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TW201408808A - 磁控濺鍍裝置 - Google Patents

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TW201408808A
TW201408808A TW102119049A TW102119049A TW201408808A TW 201408808 A TW201408808 A TW 201408808A TW 102119049 A TW102119049 A TW 102119049A TW 102119049 A TW102119049 A TW 102119049A TW 201408808 A TW201408808 A TW 201408808A
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TW
Taiwan
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magnet
cylindrical body
target
magnetron sputtering
sputtering apparatus
Prior art date
Application number
TW102119049A
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English (en)
Inventor
Toru Kitada
Kanto Nakamaru
Atsushi Gomi
Tetsuya Miyashita
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
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Abstract

本發明係提供一種使用由磁性材料所組成之靶來進行磁控濺鍍時，可提高裝置生產率的技術。構成本發明之裝置係具備有：圓筒體，係由磁性材料所組成，於該基板上方，從該基板之中心軸沿該基板之面的方向偏移其中心軸而配置；迴轉機構，係讓該圓筒體繞該圓筒體之軸進行迴轉；磁石陣列體，係設置於該圓筒體之空洞部內；以及電源部，係對該圓筒體施加電壓。且，該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀，於圓筒體圓周方向上，中央部係較兩端部朝該圓筒體之周面側突出。藉此，即便使用厚度較厚之靶，亦可抑制從靶洩漏之磁場強度的降低，且可抑制侵蝕之局部進行。

Description

磁控濺鍍裝置
本發明係關於一種對基板進行成膜的磁控濺鍍裝置。
期待可作為次世代記憶體的磁性隨機存取記憶體(MRAM：Magnetic Random Access Memory)或硬碟機中使用有許多磁性材料，該磁性材料幾乎都是以濺鍍於基板上形成薄膜所構成。該MRAM係一種將絕緣膜夾入屬於強磁性層之磁性薄膜，利用絕緣膜之通電量隨磁性薄膜之磁化方向為同向或逆向而不同之記憶元件。
通常，該濺鍍係使用如圖24所示般，具備有設置於真空容器之圓形或矩形平板狀磁性體所組成之靶101、以及複數配置於該濺鍍靶101背面之磁石102的裝置，以磁控濺鍍法來進行。圖中的元件符號103係冷卻靶101用的水冷板，元件符號104係磁石102之支撐組件。
藉由該磁石102之洩漏磁場沿靶101之下側面形成磁場。且，將例如負直流電力或高頻電力供給至靶101時，形成與該磁場正交之電場，使得導入至真空容器內之氬(Ar)氣體等非活性氣體離子化。且，藉由正交電磁場，使電漿中的二次電子進行擺線運動，以捕集至靶101附近，可提高非活性氣體之離子化效率，並於靶附近形成高密度電漿。其結果，可達到使基板處之磁性體膜之成膜速度呈高速化之目的，且因二次電子之捕集而可達到減少該基板受到該二次電子衝擊之目的。又，由於可降低非活性氣體之壓力，因此可減少該非活性氣體混入磁性體膜，即，可獲得降低不純物混入薄膜之效果。
順帶一提，由於靶101係磁性體，因此磁石102所產生之磁場被該靶101吸收。該吸收量係依靶101之導磁率或飽和磁通量密度等而 定。即，藉由靶101無法完全吸收而洩漏之磁場來進行該電漿之形成。為了如上述般進行電漿之形成，較佳地，所需洩漏磁場強度一般為200高斯以上。
然而，為提升裝置生產率，需要降低靶101之交換頻率。為此考慮增大靶101之厚度，但如果增大該靶101之厚度，則會降低該洩漏磁場之強度，因此難以如此般充分增大厚度。所以或是對於磁石102之體積或該磁石102所構成之磁路中以獲得高磁場強度的方式下工夫、或是使用具有更高磁通量密度的例如Nd-Fe-B(釹-鐵-硼)等來作為陰極磁石等方法。但是，即便如此，亦難以使靶101增大至足夠厚度。例如以飽和磁通量密度Bs為2.4T之Co35Fe65(數值單位係原子百分率(at%))合金所構成的靶101之情況，其厚度上限約為5mm。
又，磁性體之靶101會有侵蝕進行以加速度方式增加的問題。圖25係顯示依據對靶101進行濺射而變化的侵蝕部105輪廓。圖中上段、中段、下段係各自顯示該侵蝕部105的初期、中期、後期輪廓。圖中右側係顯示該靶101輪廓，左側係顯示非磁性體之濺鍍靶106以作為比較。在非磁性體之濺鍍靶106的情況中，由於從初期到後期在自磁石102所洩漏之磁場上均無變化，所以侵蝕部105以固定速度在進行。
但是，在磁性體之靶101的情況中，若形成侵蝕部105，靶101之厚度於其面內產生變化時，在靶101之厚度較小部位處的洩漏磁場強度比在其他部位處更大，使得磁力線107集中在其周圍。其結果，該部位係優先遭受濺射。且，隨著濺鍍持續進行，該現象會越來越顯著，故如後期之輪廓所示般，使侵蝕部105具有陡峭之梯度。即，由於靶101之面內特定部位處的侵蝕部105加快進行，與非磁性體之靶106相比，無法獲得足夠之利用效率。其結果，靶101之交換頻率將增高。
日本專利特開平第6-17247號公報中記載：將靶形成為圓筒狀，在迴轉圓筒時，使基板通過圓筒上並對該基板進行濺鍍成膜的技術。又，日本專利特開平第11-29866號公報中亦記載：以圓筒構成靶，就相對於靶朝橫向呈固定配置之基板進行濺鍍之技術。又，日本專利特開第2009-1912號公報中記載：相對迴轉之晶圓呈傾斜般設置有平板狀靶，並進行濺鍍的技術。但是，前述各公報中，並無著重於使用磁性體之靶所產生的 上述問題，無法充分解決該問題。又，在日本專利特開平第6-17247號公報之發明中，必須確保基板有移動區域，因此有處理室大型化的問題。
在這種狀況下，本發明之目的為提供一種使用磁性材料所組成之靶進行磁控濺鍍時，可提高裝置生產率的技術。
本發明之磁控濺鍍裝置，係對載置於真空容器內之迴轉自如之載置部的基板以磁控濺鍍法進行成膜；其特徵在於具備：圓筒體，係由磁性材料所組成，於該基板上方，從該基板之中心軸沿該基板之面的方向偏移其中心軸而配置；；迴轉機構，係讓該圓筒體繞該圓筒體之軸進行迴轉；磁石陣列體，係設置於該圓筒體之空洞部內；以及電源部，係對該圓筒體施加電壓；其中，該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀，於圓筒體圓周方向上，中央部係較兩端部朝該圓筒體之周面(周圍表面)側突出。
本發明之具體態樣如下述。
(a)構成該濺鍍靶之磁性材料係包含由Fe、Co、Ni等3d過渡金屬所組成元素群組中一種以上作為主成分的金屬或合金。
(b)具備有使該磁石陣列體沿圓筒體之軸向進行移動用的移動機構。
(c)具備有使該磁石陣列體沿圓筒體之圓周方向進行移動用的移動機構。
(d)關於該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀，該圓筒體之內周面側輪廓係從該兩端部朝中央部沿該圓筒體內周面，呈曲線狀或折線狀。
(e)關於該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀，該圓筒體之內周面側輪廓係從該兩端部朝中央部構成複數階之階梯形狀。
(f)磁石陣列體具備有複數個磁石，各磁石與該圓筒體周面之距離為15mm以下。
(g)該磁石陣列體係具備：第1磁石；第2磁石，係以使得該圓筒體周面側的磁極與該第1磁石之該圓筒體內周面側的磁極成為相異的方式夾持該第1磁石而設置者；以及第3磁石，係為了強化由該第1磁石與第2磁石所形成之磁場，而於該第1磁石與第2磁石之間處，使其磁極方向從第1磁石及第2磁石中的任一側朝另一側般設置； 其中，該第3磁石係較該第2磁石朝該圓筒體之周面側突出般設置，該第1磁石係較該第3磁石朝圓筒體之周面側突出般設置。
根據本發明，係設置有相對基板呈傾斜般配置、且繞軸迴轉之磁性材料所組成的圓筒體靶，磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀，於圓筒體之圓周方向上，中央部係較兩端部朝該圓筒體之周面側突出。因此，即便靶之厚度增大，亦可抑制自磁石陣列體洩漏至圓筒體外部的磁場強度變弱，且可抑制靶中局部侵蝕之進行。從而抑制靶之交換頻率增高，可提高裝置生產效率。
1‧‧‧磁控濺鍍裝置
6‧‧‧控制部
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧晶圓搬送口
13‧‧‧開關機構
14‧‧‧開口部
21‧‧‧檯部
22‧‧‧軸部
23‧‧‧迴轉驅動機構
24‧‧‧迴轉封件
25‧‧‧軸承
26‧‧‧支架
27‧‧‧支撐棒
28‧‧‧支撐棒之端部
31‧‧‧排氣口
32‧‧‧排氣管
33‧‧‧排氣幫浦
34‧‧‧排氣量調整機構
35‧‧‧氣體噴嘴
36‧‧‧氣體供給源
37‧‧‧流量調整部
40‧‧‧電極
41‧‧‧靶
42、49‧‧‧迴轉軸
43‧‧‧凸緣
44‧‧‧絕緣組件
45‧‧‧迴轉封件
46‧‧‧軸承
47‧‧‧電源部
48‧‧‧蓋
50‧‧‧空洞部
51‧‧‧皮帶
52‧‧‧馬達
53‧‧‧磁石陣列體
54‧‧‧支撐板
55、56、57‧‧‧磁石
58‧‧‧磁石之前端面
60‧‧‧磁力線
61‧‧‧水平磁場
62‧‧‧Ar離子
63‧‧‧濺鍍粒子
64‧‧‧侵蝕部
71‧‧‧迴轉機構
72‧‧‧移動機構
80‧‧‧水平面
81~85‧‧‧圖表
92‧‧‧迴轉軸
93‧‧‧迴轉機構
94‧‧‧開口部
101‧‧‧靶
102‧‧‧磁石
103‧‧‧水冷板
104‧‧‧支撐組件
105‧‧‧侵蝕部
106‧‧‧非磁性體之靶
107‧‧‧磁力線
L1‧‧‧偏移距離
L2‧‧‧TS距離
R‧‧‧端部
T1、T2‧‧‧角度
W‧‧‧晶圓
圖1係本發明之磁控濺鍍裝置的縱剖側面圖。
圖2係該磁控濺鍍裝置的橫剖俯視圖。
圖3係顯示構成磁石陣列體之磁石及靶的立體圖。
圖4係該磁石陣列體及靶的縱剖面圖。
圖5係顯示成膜時之檯部及靶之動作的說明圖。
圖6係顯示於該靶之侵蝕進行之狀態的說明圖。
圖7係顯示於該靶之侵蝕進行之狀態的說明圖。
圖8係顯示於該靶之侵蝕進行之狀態的說明圖。
圖9係另一磁控濺鍍裝置的橫剖俯視圖。
圖10係顯示該裝置的磁石陣列體之動作的說明圖。
圖11係顯示其他磁控濺鍍裝置的橫剖俯視圖。
圖12係顯示磁石陣列體之另一構成例的側視圖。
圖13係顯示磁石陣列體之其他構成例的側視圖。
圖14係顯示磁石陣列體之其他構成例的側視圖。
圖15係顯示磁石陣列體之其他構成例的側視圖。
圖16係顯示磁控濺鍍裝置之各部動作的時序圖。
圖17係顯示磁石之角度範例的說明圖。
圖18係另一實施形態之磁控濺鍍裝置的縱剖側視圖。
圖19係該磁控濺鍍裝置的橫剖俯視圖。
圖20係顯示該磁控濺鍍裝置之各部動作的時序圖。
圖21係顯示評價試驗之結果的示意圖。
圖22係顯示評價試驗之結果的示意圖。
圖23係顯示評價試驗之結果的圖表。
圖24係顯示習知裝置之靶結構的說明圖。
圖25係顯示磁性體及非磁性體靶之侵蝕進行狀態的說明圖。
(第1實施形態)
參考圖式說明本發明之一實施形態的磁控濺鍍裝置1。圖1係該磁控濺鍍裝置1的縱剖側視圖，圖2係該磁控濺鍍裝置1的橫剖俯視圖。圖中的元件符號11係例如鋁(Al)所構成且接地的真空容器。圖中的元件符號12係在真空容器11之側壁具有開口的基板(晶圓W)搬送口，以開關機構13進行開啟/關閉。
真空容器11內設置有圓形之檯部21，作為基板之半導體晶圓(以下，簡稱為晶圓)W係水平地載置於該檯部21之表面。檯部21處可載置例如其直徑為150mm~450mm的晶圓W。檯部21之內面中央部連接有沿垂直方向延伸的軸部22之一端。為了可對膜厚分佈進行微調，檯部21具有升降機構，亦可根據處理條件而改變其高度。軸部22之另一端係通過設置於真空容器11底部的開口部14而延伸出真空容器11外部，並連接至迴轉驅動機構23。藉由該迴轉驅動機構23，檯部21可藉由軸部22以例如0rpm~300rpm繞垂直軸迴轉。軸部22周圍設置有筒狀之迴轉封件24，用以自真空容器11外側封閉該真空容器11與軸部22之間隙。圖中的元件符號25係設置於迴轉封件24的軸承。
檯部21內部設置有圖中未顯示之加熱器，將晶圓W加熱至指定溫度。又，該檯部21處設置有在該檯部21與真空容器11(圖中未顯示)外部之搬送機構之間傳遞晶圓W用的突出銷(圖中未顯示)。
真空容器11下方開口形成有排氣口31。排氣管32之一端係連接至該排氣口31，排氣管32之另一端則連接至排氣幫浦33。圖中的元件符號34係插入設置於排氣管32的排氣量調整機構，具有調整真空容 器11內壓力的作用。真空容器11側壁之上部側設置有作為電漿產生用之氣體供給部的氣體噴嘴35，氣體噴嘴35係連接至儲存有例如Ar等非活性氣體之氣體供給源36。圖中的元件符號37為質流控制器所組成的流量調整部，係控制從氣體供給源36往氣體噴嘴35的Ar氣體供給量。
於真空容器11內沿水平軸設置有圓筒體靶41。靶41係相對晶圓W呈傾斜般配置，使得其長度方向上晶圓W之中心軸側的端部R較該晶圓W更高。濺鍍粒子係根據餘弦定律而從該靶41被放出。即，會射出和射出濺鍍粒子的方向相對於射出濺鍍粒子的靶41之面之法線所成角度之餘弦值呈比例數量的濺鍍粒子。與將靶41配置於晶圓W正上方的情況相比，將靶41如上述般相對於晶圓W呈傾斜般配置，可讓靶41從更廣範圍朝晶圓W射入濺鍍粒子，故藉由適當地設定後述之偏移距離、TS距離，可使濺鍍粒子以高均勻性堆積於晶圓W處。又，靶41為合金的情況中，可提高成膜於晶圓W上之膜的合金組成之均勻性。
將靶41與該檯部21上之晶圓W中心的橫向距離L1(作為偏移距離)設定為例如0mm~300mm。以靶41下端與載置於檯部21之晶圓W中心的高度作為TS距離L2時，將該TS距離L2設定為例如50mm~300mm。該偏移距離L1及TS距離L2由磁性體膜之所需膜厚、靶41之濺鍍速度及膜質所決定。
靶41係由例如構成MRAM元件用的Co-Fe-B(鈷-鐵-硼)合金、Co-Fe合金、Fe、Ta(鉭)、Ru、Mg、IrMn、PtMn等其中一種材質所構成。進一步說明，該靶41係包含由Fe、Co、Ni(鎳)等3d過渡金屬所組成元素群組中一種以上作為主成分的金屬或合金。作為主成分所包含的材質，並不包含製造時作為不純物而混入的情況，更具體而言，係指相對於靶41整體包含例如10%以上的情況。
如圖2所示，設置有平行於該靶41且其兩端從真空容器11內側朝外側延伸的筒狀迴轉軸42。於該迴轉軸42處，位於真空容器11內側的端部係擴張直徑並構成凸緣43，以封閉靶41之一端側。迴轉軸42係透過使靶41與真空容器11形成絕緣用之絕緣組件44而支撐於真空容器11。且，自真空容器11外側封閉迴轉軸42與真空容器11的間隙般(圖中未顯示)，設置有確保真空容器11之氣密性用的筒狀迴轉封件45。圖中的 元件符號46係設置於迴轉封件45的軸承。迴轉軸42及凸緣43係由導電性組件所構成，並與靶41構成電極40。以電源部47對該電極40施加負直流電壓。但是，亦可施加高頻電壓來代替該直流電壓。
以封閉靶41之另一端側的方式設置有例如金屬圓形之蓋48，迴轉軸49係從該蓋48之中心部於靶41之軸向上朝真空容器11外部延伸。與靶41之一端側相同般，以封閉該迴轉軸49與真空容器11之間的方式設置有具備軸承46的迴轉封件45。迴轉軸49與迴轉軸42相同般，經由絕緣組件44而支撐於真空容器11，藉由該絕緣組件44使真空容器11與電極40形成絕緣。另外，亦可不設置迴轉軸49，僅藉由迴轉軸42使靶41支撐於真空容器11，以代替如前述藉由迴轉軸42、49使靶41之兩端側相對支撐於真空容器11。
迴轉軸42處捲繞有皮帶51，以構成迴轉機構之馬達52來驅動皮帶51。從而使靶41繞其軸進行迴轉。靶41之空洞部50設置有磁石陣列體53。該磁石陣列體53具備有：於該軸向延伸之支撐板54；與支撐於該支撐板54的例如磁石55、55、56、57、57。從靶41之軸向觀察時，各磁石55~57係使該空洞部50朝向晶圓W沿側視斜下方相互平行延伸而出般設置，以構成磁路。
圖3係顯示磁石55~57的縱剖立體圖，圖4係顯示磁石55~57的縱剖側視圖。圖中的元件符號58係磁石之前端面。側視上，各磁石55~57係相互保有間隔來配置。且，磁石57、57係從左右方向夾住磁石56般配置，進一步地，磁石55、55係從左右方向夾住前述磁石57、57般配置。作為第1磁石之磁石56側視上係構成為長方形。作為第2磁石之磁石55及作為第3磁石之磁石57(從其側面觀察時)係各別構成為從支撐板54延伸而出之前端側成為斜邊的梯形。
磁石56、55係於靶41外部形成磁力線60用的磁石。磁石56、55之磁場方向(磁極方向)係沿著自支撐板54之伸長方向，磁石56中靶41側係N極，磁石55中靶41側係S極。為增強該磁石56、55間之磁力線60而設置有磁石57。根據此目的，磁石57之磁極方向係與磁石56、55之磁極方向正交，磁石56側係N極。圖4中的實線箭頭係顯示各磁石55~57之磁極方向。
且，從各磁石55~57之前端面58觀察，於磁石55之排列方向上，越朝向配置於中央部的磁石55之前端面58，越遠離於支撐板54而朝向靶41周面突出。即，各磁石55~57之前端面58洽如沿靶41之內周般構成，側視上形成為折線狀。從另一角度來看，靶41之內周曲面近似於直線時，該各前端面58係設置為與該近似直線平行。
藉由這般構成各磁石，使磁石55、56與靶41之距離較為接近，增強靶41外部的上述磁力線60。進而可更加增大磁石57的作用，可進一步增強磁力線60。即，可增大來自靶41的洩漏磁場。圖4中的元件符號d所示磁石56之前端面58與靶41之內周面的距離係設定為例如15mm以下。其他磁石55、57之前端面58與該靶41之內周面的距離亦同樣設定為例如15mm以下。
回到圖2繼續說明。支撐板54係連接有支架26，該支架26係藉由連接至在靶41及迴轉軸42內朝軸向延伸的支撐棒27來受到支撐。支撐棒27之端部28係朝真空容器11外部延伸而出，支撐於例如圖中未顯示的壁部。
該磁控濺鍍裝置1係具備控制部6。控制部6係具備對裝置1之各部發送控制訊號的程式。該程式係發送控制裝置1之各部動作的控制訊號，以進行後述成膜處理。具體而言，該程式係藉由該控制訊號來控制：自電源部47往電極40的電力供給動作、以流量調整部37進行的Ar氣體之流量調整、以排氣量調整機構34進行的真空容器11內之壓力調整、以迴轉驅動機構23進行的檯部21之迴轉、以馬達52進行的靶41之迴轉等各動作。該程式係儲存於例如硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡等記憶媒體，從該處安裝至電腦中。
接著，說明上述磁控濺鍍裝置1之作用。開啟真空容器11之搬送口12，藉由圖中未顯示之外部搬送機構及突出銷的協同作業，將晶圓W傳遞至檯部21。其次，關閉搬送口12，將Ar氣體供給至真空容器11內，並藉由排氣量調整機構34來控制排氣量，使真空容器11內部維持在特定壓力。
接著，於圖5之作用圖中，如箭頭所示般，檯部21係繞垂直軸迴轉，並藉由馬達52使靶41繞軸迴轉。且，從電源部47對靶41施 加負直流電壓，於靶41周圍產生電場，藉由該電場將Ar氣體電離並產生電子。另一方面，藉由來自磁石55、未被靶41吸收而洩漏至外側之磁場，如圖5中虛線所示般，在各磁石55之間形成構成磁力線60的洩漏磁場，於靶41之表面(濺鍍面)附近形成水平磁場61。
如此，藉由靶41附近之電場及磁場使該電子加速並飄移。且，藉由加速而具有足夠能量的電子進一步與Ar氣體產生撞擊，造成電離並形成電漿，使電漿中之Ar離子62對靶41進行濺射。又，由該濺射所產生的二次電子會被該磁場捕捉並再次供應於電離，從而增高電子密度，使電漿高密度化。
圖6~圖8係顯示靶41之表面狀態隨時間改變之狀態的示意圖。如圖6、圖7所示，藉由Ar離子62對靶41進行濺射，放出濺鍍粒子63並形成侵蝕部64，但由於靶41相對於磁石55進行迴轉，故如圖7、圖8所示般靶41上受濺射之位置產生偏移，使得侵蝕部64廣泛地形成於靶41之圓周方向上。因此，可阻止洩漏磁場強度急遽增大。結果，可抑制侵蝕部64局部性地朝向靶41之厚度方向上增大。
關於靶41之濺射，洩漏磁場相對靶41表面之水平分量較強的位置處所進行之該濺射越早，可從該位置放出越多的濺鍍粒子63。所放出之濺鍍粒子63係朝向迴轉中之晶圓W表面射入並附著於其上。使晶圓W之圓周方向上濺鍍粒子63射入之位置產生偏移，藉以將濺鍍粒子供給至晶圓W之圓周方向整體上，以形成磁性體膜。將電源部47之電源轉為ON並經過特定時間後，將該電源轉為OFF以停止產生電漿，停止Ar氣體之供給，讓真空容器11內排出指定排氣量，依照搬入晶圓W時的相反動作，從真空容器11內將晶圓W搬出。
根據該磁控濺鍍裝置1，使磁性體所構成之圓筒型靶41繞軸迴轉並進行濺鍍，將濺鍍粒子射入繞中心軸迴轉之晶圓W並進行成膜。因此，可抑制靶41之局部侵蝕之進行，所以可提高靶41之利用效率。且，從靶41之軸向觀察時，磁石陣列體53在靶41之中央部相較於靶41之兩端部側係成為朝靶41之內周面突出的形狀。因此，可增強自靶41所洩漏之磁場的強度，所以可相對性增大靶41之厚度。因此，1個靶41可處理的晶圓W數量將增加，所以可抑制靶41的交換頻率。結果，可提高裝置1 的生產率。
該第1實施形態中，相對晶圓W呈傾斜般配置靶41，使晶圓W迴轉並進行成膜，可達到晶圓W面內之膜厚均勻化之目的。以下，說明更加提高膜厚之均勻性用的裝置範例。圖9係顯示裝置1之第1變形例。與上述實施形態之相異點係支撐棒27之端部連接至迴轉機構71，磁石陣列體53係與靶41相互獨立並可繞該靶41之軸迴轉。藉此，可如圖10所示般改變磁石陣列體53之傾角。
例如，根據成膜時真空容器11內之壓力或靶41之材質、及對靶41之施加電壓等處理條件，以改變從靶41射入晶圓W的濺鍍粒子角度。是以，透過實驗事先取得對應該壓力、該材質、及該施加電壓之各種組合的合適磁石55之傾角。且，將該壓力、該材質、該施加電壓、及該磁石55之傾角的相關資料庫記憶於控制部6之記憶體。接著使用者在晶圓W處理前於控制部6設定該壓力、材質、及施加電壓，以進行處理，根據該資料庫以決定合適磁石55之傾角。其後，該迴轉機構71使支撐棒27迴轉，將磁石55固定於所決定之傾角並對晶圓W進行處理。
又，這般設置迴轉機構71之情況中，亦可持續改變磁石55之傾角，來代替於晶圓W處理中固定傾角。例如圖10所示，磁石55係交替重覆地處於以實線顯示之水平狀態與以鏈線顯示之朝向下方狀態，藉以改變該磁石55之傾角。且，將該磁石55之移動路徑上各地點的移動速度資料與上述各處理條件建立關聯並記憶於控制部6之記憶體，以代替磁石55之傾角。且，使用者設定處理條件時，磁石55會以對應其處理條件之移動速度而移動到移動路徑之各位置。如此一來，亦可控制晶圓W之膜厚分佈。
又，圖11係顯示裝置1之第2變形例。該第2變形例中，磁石陣列體53形成為可於靶41內沿其長度方向上來回移動的大小。且，支撐棒27藉由移動機構72在長度方向上前進/後退，而可自由改變磁石陣列體53之位置。與第1變形例相同地，亦可對應處理條件，固定磁石陣列體53之位置並進行處理。又，亦可於處理中持續使磁石陣列體53進行來回移動，而該來回移動路徑上之各位置之移動速度係由該處理條件所設定。
磁石陣列體53之結構並不限定於上述範例。例如圖12所 示，從靶41之軸向觀察，磁石55之前端面58輪廓亦可形成為曲線狀。又，構成磁石陣列體53的磁石數量只要能如上述般相對靶41形成水平磁場即可。更具體而言，只要是配置有以2個磁石夾住1個磁石，內側磁石和外側磁石各自相對靶面而朝向相反方向的結構即可，亦可如該圖12所示般為3個以上。即，亦可不設置磁場增強用之磁石57。另外，在該圖12以後之各圖式中，與圖4相同般，係以箭頭顯示各磁石之磁極方向。又，如圖13所示，亦可自磁石陣列體53之兩端側逐漸朝中央部使各前端面58朝向靶41形成為階梯狀。
又，如圖14所示，亦可自支撐板54呈放射狀地使各磁石55~57延伸而出般構成。該例中，從側面觀察時，磁石57之寬度係朝靶41越來越大。與該磁石57相同般，其他磁石55、56於延伸方向之寬度並不限於固定寬度。又，以磁石55之磁極方向作為縱向時，該例中磁石57之磁極方向係設定為從磁石55朝向磁石56的傾斜方向。如此般，磁石57之磁極方向並不限於與磁石55、56之磁極方向正交。
又，於上述各例中，支撐板54在側視上為長方形之結構，但並不限於該結構。圖15係顯示支撐板54在側視上呈梯形的範例。磁石56從該梯形之上側面延伸而出，磁石55、55從梯形斜面呈放射狀延伸而出。磁石57係從該上側面與該斜面構成之角部呈放射狀延伸而出。如此這般構成支撐板54，可將磁石形狀加工成單純的長方體形狀，可降低磁石之製造成本。此外，可使用彼此相同形狀的磁石55、56。藉此，可抑制裝置製造時調整磁石形狀所花費的工夫。支撐板54之磁石55~57的設置面並不限於前述範例，亦可例如為曲面，可依據磁石55~57之形狀而構成為任意形狀。
順帶一提，各圖式中所顯示之範例中，亦可不設置磁石57。又，亦可為抑制磁石57之前端面58朝靶41之內周面較磁石56之前端面58突出的結構。但是，如上述般為了增強洩漏磁場而設置磁石57，使其前端面58較磁石56之前端面58更朝該周面突出般構成係為有效的。
圖9、圖10中已說明了第1變形例中使用磁控濺鍍裝置1並進行處理之一例，參考圖16之時序圖，並進一步詳細說明。構成該時序圖之4個圖表81~84係顯示從一個晶圓W處理前乃至該晶圓W處理後的 該裝置1之各部之動作。圖表81係顯示以電源部47對靶41輸入電力的時點，圖表82係顯示靶41的迴轉速度。圖表83係顯示構成磁石陣列體53的一個磁石之角度，圖表84係顯示晶圓W的角度。
進一步說明各圖表81~84。圖表81之縱軸係顯示對靶41的輸入電力，電源轉為ON時係供給P瓦之電力，用以對晶圓W進行成膜處理。該電能P的大小係為任意設定。圖表82之縱軸係顯示靶41的迴轉速度。於成膜處理中，靶41係例如以固定速度V進行迴轉。只要於靶41中沒有長時間連續對同一部位進行濺射即可，又，靶41之迴轉速度過大時，因該迴轉所產生的作用，使得從靶41飛散的粒子中朝向遠離晶圓W方向而飛散的粒子增多。因此，迴轉速度V以相對低速為佳，具體而言，例如大於0rpm而為10rpm以下的速度。
圖表83之縱軸係顯示該磁石之角度。磁石之角度係指例如構成磁石陣列體53之一個磁石從支撐板54之延伸方向與水平面所夾的角度。成膜處理開始時的磁石之角度為T1。且，成膜處理結束時的磁石之角度為T2。圖17係顯示該角度T1、T2之一例。圖中的元件符號80係顯示該水平面。角度T1及角度T1至T2的範圍係依照靶41之材質或成膜條件適當地進行設定。該成膜條件係包含：形成於晶圓W之膜的膜厚、對靶41的輸入電力、真空容器11內的處理壓力。當磁石陣列體53的移動速度過大時，靶41表面的磁場會變得不安定，因此磁石陣列體53的動作速度以相對低速為佳。具體而言，較佳地以例如1.5°/秒~10°/秒的速度移動磁石陣列體53。又，成膜處理中的磁石陣列體53之移動方向可為與靶41之迴轉方向相同，亦可為相反方向。
圖表84之縱軸係顯示晶圓W之角度。該晶圓W之角度係指在載置於檯部21之晶圓W處，將設置於該晶圓W側端之切除部份(缺口)轉向指定方向之狀態設為角度0°=360°。為了使晶圓W在1次迴轉期間所形成之膜的膜厚分佈偏差較為均勻，較佳地於成膜處理中迴轉晶圓W複數次，例如8次以上。但是，當晶圓W的迴轉速度過大時，由於晶圓W之迴轉使得朝晶圓W射入之粒子被彈開，故較佳地該迴轉速度係例如大於0rpm而為120rpm以下。又，為了提高膜厚分佈之均勻性，較佳地於成膜處理開始之時點與成膜處理結束之時點，該晶圓W之角度係一致。
依照步驟說明時序圖所顯示之處理。首先，依據使用者來設定期望之該成膜條件，對應該設定並以控制部6來決定處理時間。將晶圓W搬入真空容器11後，將靶41之迴轉速度從0rpm上升至Vrpm，並將磁石之角度從指定角度改變為T1。在前述靶41迴轉速度上升及磁石角度變化的同時，使晶圓W之角度配合轉至0°(=360°)。
當靶41的迴轉速度到達Vrpm時，使迴轉速度停止上升，靶41則以速度Vrpm繼續迴轉。且，當磁石之角度為T1且晶圓W之角度為0°時，對靶41供給電力，以開始成膜處理(圖16中的時刻t1)。於該成膜處理中，靶41以速度Vrpm繼續迴轉，磁石陣列體53則以固定速度繼續移動。又，晶圓W亦以指定速度繼續迴轉。開始對靶41進行電力供給後使晶圓W進行例如8次迴轉，轉至成膜開始時之角度並經過所決定之處理時間後，停止對該靶41之電力供給，以結束成膜處理。停止該電力供給，並停止晶圓W之迴轉及磁石陣列體53之移動(圖16中的時刻t2)。然後，亦停止靶41之迴轉。
於圖16之圖表的成膜處理中，磁石陣列體53係於單一方向上移動，使其角度從T1變為T2，但亦可如圖10中所說明般來回移動。即，亦可於成膜處理中，使構成磁石陣列體53的磁石之角度從例如T1變為任意角度T3般移動後，將移動方向改為逆向，使角度從T3變為T1般移動。此種來回移動亦可重覆地進行。
接著，說明磁控濺鍍裝置之另一構成例。圖18、圖19各別為磁控濺鍍裝置9的縱剖側視圖、橫剖俯視圖。如圖9、圖10中所說明，該磁控濺鍍裝置9係與第1變形例之磁控濺鍍裝置1大略相同的構成。差異點在於設置有擋門91。擋門91例如形成為傘狀，係以隔開靶41與檯部21之方式設置。擋門91之中央部上側連接有迴轉軸92，該迴轉軸92係藉由設置於真空容器11外部之迴轉機構93而可迴轉自如的結構。迴轉機構93係藉由磁力使迴轉軸92迴轉，進而使擋門91迴轉。
擋門91處形成有開口部94。開口部94位於靶41下方，用以在進行成膜處理時將自靶41所飛散之粒子供給至晶圓W。該位置係於圖19中以實線表示，開口部94處於該位置之狀態時，擋門91為開啟狀態。不進行成膜處理時，開口部94則位於離開靶41下方，使靶41與晶圓W之 間呈遮蔽狀態。該位置係於圖19中以鏈線表示，開口部94處於該位置之狀態時，擋門91為關閉狀態。
圖20係顯示磁控濺鍍裝置9之各部動作一例的時序圖。於該圖20之時序圖中，顯示有已述圖表81~84與圖表85。圖表85之縱軸係顯示該擋門91之開閉狀態。
以下主要說明圖20之時序圖中所顯示的磁控濺鍍裝置9之動作中，與已述磁控濺鍍裝置1之第1變形例中動作的差異點。當擋門91處於關閉狀態時，使靶41的迴轉速度上升至Vrpm。同一時間，將磁石之角度調整為T1，並將晶圓W之角度調整為0°。當靶41之迴轉速度到達Vrpm時，對靶41供給電力，用以對靶41進行濺射。以擋門91擋住朝晶圓W射入之濺鍍粒子。當該磁石之角度成為T1且晶圓W之角度成為0°時，開啟擋門91，使該濺鍍粒子通過擋門91之開口部75並射入晶圓W，以開始濺鍍處理(時刻t3)。開啟擋門91後，並經過由所設定之成膜條件決定的處理時間之後，停止對靶41之電力供給，以停止成膜處理(時刻t4)。
即，上述處理中，以開啟擋門91的時點，來控制開始進行成膜處理的時點。亦可於上述處理中，以關閉擋門91來代替停止電力供給，而停止成膜處理。
(評價試驗)
評價試驗1
進行模擬以確認具備已述磁石陣列體53之靶41的洩漏磁通量密度分佈。關於靶41，材質設定為Bs(黃銅)，磁通量密度設定為2.2特斯拉，且厚度設定為4mm。圖21及圖22係顯示該模擬結果。前述圖式係顯示朝外側離靶41表面0.5mm之面處的磁通量密度分佈。圖21、22中係顯示：磁石55~57之排列方向為X方向、靶41之圓筒的長度方向為Y方向、從磁石55~57之前端側朝近端側之方向為Z方向。即X方向、Y方向、Z方向係相互正交之方向。圖21係斜向觀察靶41的磁通量密度分佈，圖22係朝Z方向觀察靶41於XY平面上的磁通量密度分佈。
實際之測定結果中的磁通量密度分佈係對應磁場強度以不同顏色及顏色深淺而由電腦圖像所繪製成的彩色圖像。為了繪圖方便起見，圖21及圖22中以等高線劃分出顯示指定範圍之磁場強度的區域，來 代替該彩色圖像，所劃分出之區域則以相異圖樣來表示。磁場強度為1350高斯以下且大於1200高斯之區域標示為塗黑圖樣，磁場強度為1200高斯以下且大於1050高斯之區域標示為網狀圖樣。磁場強度為1050高斯以下且大於900高斯之區域標示為斜線圖樣，磁場強度為900高斯以下且大於600高斯之區域標示為垂直線圖樣。磁場強度為600高斯以下且大於300高斯之區域標示為相對深之灰階圖樣，磁場強度為300高斯以下以下且大於0高斯以上之區域標示為相對淺之灰階圖樣。
一般而言，為了對磁性材料之靶施加直流電壓以進行磁控濺鍍，從該靶洩漏之磁場強度必須為500高斯以上。如圖21及圖22所示，已確認靶41表面上存在有500高斯以上之磁場強度的區域，最高磁場強度則為1200以上。即，表示使用如已述般構成之磁石陣列體53及靶41，對晶圓W進行成膜處理係毫無問題。
評價試驗2
評價試驗2-1係實施如圖16之時序圖所說明般進行成膜處理之模擬。即，在該評價試驗2-1中，係設定於成膜處理中移動磁石陣列體53。且，以百分率計算該成膜處理所獲得之晶圓W各部位的膜厚分佈，以計算出1σ(標準偏差)。又，評價試驗2-2係實施於成膜處理中不移動磁石陣列體53而進行成膜處理之模擬。除了於成膜處理中不移動磁石陣列體53之外，該評價試驗2-2之模擬設定為與評價試驗2-1相同的成膜條件。且，關於該模擬所獲得之膜厚分佈，與評價試驗2-1相同般計算出1σ。
圖23之棒圖表係顯示評價試驗2-1、2-2之結果的棒圖表。圖表之縱軸係顯示該1σ。即，該縱軸之數值越小，晶圓W各部位之膜厚均勻性越高。評價試驗2-1中1σ約為0.75，評價試驗2-2中1σ約為2.75。即，評價試驗2-1的膜厚均勻性較評價試驗2-2更高。另外，構成磁石陣列體53之磁石排列係製作複數個圖樣，使用各圖樣進行評價試驗2-1、2-2。即使變更該磁石排列圖樣，評價試驗2-1的膜厚均勻性仍較評價試驗2-2更高。即，表示於成膜處理中移動磁石陣列體53，可提高膜厚均勻性。
1‧‧‧磁控濺鍍裝置
6‧‧‧控制部
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧晶圓搬送口
13‧‧‧開關機構
14‧‧‧開口部
21‧‧‧檯部
22‧‧‧軸部
23‧‧‧迴轉驅動機構
24‧‧‧迴轉封件
25‧‧‧軸承
26‧‧‧支架
31‧‧‧排氣口
32‧‧‧排氣管
33‧‧‧排氣幫浦
34‧‧‧排氣量調整機構
35‧‧‧氣體噴嘴
36‧‧‧氣體供給源
37‧‧‧流量調整部
41‧‧‧靶
50‧‧‧空洞部
53‧‧‧磁石陣列體
54‧‧‧支撐板
55、56、57‧‧‧磁石
L1‧‧‧偏移距離
L2‧‧‧TS距離
R‧‧‧端部
W‧‧‧晶圓

Claims (8)

  1. 一種磁控濺鍍裝置，係對載置於真空容器內之迴轉自如之載置部的基板以磁控濺鍍法進行成膜；其特徵在於具備：圓筒體，係由磁性材料所組成，於該基板上方，從該基板之中心軸沿該基板之面的方向偏移其中心軸而配置；迴轉機構，係讓該圓筒體繞該圓筒體之軸進行迴轉；磁石陣列體，係設置於該圓筒體之空洞部內；以及電源部，係對該圓筒體施加電壓；其中，該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀，於圓筒體圓周方向上，中央部係較兩端部朝該圓筒體之周面側突出。
  2. 如申請專利範圍第1項之磁控濺鍍裝置，其中構成該靶之磁性材料係包含由Fe、Co、Ni之3d過渡金屬所組成元素中一種以上作為主成分的金屬或合金。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺鍍裝置，係具備有使該磁石陣列體沿圓筒體之軸向進行移動的移動機構。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之磁控濺鍍裝置，係具備有使該磁石陣列體沿圓筒體之圓周方向進行移動的移動機構。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之磁控濺鍍裝置，其中該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀係：該圓筒體之內周面側輪廓從該兩端部朝中央部沿該圓筒體內周面形成為曲線狀或折線狀。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之磁控濺鍍裝置，其中該磁石陣列體與該圓筒體之軸正交的剖面形狀係：該圓筒體之內周面側輪廓從該兩端部朝中央部構成複數階之階梯形狀。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之磁控濺鍍裝置，其中磁石陣列體具備有複數個磁石，各磁石與該圓筒體周面之距離為15mm以下。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之磁控濺鍍裝置，其中該磁石陣列體係具備：第1磁石；第2磁石，係以使得該圓筒體周面側的磁極與該第1磁石之該圓筒體內周面側的磁極成為相異的方式來夾持該第1磁石而設置者；以及 第3磁石，係為了強化由該第1磁石與第2磁石所形成之磁場，而於該第1磁石與第2磁石之間，使其磁極方向從第1磁石及第2磁石中的任一側朝另一側般設置；該第3磁石係較該第2磁石朝該圓筒體之周面側突出般設置，該第1磁石係較該第3磁石朝圓筒體之周面側突出般設置。
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