ
を包囲し、該ターゲット中心ＯＴから任意の距離ｒ　Ｉ
　””　ｒ　ｌ　１での磁場の長さの総和ΣＡＬ、（ｒ
、）〜ΣａＬ１（’ｒｒｔ）を、それぞれの場所のター
ゲット中心ＯＴからの距離ｒ、〜ｒｌ＋でそれぞれ割っ
た値 〔Σ４１／　）　／ｒ、〜〔Σ４）ｕ〕／ｒｎが一定な
形状を有するリング状の閉磁場を該ターゲット上に形成
する磁石配列体を該ターゲットの下部に有し、該磁石配
列体が該ターゲットの中心軸上を中心として該ターゲッ
ト面に平行に回転する本発明によるマグネトロンスパッ
タ装置によって解決される。
〔作　用〕
ターゲットの中心軸上を中心としてターゲット面に沿っ
て帯状の閉磁場を想定して回転させた際、ターゲットの
中心線上の各点の上記閉磁場に閉じ込められたプラズマ
に曝される時間は中心からの距離に反比例して短くなり
、スパッタ・レートに大きな分布を生ずる。゛ これは中心から遠い点程その点を通過するプラズマの線
速度が速く、所定の小面積に注目した場合その領域がプ
ラズマに曝される時間が短いことによる。
そこで本発明においては該リング状閉磁場の形状を、タ
ーゲットの中心ＯＴを包囲し、且つターゲット中心ＯＴ
から任意の距離ｒのそれぞれの領域における磁場の長さ
の総和ΣａＬ？）をその領域のターゲット中心ＯＴから
の距離ｒで割った値Σａｌｌ／いが一定になるような形
状になし、該リング状閉磁場をターゲット中心ＯＴを中
心として回転させることによってターゲット面の各領域
に対して回転閉磁場の一様な線速度を得、これによって
各領域が均一な時間閉磁場に曝されるようにして、ター
ゲット面のほぼ全域にわたってスパッタレートの分布を
なくす。
かくてターゲット面はぼ全面のスパッタ減量は均一化さ
れてターゲット寿命が延長すると共に、均一な膜厚を有
するスパッタ膜の形成が可能になる。
〔実施例〕 以下本発明を図示実施例により、具体的に説明する。
第２図は本発明に係る磁石配列体の一実施例を示す模式
平面図（ａ）及びＡ−Ａ矢視模式断面図（ｂ）、第３図
は単体磁石の一実施例を示す模式平面図（ａ）及び模式
側断面図（ｂｌ、第４図は単体磁石の他の実施例を示す
模式平面図（ａ）及び模式側断面図（ｂｌ、第５図は本
発明の一実施例におけるターゲットの消耗状態を示す模
式側断面図である。
全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。
第２図は、前記本発明の原理に示したリング状の閉磁場
が形成されるようシュミレーションを行って単体磁石を
整列配設した磁石配列体の一実施例を示す模式平面図（
ａ）及びそのＡ−Ａ矢視断面図（ｂ）である。
同図において、１．１１及び２ａ〜１０ａ、２ｂ−１０
ｂは同一形状の単体（永久）磁石、１２はターゲット全
面を覆う直径を有し非磁性体よりなる磁石基板、１３は
取付けねじ、ＮはＮ極、ＳはＳ極、ＣＭＦは閉磁場を示
す。
このような磁石配列体を図示しないターゲットの下部に
配置すると、該ターゲット上には本発明の要旨に示され
た条件を満足する図中に一点鎖線で示すようなハート形
のリング状閉磁場が形成される。
第３図は、上記磁石配列体に配設される単体磁石の一例
を示す模式平面図（ａｌ及び模式側断面図（ｂｌである
。そして図中、１４ａ、　１４ｂは磁石部、１５はヨー
ク、１６は取付は孔、肝は形成される磁場を示している
。
又第４図は、単体磁石の他の一例を示す模式平面図（ａ
ｌ及び模式側断面図（ｂ）である。図中、１４は磁石部
、１７は止め金具で、その他の対象物は第３図と同符号
で示している。
上記実施例の磁石配列体を用い、これをターゲットの下
部で、ターゲットの中心軸上を回転中心として、ターゲ
ット面に平行に回転させた際には、第２図示したように
偏心したハート形のリング状閉磁場によってターゲット
面全面が回転走査される。
ここで該偏心したハート形のリング状閉磁場は、本発明
の要旨に基づいてターゲット中心ＯＴ即ち回転中心から
任意の距離ｒの領域の磁場の長さの総和ΣＡＬ’ｆ）を
その領域の前記中心ＯＴからの距離ｒで割った値〔Σ−
１〕７ｒが一定に形成されていること、即ちターゲット
中心ＯＴを回転中心とした際の中心からの距離に関係な
く総ての場所で一定な閉磁場の走査線速度が得られるこ
とにより、ターゲット面のほぼ全域が一定の時間閉磁場
に曝されることになる。
従ってターゲットの消耗状態を示す第５図のように、タ
ーゲット５１面は中心の一部小頭域Ａ。及び周縁の一部
小領域ＡＥを除いてほぼ全面が一様にスパックされ、一
様に消耗する。
なお本発明にかかるリング状閉磁場の形状は、本発明の
要旨に示された条件が満足されれば、上記実施例に示さ
れたハート形状に限定されるものではない。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、ターゲットのほぼ全
面のスパッタレートを一定に保つことができるので、タ
ーゲット全面がほぼ一様に消耗しターゲット寿命は大幅
に延長する。また被加工基板状に被着されるスパッタ膜
の膜厚分布も大幅に減少する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理を示す模式平面図、第２図は本発
明に係る磁石配列体の一実施例を示す模式平面図（ａｌ
及びそのＡ　−Ａ矢視断面図（ｂ）、第３図及び第４図
は単体磁石の異なる実施例の模式平面図（ａ）及び模式
側断面図（ｂ）、第５図は本発明の一実施例におけるタ
ーゲットの消耗状態を示す模式側断面図、 第６図はマグネトロンスパッタ装置の模式図、第７図は
従来の閉磁場形成用磁石の模式平面図（ａ）及びＡ−Ａ
矢視断面図（ｂ）、 第８図は従来装置によるターゲットの消耗状態を示す模
式側断面図である。 図において、 ８１〜Ｂｌ＋　は磁場形成領域、 ＯＴはターゲットの中心 （リング状閉磁場の回転中心）、 Σ４偽（ｙ、）〜ΣｊＬ７（ｒｒ、）は磁場の長さ、ｒ
１〜ｒｌ＋は ターゲット中心から磁場までの距離、 ＮはＮ極、 ＳはＳ極、 Ｄは磁石基板の直径、 １．１１及び２ａ〜１０ａ、２ｂ〜１０ｂは同一形状の
永久磁石（磁石単体）、 １２は磁石基板、 １３は取付けねじ、 １４、１４ａ、　１４ｂは磁石部、 １５はヨーク、 １６は取付は孔、 １７は止め金具、 ５１はターゲット を示す。 末牟ａｌ”ｌの＆理１１、を便式乎（至）ス弼　１１月 （＾）年面図 （ｂ）Ａ−Ａチ’ｊｔＬ　ｌｉ！ｆＴ　ｍ　Ｉ辺木路囮
１ｚ係る項石配う”」休の一実施控］ｆ）＃成田 口 軒 第　乙　図 夜棄の閘碗場化成用謀七逆式口 第　　７　関 従来装置［（おけるツーケ゛”−１ｔ　５　ｑ−Ｅ’６
木も収銀与万、チ順ロ弓断面匹１ 纂　８　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ターゲットの中心（ＯＴ）から偏心した位置に中心を有
    して該ターゲットの中心（ＯＴ）を包囲し、該ターゲッ
    トの中心（ＯＴ）から任意の距離（ｒ＿１〜ｒ＿１＿１
    ）での磁場の長さの総和 （Σ＿Δｌ＿１（ｒ＿１））〜（Σ＿Δｌ＿１＿１（ｒ
    ＿１＿１））を、それぞれの場所の該ターゲット中心（
    ＯＴ）からの距離（ｒ＿１）〜（ｒ＿１＿１）でそれぞ
    れ割った値（〔Σ＿Δｌ＿１〕／ｒ＿１）〜（〔Σ＿Δ
    ｌ＿１＿１〕／ｒ＿１＿１）が一定な形状を有するリン
    グ状の閉磁場を該ターゲット上に形成する磁石配列体を
    該ターゲットの下部に有し、 該磁石配列体が該ターゲットの中心軸上を中心として該
    ターゲット面に平行に回転することを特徴とするマグネ
    トロンスパッタ装置。
JP60171327A 1985-08-02 1985-08-02 マグネトロンスパツタ装置 Granted JPS6260866A (ja)

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