JPH036990B2 - - Google Patents

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JPH036990B2
JPH036990B2 JP60171327A JP17132785A JPH036990B2 JP H036990 B2 JPH036990 B2 JP H036990B2 JP 60171327 A JP60171327 A JP 60171327A JP 17132785 A JP17132785 A JP 17132785A JP H036990 B2 JPH036990 B2 JP H036990B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 リング状の閉磁場をターゲツト上に形成する磁
石配列体を有し、該ターゲツト面に平行に、該磁
石配列体が回転するマグネトロンスパツタ装置で
あつて、前記磁石配列体は、その回転中心OTか
らの任意の距離roを半径とする円周上に存在す
る、磁場形成領域Boの長さの総和ΣΔIoを、該距
離roで割つた値が一定であるように構成され、タ
ーゲツト面の広い範囲におけるスパツタレートを
均一化し、ターゲツト寿命の延長及びスパツタ膜
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ツタ装置に係り、特
にリング状の閉磁場をターゲツトの面に沿つて回
転させる方式のマグネトロンスパツタ装置におけ
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ツタリング法が
ある。
このスパツタリング法では従来直流スパツタ
法、交流スパツタ法等があつたが、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
なかつた。
然し近時、ターゲツトに作用するプラズマを磁
場を用いて高密度に閉じ込めることによつてスパ
ツタ速度を大幅に向上させるマグネトロンスパツ
タ技術が開発されるに及び、この方法がステツ
プ・カバレージ性に優れ、且つアルミニウム−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つて、近時
LSIの製造等において多く用いられるようになつ
て来ている。
しかしながら、該マグネトロンスパツタ法にお
いてはターゲツト上におけるスパツタ速度の大き
な分布によつて、ターゲツト寿命の低下、スパツ
タ膜の厚さの不均一等の問題を生じており、スパ
ツタ速度のターゲツト面内分布の少ないマグネト
ロンスパツ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つてプ
ラズマを閉じ込め、該プラズマによつてターゲツ
ト金属のスパツタリングを行う方法に用いるマグ
ネトロンスパツタ装置を示す模式図である。
図中、５１はターゲツト、５２は金属よりなる
バツキング・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
属性チヤンバ、５７は基板支持腕、５８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（Al）膜のスパツタリン
グに際しては、Alのターゲツト５１をバツキン
グ・プレート５２に半田材５３によつて固着し、
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５８を固持せしめた金属性チヤンバ５６
を、絶縁板５５を介してバツキング・プレート５
２上に被せ、真空排気口６１を開いて該チヤンバ
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）ガスを所定量導入して
該チヤンバ５６内を10-2〜10-3Torr程度のArガ
ス圧にし、直流電源６３によりターゲツト５１と
チヤンバ５６間に所定の電圧を印加してプラズマ
を発生させ、バツキング・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
ツト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つて、ターゲツト
５１材料即ちAlが急速にスパツタされて被加工
基板５８面へ被着される。
第７図は、上記マグネトロンスパツタ法におい
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ａ
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、６７はＳ極、OMは磁石の中心、OR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
ゲツト５１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CMF
内に高密度に閉じ込められる。
そして磁石５４の偏心回転に伴つて上記閉磁場
CMF内に閉じ込められたプラズマPLがターゲツ
ト５１上を移動照射し、ターゲツト５１面の異な
る領域が順次プラズマPLに叩かれてスパツタす
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
成に用いるマグネトロンスパツタ法においては、
ターゲツト上におけるスパツタ・レートが場所に
よつて大きく異なり、例えば第８図に示すターゲ
ツトの模式側断面図のように、ターゲツト５１面
の特定な領域α、β等が特に多量にスパツタされ
てこの領域α、β等が深く抉れ、これによつてタ
ーゲツト寿命が大幅に低下し、且つ形成されるス
パツタ膜の膜圧に大きな分布を生ずるという問題
があつた。
〔問題点を解決するための手段〕
第１図は本発明における閉磁場形成手段の原理
を示す模式平面図で、図中OTは閉磁場形成手段
の回転中心、B1〜B11は磁場形成領域であり、そ
れぞれ該回転中心OTから任意の距離r1〜r11の距
離において、磁場が形成されている領域を示す。
またΔl1〜Δl11は、それぞれ距離r1〜r11を半径と
する円周上に存在する該磁場領域B1〜B11の、円
周方向の微小長さを示し、その総和、すなわち距
離r1〜r11それぞれにおける前記微小長さΔl1〜
Δl11の総和（磁場形成領域の長さの総和）は、そ
れぞれΣΔl1〜ΣΔl11で表される。例えば回転中心
OTからr10の距離にある磁場形成領域は同図にお
いてB10で表され、例えば２か所存在する。各々
の磁場形成領域B10の長さはΔl10で表され、この
磁場形成領域B10の長さの総和ΣΔl10は、2Δl10と
表すことができる。
上記問題点は同図に示すように、リング状の閉
磁場をターゲツト上に形成する磁石配列体を有
し、該ターゲツト面に平行に、該磁石配列体が回
転するマグネトロンスパツタ装置であつて、前記
磁石配列体は、その回転中心OTからの任意の距
離roを半径とする円周上に存在する、磁場形成領
域Boの長さの総和ΣΔloを、該距離roで割つた値
が一定である本発明によるマグネトロンスパツタ
装置によつて解決される。
〔作用〕
ターゲツトの中心軸上を中心としてターゲツト
面に沿つて帯状の閉磁場を想定して回転させた
際、ターゲツ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
らの距離によつて変化し、スパツタレートに大き
な分布を生じる。
これは、回転する帯状の閉磁場が単なる円形で
あるためであつた。例えばターゲツト上の所定の
小面積に注目した場合、その領域を通過するプラ
ズマの量は回転中心からの距離によつて異なり、
またその領域が回転中心から遠い程、プラズマの
移動速度も早かつたのである。
そこで本発明においては、回転中心OTからの
任意の距離ｒを半径とする円周上に存在する磁場
形成領域の長さの総和ΣΔloを、その距離ｒで割
つた値が一定になるようなリング状閉磁場を形成
し、該リング状閉磁場を回転させることによつ
て、ターゲツト面の各領域が均一な時間閉磁場に
曝されるようにしている。すなわち回転中心OT
から遠い領域程プラズマの移動速度が早いことを
考慮し、回転中心OTから遠い領域程通過するプ
ラズマの量が多くなるようにして、ターゲツト面
のほぼ全域にわたつてスパツタレートの分布をな
くす。
かくてターゲツト面ほぼ全面のスパツタ減量は
均一化されてターゲツト寿命が延長すると共に、
均一な膜厚を有するスパツ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ｂ、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ｂ、第
５図は本発明の一実施例におけるターゲツトの消
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ユミレーシヨンを行
つ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Ａ−Ａ矢視断面図ｂで
ある。
同図において、１，１１及び２ａ〜１０ａ，２
ｂ〜１０ｂは同一形状の単体（永久）磁石、１２
はターゲツ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ツト
の下部に配置すると、該ターゲツト上には本発明
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、前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ａ及び模式側断面図ｂ
である。そして図中、１４ａ，１４ｂは磁石部、
１５はヨーク、１６は取付け孔、MF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
ツトの下部で、ターゲツトの中心軸上を回転中心
として、ターゲツ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
グ状閉磁場によつてターゲツ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ツト中心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ΣΔl（ｒ）をその領域の前記中心OTから
の距離ｒで割つた値〔ΣΔl〕／ｒが一定に形成さ
れていること、即ちターゲツト中心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、ターゲツ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。
従つて、ターゲツトの消耗状態を示す第５図の
ように、ターゲツト５１面は中心の一部小領域
AO及び周縁の一部小領域AEを除いてほぼ全面が
一様にスパツタされ、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、ターゲツト
のほぼ全面のスパツタレートを一定に保つことが
できるので、ターゲツト全面がほぼ一様に消耗し
ターゲツ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ツタ膜の厚分布も大幅に減
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ａ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ツ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ツタ装置の模
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
置によるターゲツトの消耗状態を示す模式側断面
図である。 図において、B1〜B11は磁場形成領域、OTは
ターゲツトの中心（リング状閉磁場の回転中心）、
ΣΔl1（r1）〜ΣΔl11（r11）は磁場の長さ、r1〜r11
は
ターゲツ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２
ａ〜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は取付け孔、１７は止め金具、５１はタ
ーゲツト、を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ リング状の閉磁場をターゲツト上に形成する
    磁石配列体を有し、 該ターゲツト面に平行に、該磁石配列体が回転
    するマグネトロンスパツタ装置であつて、 前記磁石配列体は、その回転中心OTからの任
    意の距離（ro）を半径とする円周上に存在する、
    磁場形成領域（Bo）の長さの総和（ΣΔIo）を、
    該距離（ro）で割つた値が一定であることを特徴
    とする、マグネトロンスパツタ装置。
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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