JP2001288566A - スパッタリング装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボトムカバリッジを改善可能なスパッタリン
グ装置および成膜方法を提供する。 【解決手段】 マグネトロンユニット(31)は、真空チャ
ンバ(12)内に磁場を発生するように設けられた第１のマ
グネット部(43,47)および第２のマグネット部(43,49)を
有し、ターゲット(16)に関して基板支持部(18)と反対側
に設けられている。第１のマグネット部(43,47)は、閉
じた凸曲線に沿って設けられている。第２のマグネット
部(43,49)は、第１のマグネット部(43,47)の内側に設け
られている。凸曲線の曲率半径の最大値および最小値の
比は０．８以上である。プラズマの発生に寄与する磁場
の形状は凸図形で規定されるので、等磁場線の形状の改
善される。プラズマ中の電子の洩れ出しが抑制されるの
で、電子密度が高くなる。これにより、ボトムカバリッ
ジが改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置および成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は、スパッタターゲ
ットと、スパッタターゲットのエロージョン面に対面す
るように設けられたウエハ支持台と、スパッタターゲッ
トの裏面に面して設けらたマグネトロンユニットと、を
備える。このようなスパッタリング装置では、プロセス
ガスを真空チャンバ内に導入し、スパッタターゲットの
近傍においてプラズマを発生させることによってスパッ
タターゲットからスパッタ粒子を生じさせる。このスパ
ッタ粒子がウエハに到達し、これによって成膜が進行す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスにおけ
る設計ルールの微細化に伴い、高アスペクト比のコンタ
クト孔、ビア孔といった接続孔の底部において十分なボ
トムカバリッジを達成するという要求が高まってきてい
る。このような要求に応じるために、発明者は、スパッ
タリング装置において、ボトムカバリッジを改善する方
法を検討してきた。

【０００４】そこで、本発明の目的は、ボトムカバリッ
ジを改善可能なスパッタリング装置および成膜方法を提
供することとした。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような技術的な課題
を解決するために、発明者は、さらに検討を進めた。そ
の結果、例えば高アスペクト比の接続孔の底部において
カバリッジを改善するといった場合、スパッタリング装
置に導入されるプロセスガスを低圧化することが有効で
あることを見出した。

【０００６】しかしながら、この実験によって、単にプ
ロセスガスを低圧化しただけでは、スパッタリングを発
生させるためのプラズマが維持できないことが分かっ
た。この実験結果に基づいて、発明者はさらに検討を行
った。プロセスガスが低圧のときにプラズマが維持され
ない理由として、低圧化に伴ってプラズマを維持するた
めに必要とされる電子密度も低くなり、またプラズマ中
の電子はいずれかの導電部分に逃げていったしまうと考
えた。電子密度を低くしないためには、(a)新たな電子
供給源を加える方法、(b)発生した電子が逃げないよう
にする方法、が考えられる。

【０００７】電子をさらに追加するためには、結局、電
子供給源として何らかのガスを導入することが必要であ
るので、低圧化に反する。そこで、発生した電子が逃げ
ないようにする方法が重要である。そこで、電子の逃げ
道を探すために、スパッタリング装置の構造を十分に検
討した。その結果、プラズマ中の電子は、接地されてい
るシールドに流れていると考えた。つまり、シールドに
流れる電子の数を少なくすれば、電子密度を上げること
ができる。

【０００８】シールドへ流れる電子流を小さくするため
に、電磁場中に電子の運動の観点から検討を進めた。一
般には、電磁場中における電子の運動は、電界の向きに
力を受けると共に、電子の速度および磁場の向きに関連
した方向にも力を受けており、電子は電界および磁場中
において曲線を描きながら運動する。

【０００９】スパッタリング装置のマグネトロンユニッ
トは、プラズマを閉じ込めるために磁場を発生する。し
かしながら、磁場が電子に与える力は、電子の速度(運
動方向)との関連しているので、磁場による電子の閉じ
込め作用が十分に発揮されないときがあることを見出し
た。

【００１０】つまり、たとえ磁場の大きさが大きく変化
しなくても閉じ込め磁場の外形(つまり、ターゲットに
平行な平面と等磁場面との交線である等磁場線の形状)
が大きく変化する場合には、電子を閉じ込め作用が十分
に発揮されていないのである。例えば、磁場の外形が大
きく変化しているところでは、電子が磁場によって曲げ
られて到達する領域には、マグネトロンユニットによっ
て十分な大きさの磁場が発生されていない。このため、
このような領域に達した電子には、もはや、マグネトロ
ンユニットの磁場は電子を閉じ込めるように作用せずそ
の運動方向を変えことができない。このような電子は、
電界に引かれてシールドに流れ込むことになる。

【００１１】したがって、電子の速度(電子の運動方向
および電子の速さ)を考慮した上で、磁場を発生させる
マグネットの配置を検討する必要がある。しかしなが
ら、電子運動をすべて考慮することは必ずしも容易では
ない。そこで、マグネトロンユニットによって発生され
る磁場の外形を空間的に大きく変化させないような構成
が求められるとの結論に達した。

【００１２】そこで、発明者は、このような様々な試行
錯誤の末に、以下のような本発明をするに至った。

【００１３】本発明に係わるスパッタリング装置は、
(1)真空チャンバと、(2)チャンバを減圧するための減圧
手段と、(3)真空チャンバ内にプロセスガスを供給する
ためのガス供給手段と、(4)真空チャンバ内において基
板を支持するための基板支持部と、(5)スパッタターゲ
ットと、(6)マグネトロンユニットと、を備える。

【００１４】スパッタターゲットは、基板支持部にエロ
ージョン面が対面するように設けられている。マグネト
ロンユニットは、真空チャンバ内に磁場を発生するよう
に設けられた第１のマグネット部および第２のマグネッ
ト部を有し、ターゲットに関して基板支持部と反対側に
設けられている。第１のマグネット部は、第１の磁極を
スパッタターゲットに向けるように配置されている。第
２のマグネット部は、第２の磁極をスパッタターゲット
に向けるように配置されている。

【００１５】マグネトロンユニットでは、第１のマグネ
ット部は、所定の閉曲線上に設けられている。第２のマ
グネット部は、第１のマグネット部の内側に設けられて
いる。閉曲線の最小曲率半径が最大曲率半径の０．８倍
以上であることが好適であると、発明者は考えている。
所定の閉曲線に沿って第１のマグネット部を配置すれ
ば、プラズマの発生に寄与する磁場の形状はこの閉曲線
によって規定される。等磁場線は上記の曲率半径の範囲
で屈曲されるので、等磁場曲線の曲がりによって生じう
るプラズマ中からの電子の洩れ出しが低減される。

【００１６】本発明に係わる成膜方法は、(1)スパッタ
ターゲットに磁場を提供するように設けられた第１およ
び第２のマグネット部を有し、第２のマグネット部は第
１のマグネット部の内側に設けられ、第１のマグネット
部は所定の閉曲線の外周上に設けられると共に、閉曲線
の最小曲率半径は最大曲率半径の０．８倍以上であるマ
グネトロンユニットを有するスパッタリング装置を準備
する工程と、(2)前記スパッタターゲットに対面するよ
うに基板を配置する工程と、(3)スパッタターゲットの
エロージョン面の近傍にプラズマを生成する工程と、
(4)スパッタリング粒子を生成し前記基板上に膜を形成
する工程と、を備える。

【００１７】上記のようなマグネトロンユニットを用い
ると、プラズマ中の電子を効率的に閉じ込めることがで
きる。このため、プロセスガスの圧力を低くしてもプラ
ズマが維持される。スパッタリング中におけるプロセス
ガスの低圧化が達成される。これによって電子密度を高
めることができるので、被スパッタ粒子のイオン化が生
じやすくなる。イオン化されたスパッタ粒子は、基板支
持部へ向かって引かれる。このため、ターゲットから基
板へ向かう方向の速度成分が大きいスパッタリング粒子
が増える。

【００１８】また、マグネトロンユニットでは、第１の
マグネット部は、マグネトロンユニット上において所定
の凸図形の外周線上に設けられると、プラズマの発生に
寄与する磁場の形状はこの凸図形によって規定される。
凸図形の外周に沿う外周線に第１のマグネット部を配置
すれば、凸図形の外周線である閉凸曲線に基づく等磁場
線の屈曲の変化範囲は、閉曲線の屈曲の変化範囲に比べ
てさらに小さくできる。これによって、プラズマ中から
の電子の洩れ出しが低減され、効率的に電子が閉じ込め
られる。

【００１９】電子密度が高まるとスパッタ粒子のイオン
化が促進される。イオン化されたスパッタ粒子は基板方
向に加速されるので、この方向の速度成分が大きくな
る。また、プラズマ中の電子密度が高まると、プロセス
ガスの低圧化が可能になる。低圧化によって、スパッタ
粒子とプロセスガス原子との衝突確率が低くなるので、
基板に垂直方向の速度成分を持ったスパッタ粒子が増加
する。これらの理由によって、ボトムカバリッジが改善
される。

【００２０】本発明に係わるスパッタリング装置および
成膜方法では、エロージョン面上の所定の点を通過する
軸を回転中心としてマグネトロンユニットおよびスパッ
タターゲットを相対的に回転するための駆動手段を更に
備えることができる。マグネトロンユニットは、軸を含
む平面によって分離される第１および第２の領域を有
し、第２のマグネット部は第１の領域に設けられると共
に、第１のマグネット部は第１および第２の領域の境界
上および第１の領域の少なくともいずれかに設けらるこ
とができる。

【００２１】上記の境界上および第１の領域の少なくと
もいずれかに第１のマグネット部を設けるようにすれ
ば、磁場により電子が閉じ込められる領域が限定され
る。このため、所定のパワーを限定された領域に集中的
に与えることができる。また、ターゲットの中心領域お
よび周辺領域にそれぞれ発生すべき磁場を規定するよう
にマグネット部を設けることができるので、ターゲット
の中心部分から外縁部分へ向けてエロージョン面からの
スパッタ量と基板への成膜量とを制御可能になる。故
に、磁場が形成されるべき領域の形状を複雑にすること
なく、膜厚を均一性を確保できる。

【００２２】このような第１のマグネット部および第２
のマグネット部は、以下のような様々な形態をとること
ができる。

【００２３】本発明に係わるスパッタリング装置および
成膜方法では、第１のマグネット部の総磁気量は第２の
マグネット部の総磁気量より大きくすることができる。

【００２４】第１のマグネット部の内側に総磁気量の小
さい第２のマグネット部を配置したので、真空チャンバ
の外側に伸びるような磁束が少なくなるので、さらに電
子の閉じ込めが向上する。

【００２５】本発明に係わるスパッタリング装置および
成膜方法では、第１のマグネット部は、複数の第１のマ
グネットを有し、第２のマグネット部は複数の第２のマ
グネットを有することができる。各第１のマグネット
は、第１の磁極を前記ターゲットに向けて配置されてお
り、各第２のマグネットは第２の磁極をターゲットに向
けて配置されている。

【００２６】各マグネットの配置に応じて、凸図形の外
周、閉じた凸曲線、閉曲線、または所定の範囲の曲率半
径を有する図形の外周といった閉じた線に沿ったマグネ
ット部を実現できる。このため、マグネット部が発生す
る磁場の形状をマグネットの配置位置に応じて調整でき
る。

【００２７】本発明に係わるスパッタリング装置および
成膜方法では、マグネットトロンユニットは、複数の第
１の磁性部材を有することができる。各第１の磁性部材
は、各第１のマグネットの第２の磁極の部分と各第２の
マグネットの第１の磁極の部分を磁気的に結合するよう
に設けられている。

【００２８】第１の磁性部材の各々は、第１のマグネッ
トと第２のマグネットとを磁気的に結合し磁気回路を構
成する。このため、電子を閉じ込めるために好適な磁場
が磁気回路を用いて形成できる。

【００２９】本発明に係わるスパッタリング装置および
成膜方法では、マグネットトロンユニットは第２の磁性
部材を有することができる。第２の磁性部材は、複数の
第１のマグネットの第２の磁極の部分と複数の第２のマ
グネットの第１の磁極の部分とを磁気的に結合してい
る。

【００３０】第２の磁性部材は、すべての第１のマグネ
ットとすべての第２のマグネットとを磁気的に結合し磁
気回路を構成する。このため、全マグネットを磁気的に
結合する磁気回路が形成できる。

【００３１】本発明に係わるスパッタリング装置および
成膜方法では、マグネトロンユニットは、第３の磁性部
材および第４の磁性部材を含むことができる。第３の磁
性部材は、複数の第１のマグネットとターゲットとの間
に設けられ複数の第１のマグネットの第１の磁極を磁気
的に結合する。第４の磁性部材は、複数の第２のマグネ
ットとターゲットとの間に設けられ複数の第２のマグネ
ットの第２の磁極を磁気的に結合する。

【００３２】第２および第３の磁性部材は、隣接マグネ
ットを磁気的にそれぞれ結合するように設けられている
ので、マグネットが配置されていない各マグネット間に
も磁束を導く。このため、各マグネットからの磁束はこ
れらの磁性部材によって平均化され、スパッタターゲッ
トに与えられる。また、隣接するマグネット間の磁気量
のばらつき(マグネットの個体差)も平均化される。

【００３３】また、第１、第３および第４の磁性部材を
合わせて用いると、各マグネットはこれらの磁性部材に
よって磁気的に結合される。また、第２、第３および第
４の磁性部材は、各マグネットはこれらの磁性部材によ
って一体に磁気的に結合される。このような磁気回路に
よって磁場の形状を調整すれば、等磁場面(線)の形状を
制御できる。故に、プラズマ中の電子の閉じ込め効率が
向上する。

【００３４】なお、第１のマグネット部は、最外周の配
置されたマグネットからなることが好ましい。これによ
って、最外周マグネット部の内側に電子を閉じ込めるこ
とができる。また、第２のマグネット部に対しても、上
記の形態を適用することができ、これによってさらに好
適な効果を得ることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同
一の符号を付して重複する説明を省略する。

【００３６】本発明に係るスパッタリング装置について
説明する。図１は、本発明の実施の形態に従うマグネト
ロン式スパッタリング装置の概略構成図である。

【００３７】スパッタリング装置１０は、内部に真空チ
ャンバ１２を形成するハウジング１４と、ハウジング１
４の上部開口部を閉じるように配置されたターゲット１
６を備えている。ハウジング１４およびターゲット１６
は両方とも導電性材料から作られているので、ハウジン
グ１４とターゲット１６との間には絶縁部材１３ａが挟
まれている。図１に示す実施の形態では、ハウジング１
４は円形状の底面と、この円形状の底面の周辺から所定
の距離だけ延び出した管状部を有し、例えば管状部は円
柱殻形状を有する。ターゲット１６の形状は円盤形であ
る。ターゲット１６の円形状の一表面１６ａ（以下、下
面という）は、スパッタリングによってエロージョンを
受けるエロージョン面となっている。

【００３８】真空チャンバ１２内には、基板支持手段
(基板支持部ともいう)としてペディスタル１８が配置さ
れている。ペディスタル１８は、真空チャンバ１２内に
おいて基板１５を支持する。このため、ペディスタル１
８は、処理されるべき基板１５、例えば半導体ウエハＷ
またはガラス基板、をその一表面（以下、上面という）
１８ａ上において保持する。ペディスタル１８の上面１
８ａは、ターゲット１６の下面(エロージョン面)１６ａ
に対面するように設けられている。ペディスタル１８上
の所定の位置に保持された基板１５（ウエハＷ）の堆積
されるべき面１５ａは、ターゲット１６の下面１６ａに
対して略平行に配置される。

【００３９】基板１５は、その中心がターゲット１６の
中心に合うように、つまり同軸に配置されている。この
中心は、形成された膜の面内均一性を向上させるため
に、マグネトロンユニットの回転中心(回転軸３８)と一
致していることが好ましい。本実施の形態では、ペディ
スタル１８とターゲット１６との間隔は、スパッタされ
た粒子が被着される基板の直径の約０．９５倍が望まし
い。

【００４０】スパッタリング装置１０は、被スパッタ粒
子から真空チャンバ１２の内壁面を保護するために、被
スパッタ粒子が内壁面に到達することを防止するシール
ド２６を有している。シールド２６の一辺の縁部は、ハ
ウジング１４と絶縁部材１３ａを介して絶縁されてい
る。シールド２６の一辺は、ハウジングの上部開口部の
縁端において固定されている。シールド２６の別の辺
は、ペディスタル１８の側面に至る。別辺の縁部はペデ
ィスタル１８の側面に沿って絶縁部材１３ｂを介して絶
縁されている。このため、シールド２６は、ペディスタ
ル１８と電気的に絶縁されている。ペディスタル１８
は、キャパシタ１９を介して基準電位、例えば接地電位
に接続されている。シールド２６は、所定の基準電位に
接続されている。キャパシタ１９が設けられているの
で、ペデスタル１８は、プラズマによって与えられる電
子によってセルフバイアス状態で使用することもでき
る。また、キャパシタ１９を介して高周波を加え、ＲＦ
バイアス状態で使用することもできる。この場合、キャ
パシタ１９と基準電位源との間にＲＦバイアス印加手段
といったバイアス手段を備えている。いずれの場合にお
いても、ペデスタル１８は、プラズマ電位に対して負に
バイアスされていることが好ましく、ターゲット１６に
対して負電位になっていることが好ましい。

【００４１】ハウジング１４には排気ポート２０が形成
されている。本実施の形態の場合には、排気ポート２０
には、クライオポンプ等の真空ポンプ２１が接続されて
いる。この真空ポンプ２１を作動させることによって、
真空チャンバ１２内を減圧することができる。排気ポー
ト２０および真空ポンプ２１は減圧手段を構成する。ア
ルゴンガスまたは窒素ガスといったプロセスガスが、プ
ロセスガス供給源２５から供給ポート２２を通して真空
チャンバ１２内に供給される。供給ポート２２は、バル
ブ２３によって開閉可能である。このバルブ２３を開閉
すると、プロセスガスの供給の有無および供給量並びに
供給タイミングを制御できる。供給ポート２２およびプ
ロセスガス供給源２５は、プロセスガス供給手段を構成
する。

【００４２】ターゲット１６とシールド２６との間に電
圧を印加するために、プラズマ化手段のうちの１つとし
て電源２４が接続されいる。真空チャンバ１２内にプロ
セスガス、例えばアルゴンガスを導入して、ターゲット
１６とシールド１８との間に電圧を加えると、グロー放
電が起こりプラズマ状態となる。この放電によって発生
したアルゴンイオンがターゲット１６の下面１６ａに衝
突すると、ターゲット１６を構成する原子がはじき出さ
れ被スパッタ粒子が生成される。このターゲット原子が
ウエハＷ上に到達して堆積されると、ウエハＷ上に膜が
形成される。

【００４３】ターゲット１６の下面１６ａに対向する
面、つまりターゲット１６の上面１６ｂには、ターゲッ
ト１６のエロージョン面近傍の空間におけるプラズマ密
度を高めるためのマグネトロンユニット３０が配置され
ている。

【００４４】スパッタリング装置１０は、制御器２９を
備えることができる。制御器２９はマイクロコンピュー
タ、タイマ等を有しているので、電流のオン及びオフの
制御、電流値の変更等を時間的な制御も含めて行うこと
ができる。制御器２９は、バルブ２３、加速用電源２
４、および駆動用モータ３６にも制御線２９ａを介して
接続されている。制御器２９は、これらの機器を相互に
関連させながら制御することができる。このため、プロ
セスガスの供給、プロセスガスのプラズマ発生、等を所
定のタイミングに対して同期して制御することができ
る。

【００４５】図２は、各マグネトロンユニット上のマグ
ネットの位置を示す平面図である。図２は、図１のＩ−
Ｉ断面における断面を示している。

【００４６】図１および図２を参照すると、マグネトロ
ンユニット３０は、円形のベースプレート３２と、ベー
スプレート３２の搭載面３２ａ上に所定の配列で固定さ
れた複数のサブユニット３４と、を備える。ベースプレ
ート３２は、ターゲット１６に関して、基板支持部１８
と反対側に配置され、その上面の中心には駆動用モータ
３６の回転軸３８が接続されている。したがって、駆動
モータ３６を作動させてベースプレート３２を回転させ
ると、各サブユニット(マグネットアセンブリともいう)
３４はターゲット１６の上面に沿って旋回して、サブユ
ニット３４によって発生される磁界が一カ所に静止する
ことを防止することができる。

【００４７】図２を参照すると、複数のマグネットアセ
ンブリ３４が環状に配置されている。各マグネットアセ
ンブリ３４は、一方の磁極(図２の例ではＮ極)を配列の
外側へ向け、他方の磁極(図２の例ではＳ極)を配列の内
側に向けている。各マグネットアセンブリの同一磁極の
端部は、それぞれポールピースといった磁性部材４８、
５０を介して磁気的に結合されている。磁性部材４８、
５０(図２においては、マグネットと重なるため破線で
描かれている)は、各マグネットアセンブリの同一の磁
極を有する端部に接する帯形状の部材であって環状に設
けられている。この帯状の部材部材からの磁場に対応し
て、それぞれエロージョン面上において外側の環状の領
域および内側の領域が形成される。外側の環状領域で
は、例えば最外周のマグネット群(マグネットアセンブ
リ３４のマグネットのＮ極)によって発生された磁力線
が真空チャンバ内に伸び出す。これらの磁力線は内側に
向かって伸び、その一部は内側の環状の磁場領域を通し
て内側のマグネット群(マグネットアセンブリのマグネ
ットのＳ極)に到達する。

【００４８】磁性部材４８、５０は、マグネットアセン
ブリ３４とスパッタターゲット１６との間に設けられて
いるので、隣接マグネットを磁気的に結合することがで
きる。このため、マグネットが存在しない各マグネット
間の領域にも磁束を導く。これらの磁性部材によって、
各マグネットからの磁束は平均化されスパッタターゲッ
トに与えられる。また、これらの磁性部材４８、５０に
よって、マグネットが離散的に配置されていても所定の
強度の磁場が連続するように形成される。故に、磁場に
よるプラズマの閉じ込め性が向上する。さらに、隣接す
るマグネット間の磁気量の不均一さおよびマグネット自
体の個体差も平均化される。この要因も電子閉じ込めに
有利に作用する。

【００４９】また、マグネトロンユニット３０は、１個
以上の第１のマグネットアセンブリ３４ａおよび１個以
上の第２のマグネットアセンブリ３４ｂを有することが
できる。第１のマグネットアセンブリ３４ａは、回転中
心となる回転軸３８の近傍に形成されるべき磁場を規定
するように設けられている。

【００５０】このためのマグネットアセンブリの配置形
態としては、後ほど図４〜図７を参照しながら説明する
が、ここでは概略的に説明する。回転軸３８を含む面に
よって、ベースプレート３２の搭載面３２ａを２つの領
域に分割し、一方を第１の領域と呼び、他方を第２の領
域と呼ぶ。マグネットアセンブリの配置形態では、(i)
第１のマグネットアセンブリ３４ａが、第１の領域に配
置されている場合、(ii)第１のマグネットアセンブリ３
４ａが、回転軸３８を含む面とマグネトロンユニット３
０の搭載面とが交差する線上および第１の領域にわたっ
て配置されている場合、(iii)第１のマグネットアセン
ブリ３４ａの外側マグネットが、第１および第２の領域
に配置され、第２のマグネットアセンブリ３４ｂが第１
の領域に配置されている場合、が考えられる。いずれの
場合においても、第２のマグネットアセンブリ３４ｂの
各々は、第１のマグネットアセンブリ３４ａと一緒にな
って環状配列を成すように設けられている。発明者の行
った実験によれば、図４、図６および図７に示された形
態で特に好適な結果が得られた。

【００５１】また、マグネトロンユニット３０は、第１
の磁極(図２の例ではＮ極)をエロージョン面に向けて設
けられた外周マグネット部および第２の磁極(図２の例
ではＳ極)をエロージョン面に向けて設けられた内側マ
グネット部を有する。内側マグネット部は、外周マグネ
ット部の内側に設けられた全マグネットを含むことがで
きる。外周マグネット部は、例えば最外周のマグネット
群からなり、また内側マグネット部は、例えば、最外周
のマグネットより内側のマグネット群からなることがで
きる。外周マグネット部の総磁気量は、内側マグネット
部の総磁気量より大きくなるように、各マグネット部ま
たは各マグネットの強度が規定されていることができ
る。

【００５２】総磁気量が大きい方の外周マグネット部の
内側に総磁気量の小さい方の内側マグネット部を配置し
た。このため、外周マグネット部の磁束の一部分は、内
側マグネット部に到達し、内側マグネット部内を通過し
て外周マグネット部において閉じる。また、外周マグネ
ット部の磁束の残りの部分は、磁束ループを形成して外
周マグネット部において閉じる。故に、真空チャンバの
外側に伸びるような磁束が、プラズマが生成されるエロ
ージョン面の近傍において低減される。このため、電子
の閉じ込め性が向上する。

【００５３】図３は、スパッタリング装置１０に適用可
能なマグネットアセンブリを例示的に示している断面図
である。各マグネットアセンブリ３４は、図３に明示す
るように、磁性部材４０および棒磁石として構成される
マグネット４２、４４を備える。磁性部材４０は、磁性
体から成る平板状のヨーク部材である。マグネット４
２、４４の各々は、一端にＳ極および他端にＮ極を有す
る。マグネット４２はＮ極を示す一端をターゲット１６
に向けて配置され、マグネット４４はＳ極を示す一端を
ターゲットに向けて配置されている。マグネット４２は
Ｓ極を示す他端を磁性部材４０に接触させ、またマグネ
ット４４はＮ極を示す他端を磁性部材４０に接触させ
て、磁性部材４０の各端部に固着されている。２本のマ
グネット４２、４４は同一方向に延び、マグネットアセ
ンブリ３４の全体形状は略Ｕ字状となっている。一方の
マグネット４２の自由端はＮ極、他方のマグネット４４
の自由端はＳ極となっている。また、マグネット４２、
４４および磁性部材４０は磁気回路を構成するので、こ
れらは、異なる磁極が同一方向に向けられた一体の磁性
体として機能する磁石手段を構成する。これによって、
真空チャンバ１２内に電子の閉じ込めに好適なように制
御された磁場を与える。

【００５４】マグネットアセンブリ３４では、外周マグ
ネット部に含まれる各マグネット４２の自由端Ｎ極には
磁性部材４８が設けられ、また内側マグネット部に含ま
れる各マグネット４４の自由端Ｓ極には磁性部材５０が
設けられている。これらの磁性部材４８は、既に説明し
たように各マグネトロンユニット内のマグネット４２を
相互に結合するように取り付けられ、また磁性部材５０
はマグネット４４を相互に結合するように取り付けられ
ている。

【００５５】図２および図３の実施例では、各マグネッ
ト部が複数のマグネットを備える場合を示したけれど
も、外周マグネット部および内側マグネット部のそれぞ
れに代えて、または何れか一方に代えて、単一のマグネ
ットを備えることもできる。この場合においても、外周
マグネット部(マグネット４２)の磁気量は、内側マグネ
ット部(マグネット４４)の磁気量より大きい。

【００５６】なお、図３のを参照しながらマグネットア
センブリ３４を説明したけれども、アセンブリ３４の形
態はこれに限られるものではなく、マグネットアセンブ
リ３４は、さらに多くの磁石、磁性部材を備えることが
できる。また、各マグネットアセンブリ３４内に使用さ
れる磁石の磁気量は、そのマグネットアセンブリ３４の
配置位置に与えるべき磁場に応じて決定される。このた
め、それぞれの磁石の強度は異なることがあり得る。

【００５７】図３のマグネットアセンブリ３４では、各
マグネット４２，４４の自由端が、エロージョン面１６
ａに対向する面１６ｂに、それぞれ対面するように配置
されている。このようなマグネット３４は、ヨーク部材
４０の背面をベースプレート３２に接触させた状態で適
当な固定手段、例えばねじ４６、または各マグネット４
２、４４の磁気力によってベースプレート３２に固定さ
れている。かかる形態を採用すれば、マグネットアセン
ブリ３４の固定位置を自由に変更することが可能になる
ので、マグネットアセンブリ３４の配置位置によって磁
場形状を調整できる。

【００５８】図４から図７は、スパッタリング装置１０
に好適なマグネットアセンブリ配置を示すための図面で
ある。なお、図４におけるII-II線が、図１に示された
断面に対応する。それぞれの図面では、複数のマグネッ
トアセンブリの個別の配置位置を示すために外周マグネ
ット部５２および内側マグネット部５４を用いる。図４
から図７は、外周マグネット部５２に関連する磁性部材
４８および内部マグネット部５４に関連する磁性部材５
０がそれぞれエロージョン面上に射影された領域を示し
ている。その領域は、マグネトロンユニット３０が回転
しているので、ある時刻における各マグネット部５２，
５４とターゲット１６との相対的な位置関係を示してい
る。

【００５９】図４〜図７を参照すると、外周マグネット
部５２は、所定の凸図形の外周上に設けられている。こ
の凸形状に応じて、プラズマの閉じ込めに寄与する磁場
の形状が規定される。このため、同じ磁場の値を示す等
磁場面(この面と、エロージョン面に平行な平面との交
線である等磁場線)の変化が抑えられるので、プラズマ
中の電子の洩れ出しが抑制される。

【００６０】なお、ここで凸図形とは、平面上において
その形状を規定する閉じた外形線上に存在する任意の２
点を結ぶ線分が常にその外形線の一方の側またはその線
上にあるような図形であって、直線および曲線並びに曲
線の少なくともいすれかから構成される図形をいう。特
に、閉曲線からなるものを凸曲線という。凸図形におい
て、その図形を構成する曲線と直線との接続点では、直
線は曲線に対する接線になっている。本明細書では、こ
のような直線と曲線との接続を滑らかな接続という。

【００６１】このように、等磁場面(線)の形状を電子の
閉じ込めに好適なように調整すると、プラズマ中の電子
密度を高めることが可能になる。このため、スパッタ粒
子のイオン化が促進される。イオン化された被スパッタ
粒子は基板方向に加速されるので、この方向の速度成分
が大きくなる。また、プロセスガスを低圧化すれば、ス
パッタ粒子とプロセスガス原子との衝突確率が低くでき
る。これらの作用は共に、基板に垂直方向の速度成分を
持ったスパッタ粒子が増加するように作用する。このた
め、電子密度が高まると、ボトムカバリッジが改善され
る。

【００６２】さらに、図４〜図７に示された外周マグネ
ット部５２は、所定の閉曲線の沿って設けられている。
このようなマグネトロンユニット３０では、閉曲線の最
小曲率半径が最大曲率半径の０．８倍以上であることが
好適であり、また凸曲線の最小曲率半径が最大曲率半径
の０．８倍以上であることが好適であると、発明者は考
えている。これは、シールドへ流れる電子流を小さくす
るために、電磁場中に電子の運動の観点から検討した結
果から導かれた。

【００６３】図４〜図７に示されたマグネトロンユニッ
ト３０では、電子の速度(電子の運動方向および電子の
速さ)を考慮した上で、磁場を発生させるマグネットの
配置を考慮すべきことを明らかにし、マグネトロンユニ
ットによって発生される磁場の外形を空間的に大きく変
化させないような構成を実現している。

【００６４】また、図４から図７を参照すると、外周マ
グネット部５２は、所定の凸図形の外周上に設けられて
いる。この凸図形に応じて、プラズマの閉じ込めに寄与
する磁場の形状が規定される。このため、同じ磁場の値
を示す等磁場面(換言すれば、この面と、基板の表面に
平行な平面との交線である等磁場線)の変化が抑えられ
るので、プラズマ中の電子の洩れ出しが抑制される。こ
のための凸図形としては、円、略円、楕円、略楕円であ
ることが好ましい。

【００６５】また、図４〜図７を参照すると、内側マグ
ネット部５４は、回転軸３８を含む面によって分離され
るマグネトロンユニット３０のいずれかの領域(図４〜
図７の実施例では、一点鎖線５６で分離される領域の上
側の領域)内に設けられている。外周マグネット部５２
は内側マグネット部５４を囲むように設けられている。
各マグネットは回転中心を通過し、一点鎖線５６と直交
する軸に関して対象である。

【００６６】図４から図７を参照すると、内側マグネッ
ト部５４は、回転軸３８を含む面によって分離されるマ
グネトロンユニット３０のいずれかの領域(図４〜図７
の実施例では、一点鎖線５６で分離される領域の上側の
領域)内に設けられている。外周マグネット部５２は内
側マグネット部５４を囲むように設けられている。

【００６７】外周マグネット部５２は、回転中心となる
回転軸３８近傍に磁場を提供するために、回転軸３８ま
たはその近傍を通過するように設けられている。このた
めに、図４および図７に示された実施例では、外周マグ
ネット部５２の位置と回転中心となる回転軸３８の位置
とは重なっている。図６に示された実施例では、外周マ
グネット部５２および内側マグネット部５４の両方が、
一点鎖線５６によって分離される領域の一方に設けられ
ている。このときも、外周マグネット部５２は、回転中
心（回転軸３８）に対応するエロージョン面上の位置に
所望の磁場を与えるように配置されている。図５では、
外周マグネット部５２は、回転軸３８をその内側に含む
ように位置決めされている。図４および図７の実施例に
おけるマグネットの配置形態が最も好適な結果となる。
また、図５、図６および図７の実施例は、プラズマが発
生される領域が図５に示されたマグネットの配置形態よ
り小さい点で好適である。

【００６８】図４および図６に示された外周マグネット
部５２および内側マグネット部５４では、軸５６に沿う
方向に関する外形の幅が、この軸５６と直交する方向に
関する外形の長さに比べて長い。図７に示された外周マ
グネット部５２および内側マグネット部５４では、軸５
６に沿う方向に関する外形の幅が、この軸５６と直交す
る方向に関する外形の幅に比べて短い。なお、図７に示
された配置のマグネット部に対して、図７に示されるよ
うなマグネット部５２と回転軸３８との位置関係を同様
に適用できる。

【００６９】図４から図７において外周マグネット部５
２および内側マグネット部５４が発生する磁場は、回転
中心を含む領域に磁場を形成する少なくとも１個の第１
のマグネットアセンブリ(図２の３４ａ)と、このマグネ
ットと一緒になって環状配置されこの領域の外側領域に
磁場を形成する複数の第２のマグネットアセンブリ(図
２の３４ｂ)とを用いて実現されることができる。第２
のマグネットアセンブリは、回転軸３８を含む面によっ
て分離されるマグネトロンユニット３０上の一方の領域
に配置されている。このようなマグネトロンユニット３
０は、外周マグネット部５２、内部マグネット部５４、
およびその間の領域５８に加えて、さらに各マグネット
部５２，５４のや外側まで磁場を提供するので、これら
の領域にプラズマが閉じ込められる。

【００７０】外周マグネット部５２の総磁気量を内側マ
グネット部５４の総磁気量に比べて大きくすれば、プラ
ズマの閉じ込め性がさらに向上する。このため、プロセ
スガスの低圧化してもプラズマを維持できる。しかしな
がら、両者の総磁気量をほぼ等しく、または上記の設定
とは逆に小さくすることを排除するものではない。

【００７１】また、プラズマ閉じ込め性が向上される
と、プラズマ中の電子密度も増加する。この閉じ込め電
子の密度が高くなると、被スパッタ粒子のイオン化が促
進される。イオン化された被スパッタ粒子は、電位勾配
に従って基板支持部１８の方向に引かれるので、この方
向の速度成分が増加する。故に、膜厚均一性およびボト
ムカバリッジが向上する。

【００７２】加えて、スパッタターゲットの半分の領域
にマグネットが配置されるので、その位置を調整してプ
ラズマ形成領域を小さくすることが可能になる。このよ
うに縮小された領域に電力を投入できるので、投入電力
を上げることなくプラズマ密度を高めることができる。
プラズマ密度が高まると電子密度もまた増加するので、
被スパッタ粒子のイオン化が促進される。イオン化され
た被スパッタ粒子は基板表面に向かって加速されるの
で、基板表面に向いた速度成分を持つ被スパッタ粒子が
多数生成される。このため、主にプラズマ領域の直下に
被スパッタ粒子が到達し、この到達領域で成膜が進行す
る。このため、膜厚均一性が向上する。

【００７３】次に他の実施形態について説明する。

【００７４】図８に、別の実施形態にかかるのスパッタ
リング装置１１を示す。なお、図１に示したスパッタリ
ング装置１０と同様な機能を有する部材には、同一の符
号を付して示す。図８では、図１におけるマグネトロン
ユニット３０に代えて、マグネトロンユニット３１を配
設している。

【００７５】ここで図９（ａ）及び図１４に、マグネト
ロンユニット３１及びスパッタターゲット１６を取り出
して示す。

【００７６】マグネトロンユニット３１は、磁性材料に
よって形成したベースプレート３３、複数のマグネット
４３、各マグネット４３の配列位置の位置決めを行うイ
ンナーベルトＢin、アウターベルトＢout、及び、環状
に配列された各マグネットの先端部に固着される磁性部
材４９、４７などによって構成している。

【００７７】ベースプレート３３は円形領域と矩形領域
とを接合させた形状を呈しており、各マグネット４３は
円形領域側に配列され、円形領域と矩形領域との接合領
域付近に、ベースプレート３３を回転駆動する回転軸３
８の一端部が固着されている。

【００７８】インナーベルトＢin及びアウターベルトＢ
outは、マグネット４３の位置決め部材として用いら
れ、非磁性材料によって形成しており、それぞれのベル
ト部にはマグネット４３の外径に等しい開口を所定の間
隔で形成している。各開口内にマグネット４３を挿入す
ることで、各マグネット４３は、同心的に配置されたイ
ンナーベルトＢin及びアウターベルトＢoutに沿って、
２列の環状に点在する状態で配列される。ここでは一例
として、インナーベルトＢin側のマグネット４３はＳ極
が、またアウターベルトＢout側のマグネット４３はＮ
極が、それぞれスパッタターゲット１６に向くようにし
て配列している。また、ベースプレート３３とインナー
ベルトＢin及びアウターベルトＢoutとの間には、非磁
性材料によるスペーサＳが介在しており、これによりイ
ンナーベルトＢin及びアウターベルトＢoutは、ベース
プレート３３から離間した状態となっている。

【００７９】このように環状に配列されたマグネット４
３のうち、インナーベルトＢinによって配列された各マ
グネット４３の端面（スパッタターゲット１６側に対向
する端面）には、ポールピース或いはヨークなどによっ
て形成された環状の磁性部材４９が磁力によって固着さ
れており、これにより、隣り合う各マグネット４３のＳ
極は互いに接続され、リング状のＳ極が形成される状態
となる。また、同様に、アウターベルトＢoutによって
配列された各マグネット４３の端面（スパッタターゲッ
ト１６側に対向する端面）にも、磁性材料によって形成
された磁性部材４７が磁力によって固着されており、こ
れにより、隣り合う各マグネット４３のＮ極は互いに接
続され、リング状のＮ極が形成される状態となる。そし
て、磁性部材４９及びインナーベルトＢinは、これらを
貫通する、非磁性材料の固定ピン（図示せず）によって
ベースプレート３３に対して固定されており、また同様
に、磁性部材４７及びアウターベルトＢoutは、これら
を貫通する、非磁性材料の固定ピン（図示せず）によっ
てベースプレート３３に対して固定されている。

【００８０】このようにしてインナー側に配列された全
マグネット４３と、アウター側に配列された全マグネッ
ト４３によって、ドーナツ状に閉じた磁気回路が形成さ
れる。

【００８１】つまり、各磁性部材４７、４９は、内側列
に含まれる複数の第１のマグネット４３のＳ磁極(第１
の磁極)と、外側列に含まれる複数の第２のマグネット
４３のＮ磁極(第２の磁極)とを磁気的に結合し、内側列
に含まれる複数の第１のマグネット４３のＮ磁極の各々
を磁気的に結合すると共に、外側列に含まれる複数の第
２のマグネット４３のＳ磁極の各々を磁気的に結合する
ための磁気結合手段として機能する。つまり、この磁気
結合手段は、複数の第１のマグネットのＳ磁極と複数の
第２のマグネットのＮ磁極とを磁気的に結合するための
手段、複数の第１のマグネットのＮ磁極の各々を磁気的
に結合するための手段、複数の第２のマグネットのＳ磁
極の各々を磁気的に結合するための手段のいずれかを有
する。

【００８２】なお、図９（ａ）では、マグネット４３を
楕円の円周上に沿って配列した場合について図示した
が、この例に限定するものではなく、例えば、図９
（ｂ）に示すように、より真円に近い円周上に沿ってマ
グネット４３を配列する構成を採用することもできる。
この場合、インナーベルトＢin、アウターベルトＢou
t、磁性部材４９、４７などの対応する部材を、円環状
に形成すればよい。

【００８３】また、マグネトロンユニットを図１５に示
すように構成することもできる。このマグネトロンユニ
ット１００は、磁性材料によって形成されたベースプレ
ート３３の表面に、直径が異なる円柱型の２種のマグネ
ットを磁力によって固着している。例えば直径が大きい
方の大径マグネットの直径は約１．７ｃｍ、直径が小さ
い方の小径マグネットの直径は約１．４ｃｍ程度であ
る。２種のマグネットとも高さは同一であり、例えば約
３．３ｃｍ程度である。大径マグネットから発せされる
磁力は、大径マグネットの一端から２ｃｍ離れた空間
で、１５０〜２００ガウス程度であり、小径マグネット
から発せされる磁力は、大径マグネットの６０〜７０％
程度である。

【００８４】図１５に示すように、スパッタターゲット
１６の中心部から最も離れた部位となる、ベースプレー
ト３３の外縁部に、６個の大径マグネット１１０Ｎを円
周上沿って配列させ、さらにこの６個の大径マグネット
１１０Ｎを挟むように、その左右両側にそれぞれ９個の
小径マグネット１２０Ｎを同一の円周上に沿って配列さ
せている。従って、これらの大径マグネット１１０Ｎ及
び小径マグネット１２０Ｎの全体によって、ベースプレ
ート３３の円形領域が囲まれるような状態となってい
る。図１５の例では、これら大径マグネット１１０Ｎ及
び小径マグネット１２０Ｎは、Ｎ極をスパッタターゲッ
ト１６に向けて配列させており、大径マグネット１１０
Ｎ及び小径マグネット１２０Ｎの端面（スパッタターゲ
ット１６に対向する端面）には、この配列に沿うように
リング状に形成した、ヨークなどによる磁性部材１３０
を磁力によって固着している。

【００８５】これに対し、ベースプレート３３の中央部
には、１０個の大径マグネット１１０Ｓを集合させた状
態に配列させており、各大径マグネット１１０ＳはＳ極
をスパッタターゲット１６に向けた状態となっている。
そして、各大径マグネット１１０Ｓの端面（スパッタタ
ーゲット１６に対向する端面）には、磁性部材１３０と
同じ材質で形成され、大径マグネット１１０Ｓの集合領
域を覆うような円板状を呈する磁性部材１４０を、磁力
によって固着している。

【００８６】図１５に示す実施形態においても、各マグ
ネット１１０Ｎ、１１０Ｓ、１２０Ｎの配列には、すで
にインナーベルトＢin等として例示した、非磁性材料に
よる位置決め部材（図示せず）が用いられており、この
位置決め部材によって位置決めされた状態でベースプレ
ート３３の表面に配列されている。

【００８７】マグネトロンユニットを図１５に示すよう
に構成することにより、ベースプレート３３の外縁部に
配列した全マグネットで発生される磁気量は、ベースプ
レート３３の中央部に配列した全マグネットで発生され
る磁気量に比べて大きくなる。この結果、スパッタによ
ってスパッタターゲット１６から出る高いエネルギーを
持った電子（２次電子）のうち、エロージョン面１６ａ
に表出する磁場に捕集された電子が、真空チャンバ１２
の側壁側に位置するシールド２６へ流出してしまう現象
を十分に抑制することができ、スパッタターゲット近傍
の領域内に電子を効果的に閉じ込めることができる。

【００８８】また、このようにベースプレート３３の中
央部に比べて外縁部の磁力線が大となるので、スパッタ
ターゲット１６からウエハＷ方向に延びる磁力線が、ス
パッタターゲット１６から離れるに連れて広がらないよ
うに作用するため、スパッタターゲット１６とウエハＷ
との間に形成されるスパッタリング空間内に、電子を有
効に閉じ込めることができる。

【００８９】さらに、ベースプレート３３上の、スパッ
タターゲット１６の中心部から最も離れた部位、すなわ
ち真空チャンバ１２の側壁側に、磁力の大きい６個の大
径マグネット１１０Ｎを配列させたことにより、ベース
プレート３３が回転軸３８を中心に回転駆動された場合
にも、この６個の大径マグネット１１０Ｎは、常に真空
チャンバ１２の側壁側に位置する状態となる。従って、
真空チャンバ１２の側壁側となるスパッタターゲット１
６の外縁部から、ウエハＷ側に延びる磁力線は、ウエハ
Ｗ側に進むに連れて、真空チャンバ１２の中央に向かう
ように延びる状態となり、真空チャンバ１２の側壁側に
位置するシールド２６へ流れ出てしまう電子流を低減
し、電子の閉じ込め性向上に寄与する。

【００９０】また、ベースプレート３３上の、スパッタ
ターゲット１６の中心部から最も離れた部位に磁力の大
きい６個の大径マグネット１１０Ｎを配列させたことに
より、発生するプラズマが、スパッタターゲット１６の
表面に沿って、真空チャンバ１２の側壁側へ引き延ばさ
れるようになり、その結果、エロージョン領域がスパッ
タターゲット１６の中央部に集中する傾向を抑制するこ
とができる。

【００９１】加えて、スパッタターゲット１６の半分の
領域にマグネットが配置されるので、その位置を調整し
てプラズマ形成領域を小さくすることが可能になる。こ
のように縮小された領域に電力を投入できるので、投入
電力を上げることなくプラズマ密度を高めることができ
る。

【００９２】スパッタリング装置１１においても、図
４、図６および図７に示されたマグネットの配置形態を
適用することができる。これによって、所望の効果を得
ることができる。それぞれの図面では、第１の磁性部材
４７に沿って配列される外側のマグネット４３は、外周
マグネット部５２に対応し、第２の磁性部材４９に沿っ
て配列される内側のマグネット４３は、内側マグネット
部５４に対応している。

【００９３】スパッタリング装置１１では、複数の第１
および第２の磁性部材４７、４９に沿って配置されるマ
グネット４３の各々には、所定の磁気量を有する単位マ
グネットを適用することができる。単位マグネットを採
用すると、第１の環状からなるマグネット部と第２の環
状からなるマグネット部の各総磁気量をマグネット数に
より把握きるようになり、磁気総量比の設定が容易にな
る。

【００９４】マグネトロンユニット３１、例えばベース
プレート３３の搭載面３２ａは、回転の回転軸３８を含
む平面によって分離される第１および第２の領域を有
し、内側マグネット部は第１の領域に設けられると共
に、外側マグネット部は第１および第２の領域の境界上
および第１の領域の少なくともいずれかに設けられてい
る。

【００９５】マグネトロンユニット３１では、内側マグ
ネット部は第１の領域に設けられると共に、外側マグネ
ット部は第１および第２の領域の境界上を通過すると共
に第１の領域に設けられることが好ましい。また、外側
マグネット部は回転中心（回転軸３８）に対応する位置
を通過することができる。特に、図９に示した形態で
は、外側マグネットのための磁性部材４７と、内側マグ
ネットのために磁性部材４９との間の領域は、第１の領
域とのみ重なっている。

【００９６】このようなマグネット形態のよれば、プラ
ズマが形成されるエロージョン面１６ａ上の領域を小さ
くすることが可能になる。このように縮小された領域に
電力を投入できるので、投入電力を上げることなくプラ
ズマ密度を高めることができる。プラズマ密度が高まる
と電子密度もまた増加するので、被スパッタ粒子のイオ
ン化が促進される。イオン化された被スパッタ粒子は基
板表面に向かって加速されるので、基板表面に向いた速
度成分を持つ被スパッタ粒子が多数生成される。このた
め、主にプラズマ領域の直下に被スパッタ粒子が到達
し、この到達領域で成膜が進行する。このため、膜厚均
一性が向上すると共に、ボトムカバリッジも改善され
る。

【００９７】スパッタリング装置１１では、それぞれの
マグネット部は、それぞれの閉じた線上に沿って磁場を
提供するように配置されることができる。エロージョン
面１６ａ近傍においては、上記の閉じた線の挟まれた領
域にプラズマが生成される。つまり、２つの閉じた線に
よって、プラズマが生成される領域の形状および面積が
規定される。閉じた線は、閉曲線であることができる。
また、閉じた線は凸曲線であることができる。これらの
曲線は、マグネトロンユニットの第１の領域内に規定す
ることができ、また、回転中心（回転軸３８）を通過す
ることもできる。

【００９８】また、マグネトロンユニット３１では、外
側マグネット部は、マグネトロンユニット３１上におい
て所定の凸図形の外周線上に設けられると、プラズマの
発生に寄与する磁場の形状はこの凸図形によって規定さ
れる。凸図形の外周線である閉凸曲線に基づく等磁場線
の屈曲の変化範囲は、閉曲線の屈曲の変化範囲に比べて
さらに小さくできる。これによって、プラズマ中からの
電子の洩れ出しが低減され、効率的に電子が閉じ込めら
れる。

【００９９】電子密度が高まるとスパッタ粒子のイオン
化が促進されるイオン化されたスパッタ粒子は基板方向
に加速されるので、この方向の速度成分が大きくなる。
また、プラズマ中の電子密度が高まると、プロセスガス
の低圧化が可能になる。低圧化によって、スパッタ粒子
とプロセスガス原子との衝突確率が低くなるので、基板
に垂直方向の速度成分を持ったスパッタ粒子が増加す
る。これらの理由によって、ボトムカバリッジが改善さ
れる。外側マグネット部は、最外周の配置されたマグネ
ットからなることが好ましい。これによって、最外周マ
グネット部の内側に電子を閉じ込めることができる。

【０１００】図１０は、内周マグネット部の総磁気量が
外周マグネット部の総磁気量より小さい場合にマグネト
ロンユニット３１によって発生される磁場を概略的に示
している。図１１は、図１０における総磁気量の関係が
逆である場合にマグネトロンユニット３１によってによ
って発生される磁場を概略的に示している。図１０およ
び図１１では、マグネトロンユニット３１が有する各マ
グネットによって発生される磁場を破線で示している。

【０１０１】図１０のスパッタリング装置では、外周マ
グネット部(図４、図６および図７における５２)に含ま
れるマグネット４３のＮ極からの磁力線（図中に破線で
示す）は、マグネトロンユニット３１の中心方向に向か
って伸びる。磁場の一部は、マグネット４３のＳ極に到
達して、磁気回路を構成する磁性部材内４１を通過して
閉じる。残りの磁場は、マグネトロンユニット３１の中
心方向に向かって中心軸附近まで伸びた後、この軸方向
に向きを変えて、マグネトロンユニット３１と反対側へ
伸びる。このため、外周マグネットからの磁場は、エロ
ージョン面１６ａの近傍ではマグネトロンユニット３１
の内側に向いている。磁場の曲がりに応じて、電子の運
動方向はマグネトロンユニット３０の内側に向けられ
る。このため、シールド２６へ流れる電子流を小さくす
ることができる。

【０１０２】一方、図１１に概略的に例示するように、
内側に設けた内側マグネット部８０（Ｓ極）の総磁気量
が、その外側に設けた外側マグネット部８１（Ｎ極）の
総磁気量よりも大きい場合を想定すると、内側マグネッ
ト部８０から延びる磁力線（図中に破線で示す）は、外
側マグネット部８１で囲まれた範囲外に向かって延びる
状態となる。このため、このような磁場がプラズマを閉
じ込める作用は弱い。

【０１０３】以上説明してきたようなスパッタリング装
置では、マグネトロンユニット３０、３１は、およびエ
ロージョン面１６ａとペディスタル１８の上面１８ａと
の間にある真空チャンバ１２内の空間(以下、スパッタ
リング空間という）に形成される磁場Ｈの形状をそれぞ
れ支配する。マグネットロユニット３０、３１によれ
ば、スパッタリング空間に電子の閉じ込めに好適な磁場
が発生される。マグネトロンユニット３０、３１は、駆
動モータ３６によって回転されるので、各マグネットに
よって発生される磁場は実際のスパッタリング装置１
０、１１では駆動軸となる回転軸３８の周りに、例えば
毎分６０〜１００回程度の頻度で回転している。

【０１０４】マグネトロンユニット３０、３１からのプ
ロセスガスがエロージョン面１６ａの近傍においてプラ
ズマ化されると、ターゲット１６のエロージョン面１６
ａから被スパッタ粒子が生成される。図２、図４、図
６、図７、図９(ａ)および図９(ｂ)に対応するようなマ
グネトロンユニットの形態を採用すれば、プラズマを維
持するために必要な圧力を下げることができる。また、
プラズマが発生される領域を小さくすれば、プラズマ密
度を上げることができる。これによって、電子電流密度
が大きくできる。このため、被スパッタ粒子のイオン化
か促進される。イオン化したスパッタ粒子は、基板支持
部１８の方向に加速される。故に、基板Ｗに交差する軸
に沿った方向の速度成分がこれと直交する方向の速度成
分に対して相対的に大きくなり、ボトムカバリッジが改
善される。また、基板Ｗに垂直な速度成分が大きくなる
と、回転するマグネトロンユニット３０、３１が通過し
ている直下において成膜が進行して、ボトムカバリッジ
が良好な膜は形成される。

【０１０５】このようなスパッタリング装置において、
発明者が行った実験結果によれば、従来の装置における
膜厚均一性が１０％以上あったものが、本発明の適用に
よって、５％以下に抑えられるようになった。ここで、
膜厚均一性とは、 (膜厚の最も厚い点での測定値−膜厚の最も薄い点での
測定値)／(膜厚の平均値)／２×１００ で定義される。

【０１０６】以上説明したスパッタリング装置において
発明者が行った実験によれば、実用的には、外周マグネ
ット部の総磁気量は内側マグネット部の総磁気量の１．
５倍以上に設定することが好適であることが分かってい
る。

【０１０７】図１２は、横軸に総磁気量比、縦軸にシー
ト抵抗Ｒｓの一様性を示した測定結果を示す。

【０１０８】この測定は、以下の条件 ターゲット：Ｔｉ パワー ：１２ｋＷ 圧力 ：６．６７×１０^-2Ｐａ(０．５ｍＴ) 膜厚 ：１００ｎｍ にて行われた。

【０１０９】図１２によれば、総磁気量比が１．５より
小さいとＲｓ一様性が悪化する傾向にある一方で、総磁
気量比が１．５以上では磁気総量比が大きくなるに従っ
てＲｓ一様性が改善されている。

【０１１０】上記のようなマグネトロンユニットを準備
すれば、磁場による電子閉じ込め作用のため、プラズマ
中の電子を効率的に閉じ込めることができる。このた
め、電子密度を高めることができる。電子密度が高まる
と、被スパッタ粒子がイオン化されるようになる。イオ
ン化された被スパッタ粒子は電界によって加速されるの
で、ターゲットから基板への方向に運動する被スパッタ
粒子の数が増加する。また、プラズマ中において電子密
度を高めることができるので、プラズマを低圧でも維持
することができる。

【０１１１】既に説明したように、図２、図４、図６、
図７、図９(ａ)および図９(ｂ)には、第１および第２の
実施の形態に適用可能なマグネット配置の形態が示され
ている。これらの形態では、マグネット部、例えばアウ
ターベルトＢoutによってマグネット４３を配列させた
マグネット部５２は、所定の閉曲線の沿って、例えばポ
ールピースに形状に沿って設けられている。このような
マグネトロンユニットでは、閉曲線の最小曲率半径が最
大曲率半径の０．８倍以上であることが好適であり、ま
た凸曲線の最小曲率半径が最大曲率半径の０．８倍以上
であることが好適であると、発明者は考えている。

【０１１２】図１３は、横軸に上記の半径比、縦軸にｍ
Ｔ単位で示めされたプラズマ維持圧力の測定結果を示し
ている。この測定は、以下の条件 ターゲット：Ｔｉ パワー ：１２ｋＷ にて行われた。なお、図１３では、特性図に見やすさの
ために圧力の単位としてｍＴおよびＳＩ単位系のＰａを
併記しています。図１３によれば、最小曲率半径をＲmi
nと置き、最大曲率半径をＲmaxと置くとき、Ｒmin／Ｒm
axが０．８倍以上であるときに好適であると考えられ
る。

【０１１３】発明者による実験によれば、例えば遠距離
スパッタ(ロングスロースパッタ)の場合、スパッタ粒子
の平均自由行程を１９０ｍｍ以上にすることにより、良
好なボトムカバリッジが得られる。この平均自由行程を
達成するためのチャンバ内圧力を見積もると、約４×１
０^-2(０．３ｍＴ)となった。図１３によれば、この圧力
は、曲率半径を０．８以上にすることにより達成させ
る。

【０１１４】このようなスパッタリング装置において好
適に適用できる成膜方法は、以下の手順に従うことがで
きる。つまり、(1)スパッタターゲットに磁場を提供す
るように設けられた第１および第２のマグネット部を有
し、第２のマグネット部は第１のマグネット部の内側に
設けられ、第１のマグネット部は所定の閉曲線の外周上
に設けられると共に、閉曲線の最小曲率半径は最大曲率
半径の０．８倍以上であるマグネトロンユニットを有す
るスパッタリング装置を準備する工程と、(2)前記スパ
ッタターゲットに対面するように基板を配置する工程
と、(3)スパッタターゲットのエロージョン面の近傍に
プラズマを生成する工程と、(4)スパッタリング粒子を
生成し前記基板上に膜を形成する工程と、を備える。こ
のようなマグネトロンユニットを用いると、プラズマ中
の電子を効率的に閉じ込めることができる。

【０１１５】また、成膜方法は、以下の手順によること
もできる。(1)前記スパッタターゲットに対面するよう
に基板を配置する工程と、(2)スパッタターゲットに磁
場を提供するように設けられた第１および第２のマグネ
ット部を有し、第２のマグネット部は第１のマグネット
部の内側に設けられ、第１のマグネット部は所定の閉曲
線の外周上に設けられると共に、閉曲線の最小曲率半径
は最大曲率半径の０．８倍以上であるマグネトロンユニ
ットを用いてエロージョン面の近傍にプラズマを生成す
る工程と、(3)スパッタリング粒子を生成し前記基板上
に膜を形成する工程と、を備える。

【０１１６】上記のようなマグネトロンユニットを用い
て磁場を用いてプラズマを発生すれば、プラズマ中の電
子を効率的に閉じ込めることができる。このため、プラ
ズマ中において電子密度を高めることができる。電子密
度が高くなると、プラズマを低圧でも維持することがで
きる。また、電子密度が高まると、被スパッタ粒子がイ
オン化されるようになる。イオン化された被スパッタ粒
子は電界によって加速されるので、ターゲットから基板
への方向に運動する被スパッタ粒子の数が増加する。

【０１１７】また、従来のスパッタリング装置では、発
明者の知る範囲において、プロセスガスの圧力を０．０
５Ｐａ(0.375mTorr)以下にするとプラズマを維持できな
かった。しかしながら、以上説明したようなスパッタリ
ング装置では、最低放電維持電圧を０．０２Ｐａ(0.15m
Torr)まで下げることができた。このような低圧力にお
いてボトムカバリッジが従来に比べて１．５倍以上に向
上できるようになった。

【０１１８】また、プロセスガスの低圧化を図ることが
できるので、、プロセスガスの粒子がスパッタリング粒
子と衝突することが頻度が減るので、ボトムカバリッジ
率が更に向上する。

【０１１９】本発明を実施の形態に基づいて説明した
が、本発明はこのような実施の形態に限定されるもので
はなく、様々な変形が可能である。例えば、本実施の形
態のスパッタリング装置１０、１１が適用可能なターゲ
ット材料は、銅（Ｃｕ）に限られるものではなく、この
ほかの元素、チタン(Ｔｉ)、アルミニウム(Ａｌ)、およ
びこれらの合金等でも適用可能である。以上説明した実
施の形態は、閉曲線の最小曲率半径Ｒmin、最大曲率半
径Ｒmaxとするとき、絶対値｜Ｒmin／Ｒmax｜が０．８
倍以上である場合にも適用される。

【０１２０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わるスパッタリング装置では、マグネトロンユニットで
は、第１のマグネット部は、所定の閉曲線上に設けられ
ている。第２のマグネット部は、第１のマグネット部の
内側に設けられている。閉曲線の最小曲率半径が最大曲
率半径の０．８倍以上であることが好適である。所定の
閉曲線に沿って第１のマグネット部を配置すれば、プラ
ズマの発生に寄与する磁場の形状はこの閉曲線によって
規定される。等磁場線は上記の曲率半径の範囲で屈曲さ
れるので、等磁場線の曲がりによって生じうるプラズマ
中からの電子の洩れ出しが低減される。

【０１２１】このため、等磁場線の形状の改善によっ
て、プラズマ中の電子の洩れ出しが抑制され、効率的に
電子が閉じ込められる。

【０１２２】また、本発明に係わる成膜方法によれば、
スパッタターゲットに磁場を提供するように設けられた
第１および第２のマグネット部を有し、第２のマグネッ
ト部は第１のマグネット部の内側に設けられ、第１のマ
グネット部は所定の閉曲線の外周上に設けられると共
に、閉曲線の最小曲率半径は最大曲率半径の０．８倍以
上であるマグネトロンユニットを用いてスパッタリング
を制御しているので、電子の閉じ込め効率が向上された
状態で成膜を行うことができる。

【０１２３】したがって、ボトムカバリッジを改善可能
なスパッタリング装置および成膜方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１の実施の形態に従うマグネトロン
式スパッタリング装置の概略構成図である。

【図２】図２は、第１の実施の形態におけるサブユニッ
トの配置位置を示すための平面図である。

【図３】図３は、サブユニット部分を拡大したマグネト
ロンユニットの拡大図である。

【図４】図４は、サブユニットが発生する磁場を説明す
るマグネット配置を示した平面図である。

【図５】図５は、サブユニットが発生する磁場を説明す
るマグネット配置を示した平面図である。

【図６】図６は、サブユニットが発生する磁場を説明す
るマグネット配置を示した平面図である。

【図７】図７は、サブユニットが発生する磁場を説明す
るマグネット配置を示した平面図である。

【図８】図８は、第２の実施の形態に従うマグネトロン
式スパッタリング装置の概略構成図である。

【図９】図９(ａ) および図９(ｂ)は、図８のマグネト
ロンユニットにおけるマグネット及びベースプレート
と、スパッタターゲットとの位置関係を平面的に示す説
明図である。

【図１０】図１０は、スパッタリング装置に形成される
磁場を示す構成図である。

【図１１】図１１は、スパッタリング装置に形成される
磁場を示す構成図である。

【図１２】図１２は、外周マグネットと内側マグネット
との間の総磁気量比をＲｓとの関係を示す特性図であ
る。

【図１３】図１３は、Ｒmin／Ｒmaxに対するプラズマ維
持圧力の関係を示す特性図である。

【図１４】図１４は図８に示したマグネトロンユニット
を示す分解斜視図である。

【図１５】図１５は他の実施形態にかかるマグネトロン
ユニットのマグネット及びベースプレートと、スパッタ
ターゲットとの位置関係を平面的に示す説明図である。

【符号の説明】

１０、１１…スパッタリング装置、１２…真空チャン
バ、１３ａ、１３ｂ…絶縁部材、１４…ハウジング、１
５…基板、１６…スパッタターゲット、１８…ペディス
タル、２０…排気ポート、２１…真空ポンプ、２２…供
給ポート、２３…バルブ、２４…加速用電源、２５…プ
ロセスガス供給源、２６…シールド、２９…制御器、３
０、３１…マグネトロンユニット、３２、３３…ベース
プレート、３４…マグネット、３６…駆動モータ、３８
…回転軸、４０…ヨーク部材、４２、４３、４４…マグ
ネット、４７、４８、４９、５０…磁性部材、５２…第
１のマグネット部、５４…第２のマグネット部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相田 恒 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 和田 優一 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 尹 基桓 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA29 BD01 CA05 DC43 DC45 4M104 BB02 BB04 BB14 DD39 DD40 HH13 5F103 AA08 BB14 DD28 LL14 NN04 RR10

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバと、 前記真空チャンバを減圧するための減圧手段と、 前記真空チャンバ内にプロセスガスを供給するためのガ
   ス供給手段と、 前記真空チャンバ内において基板を支持するための基板
   支持部と、 前記基板支持部にエロージョン面が対面するように設け
   られたスパッタターゲットと、 所定の閉曲線上に設けられた第１のマグネット部と、前
   記第１のマグネット部の内側に設けられた第２のマグネ
   ット部とを有し、前記ターゲットに関して前記基板支持
   部と反対側に設けられたマグネトロンユニットと、を備
   え、 前記第１のマグネット部は第１の磁極を前記スパッタタ
   ーゲットに向けて配置され、前記第２のマグネット部は
   第２の磁極を前記スパッタターゲットに向けて配置さ
   れ、 前記閉曲線の最小曲率半径は最大曲率半径の０．８倍以
   上である、スパッタリング装置。
2. 【請求項２】 前記閉曲線は凸図形の外周によって規定
   されている外周線である、請求項１に記載のスパッタリ
   ング装置。
3. 【請求項３】 前記エロージョン面上の所定の点を通過
   する軸を回転中心として前記マグネトロンユニットおよ
   び前記スパッタターゲットを相対的に回転するための駆
   動手段を更に備え、 前記マグネトロンユニットは、前記軸を含む平面によっ
   て分離される第１および第２の領域を有し、前記第２の
   マグネット部は前記第１の領域に設けられると共に、前
   記第１のマグネット部は前記第１および第２の領域の境
   界上および前記第１の領域の少なくともいずれかに設け
   られている、請求項１または請求項２に記載のスパッタ
   リング装置。
4. 【請求項４】 前記第１のマグネット部の総磁気量は前
   記第２のマグネット部の総磁気量より大きい、請求項１
   または請求項２にスパッタリング装置。
5. 【請求項５】 前記第１のマグネット部は、第１の磁極
   を前記ターゲットに向けて配置された複数の第１のマグ
   ネットを有し、前記第２のマグネット部は第２の磁極を
   前記ターゲットに向けて配置された複数の第２のマグネ
   ットを有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載
   のスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 前記マグネットトロンユニットは複数の
   第１の磁性部材を有し、前記複数の第１の磁性部材の各
   々は、前記複数の第１のマグネットのうちの１つの第２
   の磁極の部分と前記複数の第２のマグネットのうちの１
   つの第１の磁極の部分とを磁気的に結合する、請求項５
   に記載のスパッタリング装置。
7. 【請求項７】 前記マグネットトロンユニットは第２の
   磁性部材を有し、前記第２の磁性部材は、前記複数の第
   １のマグネットの第２の磁極の部分と前記複数の第２の
   マグネットの第１の磁極の部分とを磁気的に結合する、
   請求項５に記載のスパッタリング装置。
8. 【請求項８】 前記第２の磁性部材は前記マグネトロン
   ユニットのベースプレートである、請求項７に記載のス
   パッタリング装置。
9. 【請求項９】 前記マグネトロンユニットは、前記複数
   の第１のマグネットと前記ターゲットとの間に設けられ
   前記複数の第１のマグネットの第１の磁極を磁気的に結
   合する第３の磁性部材と、前記複数の第２のマグネット
   と前記ターゲットとの間に設けられ前記複数の第２のマ
   グネットの第２の磁極を磁気的に結合する第４の磁性部
   材と、を含む、請求項５から請求項８のいずれかに記載
   のスパッタリング装置。
10. 【請求項１０】 前記スパッタターゲットは、Ｔｉ、Ａ
    ｌ、およびＣｕの少なくとも何れかを含む、請求項１〜
    請求項９のいずれかに記載のスパッタリング装置。
11. 【請求項１１】 スパッタターゲットに磁場を提供する
    ように設けられた第１および第２のマグネット部を有
    し、前記第２のマグネット部は前記第１のマグネット部
    の内側に設けられ、前記第１のマグネット部は所定の閉
    曲線の外周上に設けられると共に、前記閉曲線の最小曲
    率半径は最大曲率半径の０．８倍以上であるマグネトロ
    ンユニットを有するスパッタリング装置を準備する工程
    と、 前記スパッタターゲットに対面するように基板を配置す
    る工程と、 前記スパッタターゲットのエロージョン面の近傍にプラ
    ズマを生成する工程と、 スパッタリング粒子を生成し前記基板上に膜を形成する
    工程と、を備える成膜方法。