TW201337024A - 磁控濺射裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種磁控濺射裝置，能一邊確保成膜速度之面內均勻性，一邊提高成膜速度，來提升靶材的使用效率。設於靶材背面側之磁石配置體係構成為將兩端為相互不同磁極之棒狀磁石配置成網目狀，並在網目的交點處，於棒狀磁石端面所包圍之區域設置透磁性之核心構件。由於來自棒狀磁石兩端磁極之磁束會通過核心構件，故會抑制鄰接之棒狀磁石彼此之磁束的排斥，而抑制磁束線的扭曲，來以廣範圍形成水平磁場。因此，高密度電漿會在廣範圍均勻地形成，而確保面內均勻性並獲得快的成膜速度。又，靶材的侵蝕面內均勻性良好，能具有均勻性來進行侵蝕，故靶材的使用效率會變高。

Description

磁控濺射裝置

本發明係關於一種磁控濺射裝置。

在半導體元件之製程所使用之磁控濺射裝置如圖13所示，係構成為將成膜材料所構成之靶材13對向於基板12而配置於被設定在低壓氛圍的真空容器11內，並將磁石體14設於靶材13之上面側，於靶材13為導電體(例如金屬)的情況，在施加負的直流電壓之狀態下，於靶材13之下面附近形成磁場。又，為了防止粒子附著於真空容器11的內部，係設有防附著遮罩(未圖示)。

該磁石體14如圖14所示，一般是構成為在例如環狀的磁石15內側，配置與該磁石15不同磁極性的圓形磁石16。另外，圖14係從靶材13側觀看磁石體14的俯視圖，此例中，係分別設為外側磁石15之磁極性為靶材13側係S極，內側磁石16之磁極性為靶材13側係N極。如此一來，靶材13之下面附近便會藉由基於外側磁石15之會切(CUSP)磁場與基於內側磁石16之會切磁場而形成水平磁場。

該真空容器11內，係將氬(Ar)氣體等非活性氣體導入，從DC電源部15將負的直流電壓施加於靶材13，藉由此電場來使得Ar氣體電離而產生電子。此電子會因該水平磁場與電場而飄移，如此一來，便形成高密度電漿。然後，電漿中之Ar離子會濺射靶材13而從靶材13擊出金屬粒子，藉由該所釋出之金屬粒子來進行基板12的成膜。

由於此般的機制，靶材13的下面如圖15所示，在外側磁石15與內側磁石16之中間部的正下方會形成有沿著磁石之配列的環狀侵蝕17。此時，為了於靶材13整面來形成侵蝕17會將磁石體14加以旋轉，但所述之磁石配列卻難以在靶材13的半徑方向形成均勻的侵蝕17。

另一方面，基板面內之成膜速度分布係依存於靶材13面內之侵蝕17的強弱(濺射速度的大小)。因此，如上述般在侵蝕17的均勻性不佳的情況，會如圖15之虛線所示，直接反映侵蝕的形狀而導致基板面內之成膜速度的均勻性惡化。因為這樣的情事，以往係將靶材13與基板之距離大大地設為50mm~100mm左右來進行濺射處理。

此時，由於因濺射而從靶材13釋出的粒子會朝外方向飛散，當從靶材13將基板12遠離時，會使得附著於防附著遮罩的濺射粒子變多，造成基板外周部之成膜速度降低。因此，一般是進行使得外周部的侵蝕變深，即提高外周的濺射速度，來確保基板面內之成膜速度的均勻性。但是，此構成由於如所述般會讓附著於防附著遮罩之濺射粒子變多，使得成膜效率會成為10%左右而非常地低，並無法獲得快的成膜速度。

又，靶材13雖在侵蝕17到達內面側之前便需要交換，但如所述般，在侵蝕17之面內均勻性低而局部存在有侵蝕17之進行較快的部位時，由於會配合此部位來決定靶材13的交換時期，故靶材13的使用效率會降低40%左右。為了降低製造成本、提升生產性，被要求要提高靶材13的使用效率。

然而，近年來，記憶元件之配線材料則著眼於鎢(W)膜，需要以例如300nm/min左右之成膜速度來成膜。上述構成雖可藉由將施加電功率大至15kWh左右來確保該成膜速度，但機構複雜且作動率低，導致製造成本提高。

此處，為了確保成膜速度之面內均勻性，便必須提高侵蝕的面內均勻性，而此方法有檢討將複數磁石平面地加以配置。專利文獻1中，提案有一種在任意2者間具有等距離，且將具有相互之磁極性的複數磁石對向於靶材而平面地加以配置，來於靶材下側產生重點會切磁場之構成。又，專利文獻2中，記載有一種將具備有和各靶材表面為平行之中心軸的複數磁石以相互中心軸為略平行之方式來加以配置，並將複數磁石以N極與S極會相對於該中心軸而相互地對向於略直角方向之方式來形成的技術。

如此般配置磁石之構成中，在提高成膜速度的情況，係考量有將配置間隔變窄，或將表面磁束密度變大來使磁場強度變大。但是，如此一來，相互磁束的排斥便會變強，使得磁束線扭曲，導致獲得水平磁場之範圍變窄。該等專利文獻1及專利文獻2中均未記載有關於將水平磁場於廣範圍下形成之磁石配置，縱使使用該等技術，亦無法解決要一邊確保成膜速度之面內均性，一邊獲得快的成膜速度之本發明課題。

專利文獻1：日本特開2004-162138號公報

專利文獻2：日本特開2000-309867號公報

本發明有鑑於如是之情事，其目的在於提供一種可一邊確保成膜速度之面內均性，一邊獲得快的成膜速度，並提升 靶材之使用效率之技術。

本發明係對向於真空容器內所載置之被處理基板來配置靶材，而於此靶材之背面側設置磁石之磁控濺射裝置，其具備有對該靶材施加電壓之電源部及將磁石群配置於該靶材背面側所設置之基體的磁石配置體；該磁石配置體係具備有：將兩端為相互不同磁極之棒狀磁石沿靶材之對向面而配置成網目狀；各網目形狀為2n(n為2以上之整數)角形；在網目的交點處，於棒狀磁石端面所包圍之區域設置透磁性之核心構件；以及包圍核心構件之棒狀磁石的端部彼此為相互相同磁極。

依本發明，在磁控濺射裝置中，係具備將磁石群配置於靶材背面側所設置之基體的磁石配置體，此磁石配置體係將將兩端為相互不同磁極之棒狀磁石配置成網目狀，並在網目的交點處，具備於棒狀磁石端面所包圍之區域設置透磁性之核心構件的區域。此區域由於會讓來自棒狀磁石之兩端磁極的磁束通過核心構件，故會抑制鄰接之棒狀磁石彼此的磁束之排斥來抑制磁束線的扭曲，而以廣範圍來形成水平性高的磁場(水平磁場)。此結果由於會以廣範圍均勻地形成高密度電漿，故可一邊確保成膜速度的面內均勻性，一邊獲得快的成膜速度。

又，由於棒狀磁石係配置成網目狀，故靶材所形成之侵 蝕的面內均勻性良好，再者，由於電漿的均勻性高，故在靶材面內會維持均勻性來進行侵蝕。因此，與局部地進行侵蝕的情況相比，靶材的壽命會變長而提升靶材的使用效率。

就本發明一實施形態之磁控濺射裝置，參照圖式來加以說。圖1係顯示該磁控濺射裝置之一範例的縱剖視圖，圖中2係例如由鋁(Al)所構成而接地之真空容器2。此真空容器2的頂部呈開口，而設有封閉此開口部21之靶材電極3。此靶材電極3係藉由將成膜材料之例如鎢(W)所構成之靶材31接合於例如銅(Cu)或鋁(Al)所構成之導電性基板32下面所構成。該靶材31係構成為例如平面形狀為圓形狀，其直徑係以較成為被處理基板之半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)10要大之方式而設定為例如400至450mm。

該基板32係形成為較靶材31要大，而設置為基板32下面之周緣區域會被載置於真空容器2之開口部21周圍。此時，基板32周緣部與真空容器2之間係設有環狀的絕緣構件，如此一來，靶材電極3便會在與真空容器2為電氣絕緣的狀態下被固定於真空容器2。又，此靶材電極3係藉由電源部33而被施加有負的直流電壓。

真空容器2內係以和該靶材電極3平行對向之方式設置有水平地載置晶圓10之載置部4。此載置部4係構成為作為例如鋁所構成之電極(對向電極)，而連接有供給高頻電功率之高頻電源部41。該載置部4係構成為藉由升降機構42將晶圓10在針對真空腔室2之搬入的搬送位置與濺射時之處理 位置之間自由地升降。該處理位置中，例如載置部4上之晶圓10上面與靶材31下面之距離h係設定為例如10mm以上100mm以下，較佳為10mm以上50mm以下，更佳為10mm以上30mm以下。

又，此載置部4內部係內建有成為加熱機構之加熱器43，晶圓10會被加熱至例如400℃。再者，該載置部4與未圖示之外部搬送臂之間係設有用以收授晶圓10之未圖示的突出銷。

真空容器2內部係設有沿周圍方向包圍靶材電極3之下方側的環狀腔室遮罩構件44，且設有沿周圍方向包圍載置部4之側邊的環狀保持遮罩構件45。該等係設置來抑制濺射粒子對真空容器2內壁之附著，而為藉由例如鋁或以鋁為母材之合金的導電體所構成。腔室遮罩構件44係連接於例如真空容器2之頂部內壁，而透過真空容器2來接地。又，保持遮罩構件45係接地以使得載置部4透過保持遮罩構件45來接地。

再者，真空容器2係透過排氣道23而連接至為真空排氣機構之真空泵24，並透過供給道25而連接置非活性氣體(例如Ar氣體)之供給源26。圖中27係藉由閘閥28而構成為可自由開閉之晶圓10的搬送口。

靶材電極3之上部側係以接近該靶材電極3之方式設有磁石配置體5。此磁石配置體5如圖2及圖3(圖2之L1線側視圖)所示，係構成為將磁石群52配置於比透磁率高之材料(例如鐵(Fe))所構成之基體51。圖2係從靶材31側所見到磁 石群52之俯視圖。該基體51係對向靶材31般設置，其平面形狀係形成為較靶材31要大的圓形狀。此基體51係配置為其中心O係對向於靶材31中心，而設定為例如基體51直徑係較靶材直徑要大60mm左右之數值。

該磁石群52係具備有由兩端為相互不同磁極之棒狀磁石6、透磁性之核心構件7所構成之內側磁石群53、與設於此內側磁石群53外側之返回用磁石8。該等棒狀磁石6、核心構件7及返回用磁石8係以基於因會切磁場之電子飄移會跨過晶圓10之投影區域整體來產生電漿之方式，而沿對向於靶材31之面來加以配置。

該棒狀磁石6係沿對向於靶材31之面而配置呈網目狀，個網目形狀係形成為2n(n為2以上之整數)角形。又，於網目的交點處，於棒狀磁石6端面所包圍之區域設置核心構件7，包圍核心構件7之棒狀磁石6的端部彼此係配置為相互相同磁極。

具體而言，棒狀磁石6及核心構件7如圖2所示，係分別在圍棋盤之直線狀的線狀部分配置棒狀磁石，交點部分則配置核心構件7。如此一來，便設定為將棒狀磁石6配置呈正方形狀(n=2之2n角形狀)，且於4個交點部分分別配置核心構件7，而棒狀磁石6之包圍核心構件7的部分則成為相同磁極。藉此，如圖4之中心的核心構件71為例所示，於一個核心構件7(71)之周圍便會以將相同磁極性朝向該核心構件7(71)之方式，將以90度間隔來放射狀地配置4根棒狀磁石6(61a~61d)的單元60多數地配置在基體51的下面側(靶材 31側)。

又，該內側磁石群53係以在將例如基體51之中心O為中心而旋轉時會成為旋轉對象之方式來配置棒狀磁石6及核心構件7。圖2範例中，該中心O係配置有核心構件71，而成為分別將棒狀磁石6配置於在該中心O呈相互直交之2根直線L1,L2上之形態。

例如圖2中，將靶材31之左右方向為X方向，將靶材31之深度方向為Y方向時，設定為該直線L1係延伸於該左右方向，直線L2則延伸於該深度方向。然後，棒狀磁石6的例如平面形狀係構成為長方形狀，其長度方向係分別配置為平行於該左右方向及該深度方向，而藉由4根棒狀磁石6來配置形成正方形。

該核心構件7係由透磁性材料(例如鐵(Fe))所構成。此處，所謂透磁性係指比透磁率在1000以上，前述鐵以外，亦可使用矽鋼、透磁合金(permalloy)等作為核心構件7。此核心構件7係構成為例如平面形狀為正方形，本例中，係透過微小間隙而設於棒狀磁石6之間。配置為例如將所有的棒狀磁石6及核心構件7構成為相同形狀及大小，並將棒狀磁石6與核心構件7之離間間隔一致般地來加以配置，如此一來，本例中，棒狀磁石6與核心構件7便會配置成4次對象。

此處，以核心構件7為中心來產生電子飄移運動之方式，來構成棒狀磁石6與核心構件7之配置體。為了容易產生電子之飄移，需要廣泛地形成高水平性的磁場，為此，將核心構件7與棒狀磁石6盡可能地加以接近，且包圍核心構 件7之棒狀磁石6彼此之間，較佳地，從核心構件7的端部至棒狀磁石6之端部的距離係一致的。此處所謂該距離係一致的係指相對於核心構件7端部與鄰接於此之棒狀磁石6之端部的距離之平均值，各距離係在±10%以內。又，圖2雖記載有將核心構件7與棒狀磁石6加以離間來配置之範例，但由於棒狀磁石6彼此較佳係透過核心構件7來盡可能接近地加以設置，故為了消除磁場的漏洩，亦可將棒狀磁石6與核心構件7加以接觸地來設置。因此，核心構件7與棒狀磁石6之離間間隔D1係設定為0mm~3mm。

又，為了形成均勻的磁場，包圍核心構件7之棒狀磁石6彼此之間較佳地，係使從核心構件7之中心至棒狀磁石6之端部的距離加以一致。因此，上述範例中，係以核心構件7為中心來於四方向放射狀地配置棒狀磁石6，故核心部7會構成為正方形狀，核心部7的一邊便構成與棒狀磁石6之寬度為相同程度。

此處，將顯示例如棒狀磁石6與核心構件7之大小的一範例時，棒狀磁石6長度為10mm~50mm，寬度為5mm~20mm，高度為5mm~20mm左右，核心構件7其大小係一邊為5mm~20mm，高度為5mm~20mm左右。此時，為了減少磁場的漏洩，較佳係將棒狀磁石6兩端之端面形狀與核心構件7之對應於棒狀磁石6之端面的形狀加以一致，但並不一定要將兩者之形狀構成為加以一致。

磁石群52的最外周係設有返回用磁石8，此返回用磁石8係以阻止電子從磁場的拘束而被解放彈出到會切磁場外的 方式，來配置成線狀。此處，內側磁石群53中，將位於最外側之棒狀磁石稱為外側磁石62，圖2的結構中，磁石62a,62b,62c,62d,62e,62f,62g,62h便相當於外側磁石。然後，此範例中，外側磁石62a,62b組與外側磁石62e,62f組係平行地配置於該左右方向，外側磁石62c,62d組與外側磁石62g,62h組係平行地配置於該深度方向。

該返回用磁石(8a~8h)係設置為例如8個，以對向於該外側磁石62組的方式平行地配置於該左右方向或深度方向，並且未對向於外側磁石62組者則斜向地配置，如此一來，便會在內側磁石53組周圍相互隔有間隔而配置形成為略八角形。

此返回用磁石8係例如平面形狀形成為長方形狀。又，關於對向於外側磁石62組所設置之返回用磁石8以返回用磁石8a為例加以說明時，其長度方向的中心係對應於位在外側磁石62a,62b之中央的核心構件72b之方式來加以設置，其長度方向之兩端部係以較分別位於外側磁石62a,62b之兩端部的核心構件72a,72c要更靠內側位置之方式來加以設置。再者，返回用磁石8a之磁極性係設定為與包圍位在該中央之核心構件72b的棒狀磁石62a,62c端面之磁極性不同之磁極性，本例中例如S極。圖2係從靶材電極3側觀看磁石配置體5之圖，返回用磁石8a之靶材電極3側為S極，基體51側為N極。又，對向於為內側磁石群53之最外周的外側磁石62的返回用磁石8係設置為與該外側磁石62之離間距離D2為相互相等。

該磁石群52係構成為晶圓10的周緣位置會較飄移之電 子群的運動區域要靠內側。又，當晶圓10外緣起50mm外側之區域具有內側磁石群53與返回用磁石8之離間部分時，藉由模擬了解成膜速度分布的均勻性良好，較佳係成為此般構成。

再者，在靶材31之外緣位置設定於內側磁石群53與返回用磁石之離間部分時，依返回用磁石8之水平磁場會覆蓋靶材31外周，而可在靶材31整面侵蝕。在磁石的形成區域較靶材31要大時，雖有產生異常放電之虞，但藉由返回用磁石8之磁束與構成內側磁石群53之棒狀磁石6之磁束的收支配合，便可以達到防止異常放電。

再者，配合個返回用磁石8與對應於其之內測磁石群53之外側磁石62之磁束收支，來分別調整返回用磁石8與內側磁石群53之表面磁束密度。又，為了獲得穩定的放電，較佳地，水平磁場(磁束密度)之強度係設定於100~300G。此磁束密度係藉由棒狀磁石6之大小、表面磁束密度、配置數、核心構件7與棒狀磁石之間隔D1、返回用磁石8與內側磁石群53之間隔D2、後述之旋轉偏心量來適當地加以設計。

再者，如後述般，返回用磁石8與內側磁石群53分別會產生電離，雖返回用磁石8與內側磁石群53之電離強度有異，但藉由調整返回用磁石8之大小或表面磁束密度、和內側磁石群53之離間距離D2，便可以控制電離的強度。

如此般，藉由調整棒狀磁石6或核心構件7之形狀或大小，或配置間隔等各種條件，以在靶材31正下方會形成均勻磁場之方式來設計磁石配置體5。此時，圖2所示範例中， 雖顯示了磁石群52與晶圓10與基體51之相對大小，但乃為此磁石群53之結構例的一者，宜配合晶圓10之大小來適當增減棒狀磁石6、返回用磁石8之設置數。

此處，顯示設計例之一者，返回用磁石8之縱剖面大小為例如10mm×20mm，長度為例如120mm，表面磁束密度為2至3kG，但藉由調整其大小或層積數，便可謀求相對於內側磁石群53之外側磁石之磁力的最佳化。又，內側磁石群53之與最外周的外側磁石62與返回用磁石8之離間間隔D2係分別設定為例如5至30mm。

又，設定為與例如構成磁石群52之棒狀磁石6、返回用磁石8為相同高度，而構成為該等磁石6,8下面的高度位置會加以一致。然後，該等磁石6,8下面與靶材31上面之距離設定為例如15~40mm。但是，棒狀磁石6、核心構件7及返回用磁石8並無必要一定要設定為相同高度。

該磁石配置體5之基體51上面係透過旋轉軸55連接於旋轉機構56，藉由此旋轉機構56，則磁石配置體5便構成為會沿著相對於晶圓10直交之軸來自由旋轉。此例中，如圖3所示，旋轉軸55係設於從基板51的中心O起之偏心位置。關於此時之偏心距離，為了可於靶材31整面來侵蝕，較佳地，縱使在偏心旋轉時，係設定在靶材31外緣會位於較磁石群52要靠內側位置。因此，此例中，旋轉軸55係設於從基板51的中心O起之偏心20至30mm的位置。

此磁石配置體5之周圍在形成有該磁石配置體5之旋轉區域的狀態下，係以覆蓋磁石配置體5之上面及側面之方式 設置有成為冷卻機構之冷卻套57。此冷卻套57內部係形成有冷卻媒體之流道58，藉由將被調整於既定溫度之冷卻媒體(例如冷卻水)從供給部59循環供給於該流道58內，便構成冷卻磁石配置體5及透過該磁石配置體來冷卻靶材電極3。

具備有以上所說明之構成的磁控濺射裝置具備有控制部100，係控制來自電源部33或高頻電源部41之電功率供給動作、Ar氣體之供給動作、依升降機構42之載置部4的升降動作、依旋轉機構56之磁石配置體5之旋轉動作、依真空泵24之真空容器2之排氣動作、依加熱器43之加熱動作等。此控制部100係由具備例如未圖示之CPU及記憶部的電腦所構成此記憶部係記憶有藉由該磁控濺射裝置進行對晶圓10之成膜所必要之控制的步驟(命令)群所組成之程式。此程式是收納於例如硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡等記憶媒體，並從其來安裝至電腦。

接著，就上述磁控濺射裝置之作用進行說明。首先，打開真空容器2之搬送口27，將載置部4配置於收授位置，藉由未圖示之外部搬送機構及突出銷的協同作業，將晶圓10收授至載置部4。接著，關閉搬送口27，將載置部4上升至處理位置。又，將Ar氣體導入至真空容器2內，且藉由真空泵24真空排氣，來將真空容器2內維持於既定真空度，例如0.665~13.3Pa(5~100mTorr)。另一方面，藉由旋轉機構56一邊旋轉磁石配置體5，一邊從電源部33將例如100W~3000W之負直流電壓施加至靶材電極3，並從高頻電源部43將數百KHz~百MHz左右之高頻電壓施加10W~1000W左右至載置 部4。又，冷卻套57之流道58則經常性預先流通有冷卻水。

對靶材電極3施加直流電壓時，藉由此電場則Ar氣體會電離而產生電子。另一方面，藉由磁石配置體5之磁石群52，在內側磁石群53之棒狀磁石6彼此之間、以及內側磁石群53之外側磁石與返回用磁石8彼此之間會形成會切磁場，接連著此會切磁場而於靶材31表面(被濺射面)附近形成有水平磁場。

如此一來，藉由靶材31附近的電場及該水平磁場，便會產生磁石放電。然後，藉由靶材31附近的電場E及該水平磁場B，該電子會加速於E×B方向，而產生飄移運動。然後，因加速而維持充足能量之電子會進一步地與Ar氣體衝撞，產生電離而形成電漿。

此處，圖5係概略顯示該電子之飄移方向。如此般，例如被N極所包圍之核心構件7周圍的棒狀磁石6之單元60A中，係以該核心構件7會繞逆時針旋轉之方式來電子飄移，被S極所包圍之核心構件周圍的棒狀磁石6之單元60B中，係以該核心構件會繞順時針旋轉之方式來電子飄移。

此時，內側磁石群53中，會透過核心構件7而鄰接有棒狀磁石6，但核心構件7為透磁性，且比透磁率高，故來自棒狀磁石6兩端之磁束會如圖6(a)之虛線所表示之磁束線般，透過核心構件7。然後，由於核心構件7與棒狀磁石6會相互接觸，或相互接近，故會獲得來自核心構件7發出新的磁束之狀態，在設有核心構件7之交叉區域下方側亦形成水平性高的磁場(水平磁場)。如此一來，由於可藉由設置核 心構件7，來於交叉區域側有助於磁場之形成範圍，故依棒狀磁石6之水平磁場便會以廣範圍形成於磁石之長度方向及上下方向(圖中Z方向)。

藉由本例之磁石群52的配置，便會如所述般設定為晶圓10之周緣位置會較飄移電子群之運動區域要更靠內側。藉此，在磁石配置體5靜止時，基於電子飄移便會在橫跨晶圓10之投影區域整體來產生電漿。然後，電子不僅一個核心構件7之周圍，而是會在所有核心構件7之周圍旋繞來彈出並被加速，重複與Ar氣體之衝突與電離，讓電漿中之Ar離子濺射靶材31。又，藉由此濺射所產生之二次電子會被該水平磁場捕捉而同樣地飄移，貢獻於形成有內側磁石群53之區域整體的電離。

如此般，藉由將棒狀磁石6配置成網目狀，且在網目狀的交點處，於被棒狀磁石6所包圍之區域設置透磁性之核心構件7，使得包圍核心構件7之棒狀磁石6之端部彼此為相互相同磁極之方式來構成磁石配置體5，故可將磁場拉至設有核心構件7之交叉區域側，可廣泛地形成水平磁場。水平磁場中會強烈產生飄移運動，使得電子密度提高，故藉由廣泛地水平磁場，結果便可在靶材31之正下方附近，廣範圍地確保並產生高面內均勻性之高密度電漿。又，由於電漿密度變高，便可獲得快的成膜速度。

另一方面，在未設有核心構件7的情況，當棒狀磁石6彼此接近時，如圖6(b)所示，相互磁束之排斥會變強，使得磁束線扭曲至棒狀磁石6側。因此，該交叉區域下方側附近 區域的磁場會扭曲，而難以形成水平性高的磁場。又，在棒狀磁石6彼此分離時，如圖6(c)所示，由於相互磁束之排斥變弱，而磁場之扭曲會變小，但該交叉區域在下方側附近區域之磁場便會變弱。再者，上下方向的磁場之衰減會較大，而無法獲得較強的磁場。如此般，僅靠將棒狀磁石6配置成網目狀，由於水平磁場之形成區域會變小，故電子之飄移運動會變弱。此結果由於無法獲得高電漿密度，故難以獲得快的成膜速度。

再者，上述範例中係設有返回用磁石8，故會因會切磁場之拘束而阻止電子彈出至會切磁場外。以返回用磁石8a為例說明時，該返回用磁石8a係如所述般形成為直線狀延伸之帶狀。因此，核心構件72b係成為被棒狀磁石62a,62b,62g與返回用磁石8a所包圍之狀態。然後，由於結合了來自返回用磁石8a之會切磁場的磁束與來自棒狀磁石62a,62b,62g之會切磁場的磁束，故電子會沿會切磁場移動，而逆時針旋繞著核心構件72般地飄移，再回到依棒狀磁石6群之區域(內側磁石群53)。

如此般藉由設置返回用磁石8，在返回用磁石8與內側磁石群53之間亦會產生電離，而有助於形成有磁石群52之區域整體的電離，故可以高面內均勻性產生更高密度之電漿。

如此一來，藉由反覆Ar氣體之電離來產生Ar離子，而藉由此Ar離子將靶材31加以濺射。藉此而從靶材31表面所擊出之鎢粒子會在真空容器2內飛散，此粒子會附著於載置部4上之晶圓10，而在晶圓10形成鎢的薄膜。又，在晶圓 10以外的粒子會附著於腔室遮罩構件44或保持遮罩構件45。此時，由於載置部4係被供給有高頻電功率，故會引誘Ar離子之朝晶圓10的入射，而藉由依加熱器43之加熱的相乘作用來形成緻密且電阻低的薄膜。

然而，靶材31的侵蝕如所述般，係形成於相互不同磁極性之磁石彼此之間的中間部(中心及其附近)，但上述磁石配置體5中，由於係將棒狀磁石6配置成網目狀，故會有許多產生侵蝕之處，而橫跨靶材31整面來週期性地形成侵蝕。又，如所述般，由於可橫跨晶圓10之投影區域整體來將電漿密度加以均勻，故進行侵蝕的程度會加以一致，從這點也會提高面內均勻性。

此時，為了更加提高侵蝕的均勻性，便藉由旋轉機構56將磁石配置體5繞鉛直軸旋轉。微觀地來看電漿密度時，雖會基於水平磁場而形成有高低，但藉由旋轉磁石配置體5，便能將此電漿密度的高低加以均勻。再者，本實施形態中，由於係將磁石配置體5以從基體51之中心偏心之位置為中心來加以旋轉，故成膜速度分布的均勻性會更加提高。

亦即，磁石配置體5之下方側在磁石配置體5為靜止時，並無水平磁場且不會產生電離而存在有週期性難以產生濺射之部位。因此，從磁石配置體5之直徑方向來看，成膜速度分布係成為存在有週期性微小凹凸之形狀。因此，當偏心旋轉磁石配置體5時，此凹凸會相消而可獲得均勻的成膜速度分布。

由於如此般侵蝕的面內均勻性加以提高，故便可將晶 圓10接近靶材31來進行濺射處理。藉此，由於來自靶材31所被濺射之粒子會快速地附著於晶圓10，故有助於晶圓10之薄膜形成的濺射粒子便會變多，而成膜效率便會提高。此處，圖7係顯示靶材31與晶圓10之距離、與成膜效率及成膜速度之面內均勻性之各關係。橫軸係表示靶材31與晶圓10之距離，左縱軸係表示成膜效率，右縱軸係表示成膜速度的面內均勻性。關於成膜速度之面內均勻性，係分別以實線A1來表示本發明構成，以兩點鏈線A2來表示以往之構成(圖13所示之構成)的數據，關於成膜效率，係分別以一點鏈線B1來表示本發明構成，以虛線B2來表示以往之構成的數據。

重視面內均勻性時，本發明中，靶材31與晶圓10之距離愈小則均勻性愈高，隨該距離變大則逐漸降低。又，重視成膜效率時，靶材31與晶圓10之距離愈小則成膜效率愈高，隨該距離變大則逐漸降低。如此般，本發明構成中，靶材31與晶圓10之距離愈小則成膜速度的面內均勻性、成膜效率均會變得良好。但是，當靶材31與晶圓10過於接近時，電漿之生成空間會變得過小，而難以產生放電，故較佳地，靶材31與晶圓10之距離係設定在10mm以上50mm以下，尤其是在10mm以上30mm以下。

相對於此，以往的構成中，在靶材31與晶圓10之距離較小的情況，成膜速度的面內均勻性會非常地低，而隨著該距離變大而提高，在超過某距離後又再度降低。因此，欲確保高的面內均勻性，靶材31與晶圓10之距離便不得不取得 較大，而當該距離變大時，與本發明構成相比，成膜效率會變得非常地低。

依上述實施形態，將棒狀磁石6配置成網目狀，且在網目的交點處，於棒狀磁石6之端面所包圍之區域設置透磁性之核心構件7，以包圍核心構件7之棒狀磁石6的端部彼此會成為相互同磁極之方式來構成磁石配置體5，故如所述般，可廣範圍來形成水平磁場。因此，由於可廣範圍來均勻地形成高密度的電漿，故可一邊確保成膜速度的面內均勻性，一邊獲得快的成膜速度。又，基於磁石之水平磁場，形成於靶材之侵蝕的面內均勻性會提高，而在面內整體進行相同的侵蝕。藉此，靶材31的壽命便會變長，而可提高靶材31的使用效率。

又，在設置返回用磁石8的情況，由於可抑制電子損失，故會更進一步提升成膜速度的面內均勻性，而獲得快的成膜度。再者，在旋轉磁石配置體5的情況，由於可更進一步提高侵蝕的面內均勻性，故成膜速度的面內均勻性會更加提升。又再者，當晶圓10與靶材31接近至50mm以下時，由於有助於晶圓10之薄膜形成的濺射粒子會變多，故可提高成膜速度而提升成膜效率，如所述之圖7所示，成膜速度之面內均勻性亦會提高。

實際上，以上述條件，已確認將晶圓10與靶材31之離間間隔設定為10~50mm，來對300mm尺寸之晶圓10形成W膜時，可確保400nm/min左右之成膜速度，成膜速度的面內均勻性亦為1~3%而為良好。又，在靶材31與晶圓10之距 離為20mm的情況，要以300nm/min左右的成膜速度來成膜厚度50nm之W膜的情況，所施加之電功率為4kWh左右，已確認與圖13所示之以往的磁控濺射裝置相比，成膜效率會提升3~4倍。藉此，便可抑制消耗電功率，來謀求低成本化，又，由於靶材31的使用效率亦提高80%左右，從此點亦可理解能謀求低成本化。

接著，就磁石配置體511之其他範例來加以說明。圖8所示之磁石群521在角落處亦配置有棒狀磁石6與核心構件7之單元601~602，以將此角落部之單元601~602加以包圍之方式設置略L字狀的返回用磁石81~84般地來配置磁石。圖8中箭頭係表示電子飄移之方向，其他構成則與圖2之磁石配置體5相同。

此般構成中，角落部亦藉由返回用磁石81~84來抑制電子的逃逸，故可有效率地抑制電子損失。因此，此範例中，亦與上述實施形態同樣地，在靶材31之正下方可橫跨晶圓10之投影區域整體來形成均勻的電漿，又侵蝕的面內均勻性亦高。因此，可一邊確保高成膜速度的面內均勻性，一邊使成膜速度變大，靶材31之使用效率亦會提升。

又，圖9所示之磁石配置體5之磁石群522係更加容易產生電子飄移之構成例。此磁石群522中，圖10係將其中心部加以放大顯示，係從一核心構件7(711)朝8方向配置棒狀磁石。該等棒狀磁石係具備有與核心構件7一同成為2n角形(本例中，n=2的正方形)之主棒狀磁石6，與較此主棒狀磁石6要短的輔助棒狀磁石9。主棒狀磁石6係與核心構件7一同 地配置成與上述圖2所示之配置相同。又，輔助棒狀磁石9係配置於主棒狀磁石6彼此之間，且設定為輔助棒狀磁石9之包圍核心構件7的部分係相同磁極。

如此一來，主棒狀磁石6與輔助棒狀磁石9會以等角度間隔配置於核心構件7之周圍，輔助棒狀磁石9係在主棒狀磁石6所形成之正方形的對角線上以2個磁石之長度方向一致之狀態加以配列。又，最外周之輔助棒狀磁石9的外側係與該等輔助棒狀磁石9平行地設有與該等輔助棒狀磁石9隔有間隔之返回用磁石85。此返回用磁石8,85係為了抑制電子彈出至靶材31外側，而配置於電子之形成飄移方向。

此般磁石群522如圖9中箭頭所示之電子飄移方向般，輔助棒狀磁石9會形成與主棒狀磁石6相同的水平磁場，而於與磁石之長度方向的直角方向藉由E×B來加速電子。藉此，以核心構件7為中心來加速電子之場所便會增加，而產生更穩定之飄移運動。其結果，由於會更加激發電離，故放電密度會變高，而成膜速度會增大。

如此般，本範例中，亦與上述實施形態同樣地，可在靶材31的正下方橫跨晶圓10之投影區域整體來形成均勻的電漿，又，侵蝕之面內均勻性較高。因此，可一邊使得成膜速度變大，一邊確保高成膜速度之面內均勻性，而靶材31之使用效率亦會提升。實際上，在對電源部33之DC電功率為100~3000W，真空容器2內之壓力為0.665~13.3Pa(5~100mTorr)，靶材31與晶圓10之距離為10~100mm，來自高頻電源部41之高頻電功率為10~1000w 的條件下，對300mm尺寸之晶圓10成膜W膜時，所獲得之成膜速度為300~600nm/min，均勻性為約1~3%而為良好。

以上中，本發明之磁石配置體係構成為將兩端為相互不同磁極之棒狀磁石沿著對向於靶材之面而配置成網目狀，各網目的形狀為2n(n為2以上之整數)角形，在網目的交點處，於棒狀磁石之端面所包圍之區域設置有透磁性之核心構件7，而包圍核心構件之棒狀磁石的端部彼此為相互相同磁極即可。因此，圖11之磁石配置體512之磁石群523中，如概略顯示棒狀磁石之網目般，將棒狀磁石配置成六角形狀亦可。此時，如圖11以虛線所示之輔助棒狀磁石9A般，亦可將主棒狀磁石6A構成為2n角形(六角形狀)，於其內側配置輔助棒狀磁石9A。本範例中，核心構件7A其平面形狀係形成為六角形。

此處，棒狀磁石之平面形狀不限於長方形狀，亦可為長橢圓形狀。又，核心構件7之平面形狀係配合棒狀磁石6之配置形狀來加以選擇，可以構成為六角形或八角形等多角形狀，或圓形狀等。

再者，本發明中，並非一定要設置返回用磁石，在有設置的情況，只要有能使得電子不會從磁石群之間隙彈出至磁石群外而返回至內側之功能般來配置成線狀即可。此情況，所謂的線狀可為直線狀亦可為曲線狀，亦可如所述般將1個磁石形成為線狀，亦可係將複數個磁石相互地接觸來加以配置。在能達到防止電子彈出而返回內側功能之情況，亦可將複數個磁石以些微間隔隔開來加以配置。

再者，磁石配置體5不一定要加以旋轉，但加以旋轉時，磁石配置體5亦可藉由旋轉機構56而以基體51之中心O為旋轉中心繞鉛直軸旋轉。又，磁石群52在將磁石配置體5加以旋轉時，構成為會橫跨晶圓10之投影區域整體來產生電漿即可。因此，在將磁石配置體5加以偏心旋轉時，縱使旋轉時晶圓10的外緣一部份係位在磁石群52外側之情況，仍能被包含於橫跨晶圓10之投影區域整體來產生電漿之情況。

再者，從基體51之中心O加以偏心來加以旋轉時，此偏心旋轉時，若於晶圓10外緣起50mm外側之區域設定有內側磁石群53與返回用磁石8之離間部份的話，便可使得成膜速度分布的均勻性良好。同樣地，偏心旋轉時，設定靶材31與磁石配置體5之大小來讓靶材31之外緣位於內側磁石群53之外緣與返回用磁石8之離間部份的話，便可於靶材31整面形成侵蝕，而可進行均勻的成膜處理。

又再者，本發明不一定要將載置部4作為電極使用，不一定要將高頻電功率供給至該載置部4。又再者，只要以基於電子飄移來產生電漿之方式，來配置棒狀磁石6即可，磁石6的配置不限於上述範例。例如，亦可在棒狀磁石6之配置間隔或形狀於基體51之面內加以變化。

又，靶材31之材質除鎢以外，亦可使用銅(Cu)、鋁(Al)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaNx)、銣(Ru)、鉿(Hf)、鉬(Mo)等之導電體，或氧化矽、矽氮化物等之絕緣體。此情況，在使用以絕緣體構成之靶材的情況，係藉由從電源部施加高頻電壓來產生電漿。又，亦可對導電體所構成之靶材施 加高頻電壓來產生電漿。

再者，本發明之磁控濺射裝置如圖12所示，亦可於靶材電極3連接有靶材電極用之高頻電源部91，而對靶材電極3施加數百kHz~100MHz之高頻電壓。圖12中92係用以抑制來自高頻電源部91之高頻電壓入侵至電源部33之電路的濾波電路。又，亦可於靶材31與位於濺射位置之晶圓10之間以包圍此晶圓10之方式，於晶圓10之周圍方向隔有間隔地配置複數之輔助電極93，而從輔助電極用高頻電源部94將高頻電壓施加至此輔助電極93。

當靶材電極3施加有來自電源部33之直流電壓，並一邊施加來自高頻電源部91之高頻電壓一邊進行濺射處理時，靶材電極3的電流密度會變高，而更加速成膜速度。又，當靶材電極3施加有來自電源部33與靶材電極用高頻電源部91任一者之電壓，並一邊於輔助電極93施加來自高頻電源部94之高頻電壓一邊進行濺射處理時，靶材電極3的電流密度會變高，而更加速成膜速度。圖12之構成中，亦可於載置部4施加偏壓電壓來進行濺射處理。

以上中，本發明之磁控濺射裝置可適用於半導體晶圓以外之用於液晶或太陽電池之玻璃、塑膠等被處理基板之濺射處理。

10‧‧‧半導體晶圓

2‧‧‧真空容器

24‧‧‧真空泵

3‧‧‧靶材電極

31‧‧‧靶材

4‧‧‧載置部

41‧‧‧高頻電源部

5‧‧‧磁石配置體

52‧‧‧磁石群

53‧‧‧內側磁石群

6‧‧‧棒狀磁石

7‧‧‧核心構件

8‧‧‧返回用磁石

圖1係顯示本發明相關之磁控濺射裝置之一實施形態的縱剖視圖。

圖2係顯示該磁控濺射裝置所設置之磁石配置體之一範 例的俯視圖。

圖3係顯示磁石配置體之側視圖。

圖4係顯示磁石配置體所設置之棒狀磁石與核心構件之一部分的立體圖。

圖5係顯示磁石配置體之俯視圖。

圖6係顯示磁石配置體之作用的側視圖。

圖7係顯示靶材與基板之距離與成膜效率以及成膜速度面內均勻性之關係的特性圖。

圖8係顯示磁石配置體之其他範例之俯視圖。

圖9係顯示磁石配置體之再一其他範例之俯視圖。

圖10係顯示磁石配置體之一部分的俯視圖。

圖11係顯示磁石配置體之再一其他範例之俯視圖。

圖12係顯示磁控濺射裝置之其他範例之縱剖視圖。

圖13係顯示以往磁控濺射裝置之縱剖視圖。

圖14係顯示以往磁控裝置所使用之磁石體之俯視圖。

圖15係說明以往磁控濺射裝置之作用的縱剖視圖。

L1‧‧‧直線

L2‧‧‧直線

D1‧‧‧離間間隔

D2‧‧‧離間距離(間隔)

10‧‧‧晶圓

31‧‧‧靶材

5‧‧‧磁石配置體

51‧‧‧基體(基板)

52‧‧‧磁石群

53‧‧‧內側磁石群

61a,61b,61c,61d,61e,61f,61g‧‧‧棒狀磁石

62a,62b,62c,62d,62e,62f,62g,62h‧‧‧外側磁石

71,71a,71b‧‧‧核心構件

72a,72b,72c,72d,72e‧‧‧核心構件

8a,8b,8c,8d,8e,8f,8g,8h‧‧‧返回用磁石

Claims (8)

1. 一種磁控濺射裝置，係對向於真空容器內所載置之被處理基板來配置靶材，而於此靶材之背面側設置磁石之磁控濺射裝置，其具備有對該靶材施加電壓之電源部及將磁石群配置於該靶材背面側所設置之基體的磁石配置體；該磁石配置體係具備有：將兩端為相互不同磁極之棒狀磁石沿靶材之對向面而配置成網目狀；各網目形狀為2n(n為2以上之整數)角形；在網目的交點處，於棒狀磁石端面所包圍之區域設置透磁性之核心構件；以及包圍核心構件之棒狀磁石的端部彼此為相互相同磁極。
2. 如申請專利範圍第1項之磁控濺射裝置，其中該磁石配置體係以跨過被處理基板之投影區域整體而產生電漿之方式，來配置構成磁石群之複數N極及S極。
3. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺射裝置，其中該磁石群係具備有以阻止最外周的電子不受會切(CUSP)磁場之拘束而被解放彈出到會切磁場外的方式，來配置線狀的返回用磁石。
4. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺射裝置，其具備有用以將該磁石配置體繞著相對於被處理體而直交之軸來旋轉的旋轉機構。
5. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺射裝置，其具備有： 電極，係設於該被處理基板之靶材的相反側；以及高頻電源部，係對此靶材供給高頻電功率。
6. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺射裝置，其中濺射時之該靶材與被處理基板之距離為10mm以上50mm以下。
7. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺射裝置，其中包圍核心構件之棒狀磁石彼此之間，從該核心構件的端部至棒狀磁石之端部的距離係一致的。
8. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺射裝置，其中該網目形狀為正方形。