[发明专利]磁控溅射装置和磁控溅射方法

说明书

技术区域

本发明涉及磁控溅射装置和磁控溅射方法。

背景技术

在半导体器件的制造工序中所使用的磁控溅射装置，例如如图33所示的方式构成为：在设定为低压气氛的真空容器11内，以与基板（基片）12相对的方式配置由成膜材料构成的靶13，并在靶13的上表面侧设置有磁体14，在靶13为导体例如金属的情况下，在施加有负的直流电压的状态下，在靶13的下表面附近形成磁场。另外，为了防止粒子附着在真空容器11的内壁，设置有防附着屏蔽件（未图示）。

上述磁体14，如图34所示，一般来讲，例如在环状的磁体15的内侧配置与该磁体15不同的极性的圆形的磁体16而构成。此外，图34是从靶13侧观看磁体14的平面图，在该例中，外侧的磁体15的极性设定为靶13侧为S极，内侧的磁体16的极性设定为靶13侧为N极。这样，在靶13的下表面附近，由基于上述外侧的磁体15的会切磁场（cusp magnetic field：勾型磁场）和基于内侧的磁体16的会切磁场而形成有水平磁场。

当对上述真空容器11内导入氩气（Ar）气体等的不活泼性气体，从DC电源部15对靶13施加负的直流电压时，Ar气体由于该电场而电离，从而产生电子。该电子由于上述水平磁场和电场而发生漂移，从而形成有高密度等离子体。并且，等离子体中的Ar离子使靶13溅射（spatter），从靶13轰击出金属粒子，并通过该放射出的金属粒子进行基板12的成膜。

由于是这样的机构，因此在靶13的下表面，如图35所示，在外侧的磁体15和内侧的磁体16的中间部正下方，形成有沿着磁体的排列的环状的腐蚀（erosion）17。此时，为了在靶13整个面形成腐蚀17而使磁体14旋转，但在已述的磁体排列中，在靶13的半径方向上难以均匀地形成腐蚀17。

另一方面，基板面内的成膜速度分布依赖于靶13面内的腐蚀17的强弱（溅射速度的大小）。所以，如上所述，在腐蚀17的不均匀的程度大的情况下，如图35的点线所示，当缩小靶13与基板12的距离时，腐蚀的形状会按其原样反映出来，基板面内的成膜速度的均匀性变得恶化。由此，在现有技术中，使靶13与基板的距离增加至50mm～100mm左右，进行溅射处理。

此时，从靶13通过溅射而放射出的粒子向外方飞散，所以当基板12离开靶13时，附着在防附着屏蔽件的溅射粒子变多，基板外周部的成膜速度降低。因此，通过确保基板面内的成膜速度的均匀性，以使得外周部的腐蚀变深、即提高外周的溅射速度。但是，在该结构中，如上所述，附着在防附着屏蔽件上的溅射粒子变多，因此，成膜效率变为10%左右，非常低，不能获得快的成膜速度。这样，在现有的磁控溅射装置中，难以兼顾成膜效率和成膜速度的均匀性。

另外，靶13需要在腐蚀17即将到达背面侧之前进行更换，但是，如上所述，当腐蚀17的面内均匀性低，局部存在腐蚀17进行得快的部位时，对应该部位决定靶13的更换时期，因此靶13的使用效率降低为40%左右。为了减少制造成本且提高生产性，也要求提高靶13的使用效率。

但是，近年来，钨（W）膜作为存储器器件的配线材料被关注，例如要求以300nm/min左右的成膜速度进行成膜。在上述的结构中，例如通过使施加电力增加至15kWh左右，能够确保上述成膜速度，但机构复杂，工作效率低，制造成本变高。

在此，在专利文献1中提案有将在任意的两个之间具有相等距离并且具有交替的极性的多个磁体以与靶相对的方式平面地排列，在靶的下侧生成尖点磁场（point cusp magnetic-field）的结构。当将生成尖点磁场的磁体称为点状磁体时，在排列有该点状磁体的结构中，电子被通过由靶附近的电场E和点状磁体的水平磁场B产生的E×B加速，进行漂移运动，产生等离子体。

但是，在磁体排列的外周部中，由于N和S的配置，存在E×B的矢量方向朝向靶外的开放端，因此，电子飞出到与靶外周相比靠外方的位置，从而电子损失变大。在此，由于在靶的整个面中形成腐蚀，因此需要以水平磁场覆盖靶外周的方式排列点状磁体。在这种情况下，上述开放端位于靶的外周附近，因此，当在靶外周部发生电子的飞出时，在该外周部在圆周方向上产生电子密度的疏密，或发生电子密度沿靶的径向降低的电子密度的不均匀。因此，在靶的正下方，电子密度根据位置而不同，等离子体密度的面内均匀性降低。另外，由于上述开放端附近的磁通量发散，所以磁通量的平衡被打破，电子密度的不均匀愈加严重。