磁控濺射裝置和磁控濺射方法

專利名稱：磁控濺射裝置和磁控濺射方法
磁控濺射裝置和磁控濺射方法技術區域本發明涉及磁控濺射裝置和磁控濺射方法。
背景技術：
在半導體器件的制造工序中所使用的磁控濺射裝置，例如如圖33所示的方式構成為在設定為低壓氣氛的真空容器11內，以與基板(基片)12相對的方式配置由成膜材料構成的靶13，并在靶13的上表面側設置有磁體14，在靶13為導體例如金屬的情況下，在施加有負的直流電壓的狀態下，在靶13的下表面附近形成磁場。另外，為了防止粒子附著在真空容器11的內壁，設置有防附著屏蔽件(未圖示)。上述磁體14，如圖34所示，一般來講，例如在環狀的磁體15的內側配置與該磁體15不同的極性的圓形的磁體16而構成。此外，圖34是從靶13側觀看磁體14的平面圖，在該例中，外側的磁體15的極性設定為祀13側為S極，內側的磁體16的極性設定為祀13側為N極。這樣,在祀13的下表面附近，由基于上述外側的磁體15的會切磁場(cusp magneticfield :勾型磁場)和基于內側的磁體16的會切磁場而形成有水平磁場。當對上述真空容器11內導入氬氣(Ar)氣體等的不活潑性氣體，從DC電源部15對靶13施加負的直流電壓時，Ar氣體由于該電場而電離，從而產生電子。該電子由于上述水平磁場和電場而發生漂移，從而形成有高密度等離子體。并且，等離子體中的Ar離子使靶13濺射(spatter)，從靶13轟擊出金屬粒子，并通過該放射出的金屬粒子進行基板12的成膜。由于是這樣的機構，因此在靶13的下表面，如圖35所示，在外側的磁體15和內側的磁體16的中間部正下方，形成有沿著磁體的排列的環狀的腐蝕(erosion) 17。此時，為了在靶13整個面形成腐蝕17而使磁體14旋轉，但在已述的磁體排列中，在靶13的半徑方向上難以均勻地形成腐蝕17。另一方面，基板面內的成膜速度分布依賴于靶13面內的腐蝕17的強弱(濺射速度的大小)。所以，如上所述，在腐蝕17的不均勻的程度大的情況下，如圖35的點線所示，當縮小靶13與基板12的距離時，腐蝕的形狀會按其原樣反映出來，基板面內的成膜速度的均勻性變得惡化。由此，在現有技術中，使靶13與基板的距離增加至50mm IOOmm左右，進行濺射處理。此時，從靶13通過濺射而放射出的粒子向外方飛散，所以當基板12離開靶13時，附著在防附著屏蔽件的濺射粒子變多，基板外周部的成膜速度降低。因此，通過確保基板面內的成膜速度的均勻性，以使得外周部的腐蝕變深、即提高外周的濺射速度。但是，在該結構中，如上所述，附著在防附著屏蔽件上的濺射粒子變多，因此，成膜效率變為10%左右，非常低，不能獲得快的成膜速度。這樣，在現有的磁控濺射裝置中，難以兼顧成膜效率和成膜速度的均勻性。另外，靶13需要在腐蝕17即將到達背面側之前進行更換，但是，如上所述，當腐蝕17的面內均勻性低，局部存在腐蝕17進行得快的部位時，對應該部位決定靶13的更換時期，因此靶13的使用效率降低為40%左右。為了減少制造成本且提高生產性，也要求提高靶13的使用效率。但是，近年來，鎢(W)膜作為存儲器器件的配線材料被關注，例如要求以300nm/min左右的成膜速度進行成膜。在上述的結構中，例如通過使施加電力增加至15kWh左右，能夠確保上述成膜速度，但機構復雜，工作效率低，制造成本變高。在此，在專利文獻I中提案有將在任意的兩個之間具有相等距離并且具有交替的極性的多個磁體以與靶相對的方式平面地排列,在靶的下側生成尖點磁場(point cuspmagnetic-field)的結構。當將生成尖點磁場的磁體稱為點狀磁體時，在排列有該點狀磁體的結構中，電子被通過由靶附近的電場E和點狀磁體的水平磁場B產生的EXB加速，進行漂移運動，產生等離子體。 但是，在磁體排列的外周部中，由于N和S的配置，存在EXB的矢量方向朝向靶外的開放端，因此，電子飛出到與靶外周相比靠外方的位置，從而電子損失變大。在此，由于在靶的整個面中形成腐蝕，因此需要以水平磁場覆蓋靶外周的方式排列點狀磁體。在這種情況下，上述開放端位于靶的外周附近，因此，當在靶外周部發生電子的飛出時，在該外周部在圓周方向上產生電子密度的疏密，或發生電子密度沿靶的徑向降低的電子密度的不均勻。因此，在靶的正下方，電子密度根據位置而不同，等離子體密度的面內均勻性降低。另夕卜，由于上述開放端附近的磁通量發散，所以磁通量的平衡被打破，電子密度的不均勻愈加嚴重。這樣，在僅點狀磁體的排列中，雖然在磁體間產生的水平磁場因磁體排列而二維地變寬，但不能獲得充足的等離子體密度，難以確保高的等離子體密度的面內均勻性。另夕卜，腐蝕面內的均勻性依賴于基于點狀磁體的排列的周期性的水平磁場的疏密而降低，但是由于根據等離子體密度的疏密而進一步降低，所以其結果是導致靶的使用效率降低。此時，也能夠考慮使磁體組的形成區域比靶大從而消除因上述開放端引起的問題，但存在當在靶與屏蔽部件之間具有強的磁場時引起異常放電的問題，因此，不優選使磁體組的形成區域比祀大。另外，在專利文獻2中記載有如下技術將具有與各磁體的表面平行的中心軸的多個磁體以相互的中心軸大致平行的方式配置，并以N極和S極在與上述中心軸呈大致直角方向上相對的方式形成有多個磁體。并且，在專利文獻3中記載有通過拉近靶與晶片的距離來改善覆蓋范圍(coverage)的技術。但是，在這些專利文獻f專利文獻3中，并沒有著眼于使靶和基板的距離變窄，確保成膜速度的面內均勻性并提高成膜效率，即使應用這些專利文獻f專利文獻3的結構，也不能解決本發明的課題。另外，如上所述，關于利用磁控濺射方法成膜W進行了討論，但W作為即使在細微配線中也不會引起電阻上升的可靠性高的高熔點金屬而受到關注。因此，當利用磁控濺射方法時，不僅要求成膜速度高，而且還要求所成膜的膜是低電阻的。W的體積(bulk)電阻率在室溫下為約5. 3 μ Ω 但是在近年來的多層配線電路中，被要求例如300nm/min以上的高速成膜和10 μ Ω · cm以下的電阻率。但是，在現有技術中，如上所述，除了成膜效率和靶的使用效率低之類的問題之外，還存在使W的膜為低電阻和獲得大的成膜速度是交替(trade off)的關系的問題。在增大成膜速度的情況下，通常增大從直流電源部19施加的電壓，但其結果是濺射膜的電阻率增大。作為例子，成膜速度為約50nm/min時獲得的膜的電阻率為約10 μ Ω · cm，但是，在成膜速度為約300nm/min的高速成膜中，電阻率為約11μ Ω · cm^20 μ Ω · cm或其以上，是體積值的約2 3倍的值。配線電阻增大的原因是膜晶粒的晶粒間界中的電子散射、膜中的晶格缺陷引起的電子散射、雜質(濺射時含有Ar)引起的電子散射以及表面、界面中的電子散射。于是，為了使濺射膜低電阻化，重要的是使膜晶粒的大小和晶體取向一致以及使膜中的缺陷和雜質減少。為了有效地進行這些，需要使濺射成膜中的W粒子的表面擴散激烈，以使得粒子的重新排列容易進行。根據非專利文獻1，為了在濺射成膜中進行粒子的重新配置，首先，重要的是提高基板溫度，但是，由于W膜是高熔點金屬，因此引起表面擴散需要850°C以上的高溫。將這種方法應用于通常的濺射技術是困難的。另外，也能夠在形成膜后利用退火使其重結晶化、低電阻化,但這更加需要1000°C的高溫，與半導·體制造工序不相容。另外，為了同樣地引起表面擴散，優選能夠利用被濺射而獲得的原子的能量的低壓條件。即，這是因為，通常靶電壓為200V100V，在此電壓下被加速的濺射氣體原子、例如氬(Ar)原子的能量為lOeVlOeV，如果由于低壓，沒有空間中的碰撞，則濺射原子以此能量到達基板上的膜表面，對膜表面中的能量擴散產生幫助。如果靶-基板間距離=30mnTl00mm，則優選< IOmTorr。但是，W和Ar的組合，在低壓條件下，Ar離子與作為靶的W發生彈性碰撞，變為反沖的中性的Ar原子，并且突入(轟擊)形成在基板上的W膜而造成損傷。由于該Ar原子向W膜的突入是彈性碰撞，因此靶原料元素的原子量越大，反沖Ar的能量越大。在靶為W的情況下，反沖Ar的能量為IOOe疒200eV。W的被濺射的閾值電壓為33eV左右，可以明確，如果與該值相比，則反沖Ar的能量大，這成為在膜中大量產生缺陷的原因。另外，膜中的Ar量也增大，與缺陷一起成為電阻增大的原因。在此狀況下，當為了增大成膜速度而增大從直流電源部施加的電壓時，靶電壓也變大，從而在靶面反沖的Ar原子的能量也增大，因此，膜的缺陷進一步惡化，導致膜電阻率增大。對于該反沖Ar的問題，專在利文獻4中公開有使用低壓Kr氣的方法。Kr由于質量、體積都比Ar大，因此反沖時的能量比較小，從而認為其難以進入W膜。但是Kr氣由于需要Ar氣的100倍以上的成本，因此難以在半導體制造工序中使用。另一方面，相反地，如果增大壓力，則丟失因在空間中的碰撞而反沖的Ar原子能量，因此，由反沖Ar引起的缺陷變得難以產生，但是，濺射原子的能量也減少，到達基板上的膜表面的原子對擴散沒有幫助。其結果，形成缺陷多、取向不一致的膜。并且，由于壓力的增大，放電電流增大，但發生濺射原子由于碰撞散射而向腔室壁擴散的現象。由于此現象，在靶基板間距離大的現有技術中，基板上的成膜速度一般下降，因此，在成膜效率這一點上也不優選。另一方面，也有如下方法通過對基板供給高頻電力并將Ar離子以一定的能量引入到基板，從而對膜表面給予動能誘發W粒子的表面擴散。但是，在現有的磁控濺射裝置中，由于靶和基板的距離長并且通過在低壓環境下引起放電，基板附近的等離子體的密度低，因此需要使Ar離子高能量化。因此，必須對基板施加高電位的高頻電力，但是，其結果，因在基板產生需要以上的負電位，所以具有過剩能量的Ar離子會被引入到基板上，并如上述方式Ar離子突入到成膜而獲得的W膜，從而膜上產生缺陷。為了降低所施加的高頻電力也能夠考慮增大壓力，但是，如上述方式，成膜效率變得降低。如上所述，在現有的靶13和基板的距離為50mnTl00mm的磁控濺射裝置中，在成膜W這種的高熔點金屬的情況下，現狀是難以同時滿足高速成膜、成膜效率、靶使用效率、低電阻和良好的膜質的條件。該問題，在其它的高熔點金屬(鉭(T a )、鈦(T i )、鑰(Mo )、釕(Ru )、鉿(Hf )、鈷(Co)、鎳(Ni )等)的濺射成膜中也相同。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2004-162138號公報專利文獻2 日本特開2000-309867號公報專利文獻3 :日本特開平9-118979號公報專利文獻4 US2004/0214417 號公報非專利文獻非專利文獻I J. A. Thornton ；Ann. Rev. Mater. Sc1. , 7 (1977) p. 239.非專利文獻2 :J. J. Cuomo ;Handbook of Ion Beam Technol. , (1989) p. 194.非專利文獻3 :Μ· A. Liberman !Principles of Plasma Discharges andMaterials Processing, (1994)pp.469-470.

發明內容
發明想要解決的問題本發明是鑒于這種情況而完成的，其目的在于，提供一種能夠確保成膜速度的面內均勻性并能夠提高成膜效率，并且能提高靶的使用效率的技術。本發明的另一目的在于提供一種在大的成膜速度下能夠成膜低電阻的膜的技術。用于解決課題的方案本發明是一種磁控濺射裝置，以與載置于真空容器內的被處理基板相對的方式配置靶，并且在該靶的背面側設置有磁體，該磁控濺射裝置的特征在于，包括電源部，其對上述靶施加電壓；磁體排列體，其在基體上排列有磁體組；和 旋轉機構，其用于使該磁體排列體在與被處理基板正交的軸的周圍旋轉，上述磁體排列體，沿構成磁體組的多個N極和S極與靶相對的面，相互隔開間隔地排列，以使得基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體，上述磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外， 濺射時的上述靶和被處理基板的距離為30mm以下。在此，排列為線狀是指，磁體以直線狀或曲線狀的帶狀形成的結構、將多個磁體以直線狀或曲線狀的帶狀排列的結構之外，在起到阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外的作用的情況下，也包括將多個磁體相互隔開微小的間隔，直線狀或曲線狀的帶狀地排列的結構。另外，本發明是一種磁控濺射裝置，以與載置于真空容器內的被處理基板相對的方式配置靶，在該靶的背面側設置有磁體，對作為直徑300mm的半導體晶片的被處理基板進行磁控濺射處理，該磁控濺射裝置的特征在于，包括電源部，其對上述靶施加電壓；磁體排列體，其在基體上排列有磁體組；和旋轉機構，其用于使該磁體排列體在與被處理基板正交的軸的周圍旋轉，上述磁體排列體，沿構成磁體組的多個N極和S極與靶相對的面，相互隔開間隔地排列，以使得基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體，上述磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外，當設靶的直徑為R (mm)、靶和被處理基板的距離為TS (mm)時，上述距離(TS)被設定為(TS' /R) XlOO (%)=0.0006151R2-0.5235R+113.4，且 TS 彡1.1TS'。進而，本發明是一種磁控濺射裝置，以與載置于真空容器內的被處理基板相對的方式配置靶，在該靶的背面側設置有磁體，對作為直徑450mm的半導體晶片的被處理基板進行磁控濺射處理，該磁控濺射裝置的特征在于，包括磁體排列體，其在基體上排列有磁體組；和旋轉機構，其用于使該磁體排列體在與被處理基板正交的軸的周圍旋轉，上述磁體排列體，沿構成磁體組的多個N極和S極與靶相對的面，相互隔開間隔地排列，以使得基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體，

上述磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外，當設靶的直徑為R (mm)、靶和被處理基板的距離為TS (mm)時，上述距離(TS)被設定為(TS' /R) XlOO (%)=0.0003827R2-0.4597R+139.5，且 TS 彡1.1TS'。本發明的磁控濺射方法，其特征在于，使用本發明的磁控濺射裝置，將處理壓力設定為13.3Pa (IOOmTorr)以上，將對靶的投入電力除以靶的面積而獲得的投入電力密度設定為3W/cm2以上，在被處理基板形成金屬膜。發明效果根據本發明，多個N極磁體和S極磁體以沿著與靶相對的面相互隔開間隔地排列的方式構成磁體組，該磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀。由此，基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體，并阻止電子的飛出，因此，均勻地形成有高密度的等離子體。另外，多個N極磁體和S極磁體沿著與靶相對的面相互隔開間隔地排列，因此，基于這些磁體的水平磁場形成在靶上的腐蝕的面內均勻性提高。因此，能夠使被處理基板接近靶進行濺射，能夠確保成膜速度的面內均勻性，并提高成膜效率。另外，等離子體密度的均勻性高，因此，在靶的面內保持均勻性進行腐蝕，因此，與局部進行腐蝕的情況相比，靶的壽命變長，靶的使用效率提高。根據另一發明，使用本發明的裝置，通過在lOOmTorr以上的高的工作壓力下，在高的電力密度狀態下進行濺射的方法，在產生的等離子體中，離子密度變高且為穩定的狀態，因此在基板上等離子體為均勻的密度。因此，能夠對基板進行高速且均勻的濺射，所以，能夠保證高速的成膜速度，并能夠在基板上進行低電阻的成膜。


圖1是表示本發明的磁控濺射裝置的一個實施方式的縱截面圖。圖2是表示設置于上述磁控濺射裝置的磁體排列體的一個例子的平面圖。圖3是表示磁體排列體的側視圖。圖4是表示設置于磁體排列體的磁體的一個例子的立體圖。圖5是表示設置于磁體排列體的磁體的一個例子的立體圖。圖6是表示磁體排列體的平面圖。圖7是表示磁體排列體的其它的例子的平面圖。圖8是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖9是表示靶和基板的距離與成膜效率以及成膜速度的面內均勻性的關系的特性圖。圖10是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖11是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖12是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖13是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖14是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖15是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖16是表示實施例1的結果的特性圖。圖17是表示實施例2的結果的特性圖。圖18是表示實施例2的結果的特性圖。圖19是表示實施例3的結果的特性圖。圖20是表示實施例4的結果的特性圖。圖21是表示實施例5的結果的特性圖。圖22是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖23是圖22的磁體排列體的放大平面圖。圖24是表示磁體排列體的側視圖。圖25是表示磁體排列體的側視圖。圖26是表示磁體排列體的另一例子的平面圖。圖27是表示膜厚分布的模擬(simulation)的結果的圖表。圖28是表示膜厚分布的模擬的結果的圖表。圖29是表示成膜速度的模擬的結果的圖表。圖30是表示實施例6的結果的特性圖。圖31是表示實施例7的結果的特性圖。圖32是表示實施例8的結果的特性圖。圖33是表示現有的磁控濺射裝置的縱截面圖。圖34是表示用于現有的磁控濺射裝置的磁體的平面圖。圖35是說明現有的磁控濺射裝置的作用的縱截面圖。附圖標記說明S半導體晶片
2真空容器24真空泵3靶電極31 靶4載置部41高頻電源部5磁體排列體52磁體組53 返回(return)用磁體54內側磁體組
具體實施例方式參照

本發明的一個實施方式的磁控濺射裝置。圖1是表示上述磁控濺射裝置的一個例子的縱截面圖，圖中 2是例如由鋁(Al)構成、接地的真空容器2。該真空容器2的頂部開口，以封閉該開口部21的方式設置有靶電極3。該靶電極3通過將由成膜材料例如鎢(W)構成的靶31接合到例如由銅(Cu)或鋁(Al)構成的導電性的基體板32的下表面而構成。上述靶31例如構成為平面形狀為圓形形狀，其直徑以比成為被處理基板的半導體晶片(以下稱為“晶片”)10大的方式例如設定為400 450mm。上述基體板32設置為其形成得比靶31大，基體板32的下表面的周邊區域載置于真空容器2的開口部21的周圍。此時，在基體板32的周邊部和真空容器2之間設置有環狀的絕緣部件22，這樣，靶電極3以與真空容器2電絕緣的狀態固定于真空容器2。另外，由電源部33對靶電極3施加負的直流電壓。在真空容器2內，以與上述靶電極3平行相對的方式設置有水平地載置晶片10的載置部4。該載置部4構成為例如由鋁構成的電極(相對電極)，并且與供給高頻電力的高頻電源部41連接。該載置部4構成為通過升降機構42在相對于真空腔室2搬入或搬出晶片10的搬送位置和濺射時的處理位置之間自由升降。在上述處理位置，例如載置部4上的晶片10的上表面和靶31的下表面的距離TS例如被設定為IOmm以上30mm以下。另外，在該載置部4的內部內置有構成加熱機構的加熱器43，其能夠將晶片10加熱到例如400°C。并且，在該載置部4設置有用于在該載置部4和未圖示的外部的搬送臂之間交接晶片10的未圖示的突出銷。在真空容器2的內部，以沿圓周方向包圍靶電極3的下方側的方式設置有環狀的腔室屏蔽部件44，并且以沿著圓周方向包圍載置部4的側方的方式設置有環狀的保持屏蔽(hold shield)部件45。這些是為了抑制濺射粒子附著到真空容器2的內壁而設置的，例如由鋁或以鋁為母材的合金等的導體構成。腔室屏蔽部件44例如與真空容器2的頂部的內壁連接，并經由真空容器2接地。另外，以載置部4經由保持屏蔽部件45接地的方式，保持屏蔽部件45接地。并且，真空容器2經由排氣通路23與作為真空排氣機構的真空泵24連接，并且經由供給路25與不活潑性氣體例如氬氣(Ar)氣體的供給源26連接。圖中27是通過閘閥28構成為自由開閉的晶片10的搬送口。
在靶電極3的上部側，以與該靶電極3接近的方式設置有磁體排列體5。該磁體排列體5，如圖2和圖3 (圖2的k-k'線側視圖)所示，通過將磁體組52排列在由磁導性高的材料例如鐵(Fe)的基體51上而構成。上述基體51與靶31相對設置，如圖2所示，其平面形狀形成為圓形形狀，其直徑設定為例如比靶31大，例如設定為比靶經大60mm左右的值。圖2是從靶31側觀看磁體組52時的平面圖。上述磁體排列體5，以基于靜止時因會切磁場引起的電子的漂移而在晶片10的整個投影區域產生等離子體的方式構成磁體組的N極和S極、沿與靶31相對的面如后所述的方式相互隔開間隔地排列，并在磁體組52的最外周設置有返回用的磁體53。該返回用磁體53，如后面所述的方式排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到磁場之外。當在磁體組52中，設與返回用磁體53相比更靠內側的磁體組54為“內側磁體組54”，在內側磁體組54中，當將位于最外周的磁體稱為“外側磁體”時，以矩陣狀排列多個磁體6 (61、62)構成上述內側磁體組54。磁體6 (61、62)構成為，如圖2所示，在靶31的左右方向(圖1和圖2中X方向)和縱深方向(圖1和圖2中Y方向)上縱橫地排列為η列Xm行例如3列Χ3行的矩陣狀，并排列為相鄰的磁體6 (61、62)具有相互不同的極性。在此例中，中央的磁體61a為N極，在其左右方向的兩側和縱深方向的兩側各個S極的磁體62a飛2d相互隔開間隔地并列設置。在此，本發明中所指的極性是指朝向靶31側的極性即從靶31側觀看時的極性。所以，上述磁體61a的N極朝向靶31側，S極朝向基體51側。這些磁體61、62被分割為多個磁體單元而構成。如圖4所示，磁體單元63例如構成為圓柱狀，在上述磁體61a中，將磁體單元63在上述左右方向上排列兩個、在縱深方向排列兩個，并將這些層疊為兩層構成為合計八個的磁體單元63的集合體。作為這種磁體單元63，能夠使用例如直徑為2(T30mm、厚度為l(Tl5mm、一個磁體單元63的表面磁通密度為2至3kG左右的磁體單元。這些磁體單元63收納于例如平面形狀為大致正方形形狀的殼(case)體64,并固定于基體51的下表面。這些磁體61、62，例如殼體64的相互相鄰的邊在上述左右方向和縱深方向上各自平行地設置，另外，以相對于相鄰的殼體64相互離開相等距離的方式排列。即，當以中央的磁體61a為例進行說明時，設置為，在左右方向上相鄰的磁體62a、62c的相隔距離LI與在縱深方向上相鄰的磁體62b、62d的相隔距離L2互相相等。這樣，以當從內側磁體組54的排列的中心觀看時，磁體62a飛2d的中心彼此各自位于同一半徑上，并且，磁體61lT61e的中心彼此各自位于同一半徑上的方式,磁體61、62矩陣狀地排列。在此例中，內側磁體組54的排列的中心相當于基體51的中心O。另外，內側磁體組54構成為，N極的磁體單元63的個數和S極的磁體單元63的個數為相同數目，并且從排列的中心O觀看時，在其中心位于同一半徑上的磁體62a飛2d彼此(磁體61lT61e彼此)中，磁體單元63的數目為相同數目。并且，內側磁體組54設定為，從排列的中心O觀看時，磁力隨著朝向外側的磁體(在磁體單元63的個數的調整下)變小。上述磁體61、62被分割為多個磁體單元63而構成，因此，通過磁體單元63的集合數目來調整磁體61、62的磁力。在此，在圖2中的畫在磁體單元63的數字表示磁體組的高度方向(圖4中的Z方向)的磁體單元63的層疊數，例如在圖5中，當以外側磁體61b為例表示時，該磁體61b是組合四個磁體單元63而構成的。這樣，該例的內側磁體組54具有24個N極的磁體單元63和24個S極的磁體單元63，并且各自設定為，從排列的中心O觀看時，位于其中心的磁體61a的磁體單元63為八個，位于同一半徑上的磁體62a 62d的磁體單兀63為六個,位于最外側的同一半徑上的磁體61lT61e的磁體單元63為四個。這樣，在內側磁體組54中，位于最外周的外側磁體的磁力設定為比與該外側磁體相比位于內側的磁體小。對于上述返回用磁體53a 53d，當以返回用磁體53d為例進行說明時，形成為在外側磁體的中央的磁體62d的周圍漂移的電子，當平面地觀看磁體組52時，不從磁體組52的間隙飛出到磁體組52之外，而是返回內側。因此，返回用磁體53d排列為線狀，在該例中，當平面地觀看時，形成為直線狀(延伸為直線狀的帶狀)。另外，其長度比磁體62d的長度大，其長度方向的兩端部，以延伸至與該磁體62d的兩側相鄰的外側磁體61c、61d側的方式形成。并且,設定為與位于外側磁體的中央的磁體62d不同的極性。并且，各自設置于內側磁體組54的上述左右方向的兩側的返回用磁體53a、53c設置為其長度方向與上述縱深方向平行，各自設置于內側磁體組54的上述縱深方向的兩側的返回用磁體53b、53d設置為其長度方向與上述左右方向平行。這些四個返回用磁體53a 53d設置為，與作為內側磁體組54的最外周的外側磁體61、62的相隔距離L3互相相
坐寸ο
在本發明中，磁體組52構成為晶片10的周緣位置比漂移的電子群的運動區域靠內側。并且，以各返回用磁體53的磁通量和與其對應的內側磁體組54的外側磁體61、62的磁通量的相抵(平衡)的方式,對返回用磁體53和內側磁體組54各自的表面磁通密度(磁感應強度)進行調整。另外，為了獲得穩定的放電，水平磁場(磁通密度)的強度優選例如設定為10(T300G。該磁通密度根據磁體61、62的大小、磁體61、62的表面磁通密度、磁體61、62的排列數目、磁體61、62之間的距離、磁體單元63的個數、磁體單元63之間的距離、外側磁體的大小、外側磁體和內側磁體組54的距離、后述的旋轉偏心量等適當設計。并且，如后所述，在返回用的磁體53和內側磁體組54各自發生電離，在返回用的磁體53和內側磁體組54中電離的強度不同，但是，通過調整返回用的磁體53的大小、表面磁通密度與內側磁體組54的相隔間隔L3，能夠控制電離的強度。另外，當在距晶片10的外緣50mm的外部的區域存在內側磁體組54和返回用的磁體53的相隔部分時，成膜速度分布的均勻性為良好的情況比模擬明顯，從而優選這種構成。另外，當設定為靶31的外緣位置位于內側磁體組54和返回用的磁體53的相隔部分時，返回用磁體53引起的水平磁場覆蓋靶31外周，從而能夠在靶31整個面進行腐蝕。當磁體的形成區域比靶31大時，有可能會發生異常放電，但是，通過使返回用磁體53的磁通量和構成內側磁體組54的磁體61、62的磁通量的相抵，能夠把握防止異常放電。這樣，通過調整磁體單元的大小、排列間隔等的各種條件，磁體排列體5被設計為在靶31的正下方形成均勻的磁場。此時，圖2中所示的例子表示磁體組52、晶片10和基體51的相對大小，這樣，晶片10的外緣與磁體組52的形成區域相比位于內側。但是，圖2所示的例子中的磁體組52是構成例的一個，相應于晶片10的大小，適當增減磁體61、62、返回用的磁體53的設置數目。
在此，當表示一個設計例時,返回用磁體53的縱截面的大小例如為10mmX20mm、長度例如為120_、表面磁通密度為2至3kG，但是，通過調整起大小或層疊數，能夠實現磁力對內側磁體組54的外側磁體的最優化。另外,在內側磁體組54中，磁體61、62彼此的左右方向上的相隔距離LI和縱深方向上的相隔距離L2例如均設定為5 10mm，內側磁體組54的最外周的磁體61、62和返回用磁體53的相隔距離L3例如設定為5 30mm。另外，構成磁體組54的磁體61、62、53設定為相同的厚度，因此，這些磁體61、62、63的下表面的高度位置一致。并且，這些磁體61、62、63的下表面和靶31的上表面的距離例如設定為15 40mm。此時,通過將與磁體單元63相同形狀的鐵制的假(dummy)體插入到基體51側，能夠使磁體的下表面彼此的高度一致。由于鐵的磁導率高，因此朝向基體51的磁通量不會擴散，所以朝向靶電極3側的磁通量與沒有假體時相同。這種情況的優點在于能夠保持整體的平衡并能夠調整朝向靶電極3側的磁通量。上述磁體排列體5的基體51的上表面經由旋轉軸55與旋轉機構56連接，通過該旋轉機構56，磁體排列體5構成為在與晶片10正交的軸的周圍自由旋轉。此例中，如圖3所示，旋轉軸55設置于例如從基體板51的中心O偏心2(T30mm的位置。在該磁體排列體5的周圍設置有構成冷卻機構的冷卻套(jacket)57，該冷卻罩在形成該磁體排列體5的旋轉區域的狀態下，覆蓋磁體排列體5的上表面和側面。在該冷卻套57的內部形成有冷卻介質的流路58，通過從供給部59對該流路58內循環供給被調整到規定溫度的冷卻介質例如冷卻水，冷卻磁體排列體5并經由該磁體排列體5冷卻靶電極3。具有以上已說明的構成的磁控濺射裝置具有控制部100，該控制部100控制來自電源部33或高頻電源部41的電力供給動作、Ar氣體的供給動作、基于升降機構42的載置部4的升降動作、基于旋轉機構56的磁體排列體5的旋轉動作、基于真空泵24的真空容器2的排氣動作、基于加熱器43的加熱動作等。該控制部100例如包括具有未圖示的CPU和存儲部的計 算機，在該存儲部存儲有程序，該程序中編寫有關于為了通過該磁控濺射裝置進行對晶片10的成膜所需的控制的步驟(命令)組。該程序例如存儲于硬盤、光盤(compactdisk)、磁光盤(magneto optical disk)、存儲卡(memory card)等存儲介質，并由此安裝到計算機。接著，說明上述的磁控濺射裝置的作用。首先，打開真空容器2的搬送口 27，將載置部4配置于交接位置，由未圖示的外部的搬送機構和推頂銷的協作工作，將晶片10移交至載置部4。接著，關閉搬送口 27，使載置部4上升至處理位置。另外，將Ar氣體導入到真空容器2內，并且利用真空泵24進行真空排氣，使真空容器2內保持在規定的真空度例如1. 46 13. 3Pa (11 lOOmTorr)。另一方面,利用旋轉機構56使磁體排列體5旋轉,并從電源部33對靶電極3施加例如100W 3kW的負的直流電壓，并且從高頻電源部43對載置部4施加10W IkW左右的數百kHz 百MHz左右的高頻電壓。另外，在冷卻套57的流路58中經常流通冷卻水。當對靶電極3施加直流電壓時，由于該電場，Ar氣體電離而產生電子。另一方面，由磁體排列體5的磁體組52，如圖3所示，在內側磁體組54的磁體61、62彼此之間以及內側磁體組54的外側磁體和返回用磁體53彼此之間形成會切磁場50,該會切磁場50連續且在靶31的表面(被濺射的面)附近形成有水平磁場。這樣，通過基于靶31附近的電場E和上述水平磁場B的EXB，上述電子被加速，發生漂移。并且，通過加速具有充分的能量的電子進一步與Ar氣體碰撞，引起電離，形成等離子體，等離子體中的Ar離子對靶31進行濺射(轟擊)。另外，通過該濺射產生的二次電子會被上述水平磁場捕捉，再次幫助電離，這樣，電子密度會變高，等離子體被高密度化。在此，圖6示意性地表示上述電子的漂移的方向。例如當著眼于內側磁體組54的中央的N極的磁體61a時，電子以順時針方向圍繞該磁體61a旋轉的方式漂移，在S極的磁體62a、62b、62c、62d中，電子以逆時針方向旋轉的方式漂移。根據該磁體組52的布置(layout)，設定為與漂移的電子群的運動區域相比晶片10的邊緣位置成為內側。由此，當磁體排列體5靜止時，基于會切磁場引起的電子的漂移，在晶片10的整個投影區域產生等離子體。在此，當以返回用磁體53d為例進行說明時，該返回用磁體53d如上所述形成為在左右方向上直線狀延伸的帶狀，并與作為內側磁體組54的最外周的外側磁體62d隔著相隔間隔L3設置。另外,其長度方向上的兩端側伸出至與磁體62d相鄰的磁體61c、61d —側。所以，當從在磁體62d和磁體61c之間漂移的電子觀看時，磁體53d以阻擋行進方向的前方一側的方式存在。并且，由于來自該磁體53d的會切磁場的磁通量和來自源自磁體62d的會切磁場的磁通量結合，因此在磁體62d和磁體61c之間漂移的電子會原樣地沿會切磁場移動，并向左方向轉彎。接著，當到達磁體62d和磁體61d之間時，被這些磁體之間的會切磁場束縛而向左方向轉彎，這樣，再次返回到內側磁體組54的區域。這樣，通過設置返回用磁體53，通過會切磁場的束縛來阻止電子飛出到會切磁場之外，因此，電子損失被抑制，電子密度被高密度化。另一方面,在沒有返回用磁體53的情況下，在內側磁體組54的外周部,如上所述，存在EXB的矢量方向朝向靶31的外側的開放端。因此，在磁體62d和磁體61c之間漂移的電子，由于在漂移方向的前方側不存在會切磁場，于是，電子從會切磁場的束縛解放，飛出到磁體組52的外方。這樣，電子從內側磁體組54的最外周的磁體飛出，因此，電子損失變大，不能提高電子密度，而且外周部的電子密度降低，因此，電子密度的面內均勻性也降低。圖6 圖8是從靶31側觀看磁體排列體5的平面圖。這樣，返回用磁體53起到不使電子從磁體組52的間隙飛出到磁體組52之外而返回到內側的作用，因此，以發揮該作用的方式排列為線狀。當以與外側磁體62d對應設置的返回用磁體53d為例進行說明時，則本發明人們能夠把握返回用的磁體53d具有與外側磁體62d不同的極性，并且當與該外側磁體62d相對地以直線狀或曲線狀并且以使其兩端部延伸至該外側磁體62d的兩個相鄰的外側磁體61c、61d側的方式排列，能夠獲得上述作用。所以，也可以如圖7所示使用平面形狀為大致圓弧狀的返回用磁體531，也可以如圖8所示例如線狀地排列多個點狀磁體60而構成的返回用磁體532。在該情況下，除了使點狀磁體60相互接觸排列的情況之外，在起到防止電子的飛出并使電子返回到內側的作用的情況下，也可以將點狀磁體60相互稍微隔開間隔地排列。例如，在使用點狀磁體的情況下，也可以使用一個點狀磁體的直徑為15 25mm、高度為l(Tl5mm、表面磁通密度為2 3kG的磁體。此時，能夠通過其長度方向的排列數目或層疊數目來調整磁力，為了調整磁力，也可以排列磁力的強度不同的磁體。這樣，電子以不僅圍繞一個磁體61、62而圍繞全部的磁體61、62旋轉的方式邊飛行邊并被加速,從而反復進行與Ar氣體的碰撞 和電離。此時，在返回用磁體53和內側磁體組54之間也發生電離，由此產生的二次電子同樣通過漂移進入到內側磁體組54的區域，幫助形成有磁體組52的整個區域的電離。該結果，在靶31的正下方附近，能夠以高的面內均勻性生成高密度的等離子體。另外，內側磁體組54的最外周的磁通量的發散被抑制，能夠確保磁通量的平衡，因此，從這點來說，等離子體密度的面內均勻性變高。這樣，通過反復進行Ar氣體的電離來生成Ar離子，利用該Ar離子使靶31發生濺射。由此，從靶31表面被轟擊出的鎢粒子飛散到真空容器2內，該粒子附著在載置部4上的晶片10表面，從而在晶片10上形成有鎢的薄膜。另外，從晶片W離開的粒子附著在腔室屏蔽部件44或保持屏蔽部件45。此時，載置部4被供給有高頻電力，因此，引誘Ar離子入射到晶片10，并通過與基于加熱器43的加熱的協同作用，形成有致密且電阻低的薄膜。如上所述，靶31的腐蝕形成在相互不同極的磁體彼此之間的中間部(中心及其附近)，但是，在上述的磁體排列體5中，由于矩陣狀地排列磁體61、62，所以腐蝕發生的位置多，在靶31的整個面周期性地形成有腐蝕。另外，如上所述，在晶片10的整個投影區域，能夠使等離子體密度更加均勻，因此，腐蝕的進行的程度變得一致，從這一點來說，面內均勻性也變高。此時，為了進一步提高腐蝕的均勻性，利用旋轉機構56使磁體排列體5在鉛直軸周圍旋轉。這是因為，當從微觀上觀看等離子密度時，基于水平磁場形成有高低(凹凸)，但通過使磁體排列體5旋轉，該等離子體密度的高低變得均勻。并且，在本實施方式中，使磁體排列體5以從基體51的中心偏心的位置為中心旋轉，因此，從后述的可以明確，成膜速度分布的均勻性進一步提高。S卩，在磁體排列體5中，水平磁通密度以在靶31的面內均勻地分配的方式形成，在磁體61、62彼此之間的中間 部發生腐蝕，但在磁體61、62的正下方的會切部分不存在水平磁場，不引起電離，因此難以發生濺射。因此，磁體61、62的正下方的成膜速度比其它的部分的成膜速度小，當在直徑方向上觀看時，成膜速度分布呈周期性地存在小的凹凸的形狀。所以，當使磁體排列體5偏心旋轉時，該凹凸被抵消，從而能夠獲得更加均勻的成膜速度分布。此時，當以產生腐蝕的部分在圓周方向交替地產生，腐蝕在時間上被平均化，腐蝕的旋轉對象變多的方式形成磁體排列體5時，即使旋轉數少也能夠實現成膜速度的均勻化，所以，當以高速在短時間進行成膜時有利。另外，這樣，腐蝕的面內均勻性高，所以，在本發明中，在使晶片10與靶31的距離接近至30mm以下的狀態下，進行濺射處理。即，這是因為，腐蝕的形狀反映于成膜速度分布，因此，在腐蝕的均勻性高的情況下，即便使晶片10靠近靶31，也能獲得高的成膜速度分布的均勻性。此時，若使晶片10離開靶31，則從后述的實施例可以明確，晶片10的外周部中的成膜速度會降低。這是因為，在靶31的外周部濺射出的粒子向晶片10的外方飛散，成膜效率降低。這樣，在本發明中，為了確保成膜速度的面內均勻性，需要使晶片10與靶31的距離接近至30mm以下進行濺射處理。但是，如果使靶31與晶片10過于靠近，則等離子體的生成空間變得過小，難以發生放電，因此，優選靶31與晶片10的距離設定為IOmm以上。并且，由于晶片10配置于靶31的正下方，所以，從靶31濺射出的粒子會迅速地附著到晶片10。因此，對晶片10的薄膜的形成有幫助的濺射粒子變多，成膜效率提高。在此，圖9表示靶31和晶片10的距離與成膜效率和成膜速度的面內均勻性的各個關系。橫軸表示靶31和晶片10的距離，左縱軸表示成膜效率，右縱軸表示成膜速度的面內分布。以實線Al表示本發明的結構的成膜效率的數據，以雙點劃線A2表示現有的結構(圖23所示的結構)的成膜效率的數據，以點劃線BI表示本發明的結構的成膜速度的面內均勻性的數據，以虛線B2表示現有的結構的成膜速度的面內均勻性的數據。當著眼于面內分布時，在本發明中，靶31和晶片10的距離越小均勻性越高，隨著上述距離變大而逐漸降低。另外，當著眼于成膜效率時，靶31和晶片10的距離越小成膜效率越高，隨著上述距離增大而逐漸降低。這樣，在本發明的結構中，靶31和晶片10的距離越小，成膜速度的面內均勻性、成膜效率均邊得良好，從而能夠實現成膜速度的面內均勻性和成膜效率的并存。與此相對，在現有的結構中，在靶31和晶片10的距離小的情況下，成膜速度的面內均勻性非常低，隨著上述距離增加而變高，若當超過某個距離時再次降低。因此，當想要確保高的面內均勻性時，必須增大靶31和晶片10的距離，但是，當增大上述距離時，與本發明的結構相比，成膜效率變得相當低。根據上述的實施方式，由于形成沒有開放端的閉合的網眼狀的水平磁場，所以，如上所述，在靶31的正下方，能夠在晶片10的整個投影區域形成均勻的等離子體，并且腐蝕的面內均勻性高。因此，能夠使晶片10和靶31的距離接近至30mm以下進行濺射處理。其結果，離開晶片10而附著到腔室屏蔽部件44或保持屏蔽部件45的濺射粒子變少，所以能夠提高成膜效率，能夠獲得快的成膜速度。另外，從微觀上看，在靶31的腐蝕中存在凹凸，但不存在一部分的凹部比其它的部分深那樣的情況，而是在整個面內一樣地進行腐蝕。因此，靶31的壽命變長，能夠提高靶31的使用效率。并且，根據 上述的實施方式，使用集合磁體單元63的磁體61、62，能夠較長地獲得連續的水平磁場，因此，電子被加速而漂移的距離長。因此，電離的機會變多，所以等離子體密度變高。其結果，在靶31中快速地進行腐蝕，從而放出很多濺射粒子，所以成膜速度會增大。進而，使磁體單元63集合而構成磁體61、62，因此能夠容易調整一個磁體61、62的磁力。另外，能夠調整磁體61、62內的磁體單元63的數目，因此能夠使N極的磁體單元63和S極的磁體單元63的數目為相同數目，并能夠取得N極和S極的磁通量的平衡。由此，水平磁場的偏差被抑制，能夠抑制腐蝕的形成和成模速度的面內偏差的發生。進而，當從內側磁體組54的排列的中心O觀看時，在其中心O在同一半徑上的磁體62a飛2d彼此(磁體61tT61e彼此)中，磁體單元63的數目設定為相同數目，當從上述中心O觀看時，設定為磁體單元63的個數隨著朝向外側的磁體而變少，所以從后述的實施例可以明確，能夠進一步提高成膜速度的面內均勻性。S卩，在配置于內側磁體組54的最外周的四個角部的N極的磁體61b、61c、61d、61e中，對于四個邊中的兩個邊，與這些邊相鄰地,存在作為磁通量的收斂端的S極的磁體62，但是，對于剩下的兩個邊，則處于沒有對應的S極的磁體62的狀態。因此，與相鄰的磁體62之間的磁通量變多，此部分的水平磁場變強。從而，如上述的實施方式，如果減少構成這些磁體61b、61c、61d、61e的磁體單元63的個數，減小磁力，則能夠取得水平磁場的平衡。在此,這些磁體61b、61c、61d、61e的磁力也可以通過不改變磁體單元63的個數而使用表面磁通密度小的磁體單元63來變小。這樣，根據本發明的結構，與圖33所示的現有的磁控濺射裝置相比，成膜效率能夠提高400%(四倍)左右，所以在靶31和晶片10的距離為20mm的情況下，即使施加電力為4kffh左右，也能夠確保300nm/min左右的成膜速度，能夠抑制消費電力(耗電量)，實現低成本化。另外，靶31的使用效率也提高80%左右，所以從這一點來看，也能夠實現低成本化。在上述的實施方式中，磁體61、62的平面形狀，并不限定于正方形形狀的情況，也可以是長方形形狀，也可以是圓形形狀。另外，收納于一個磁體61、62中的磁體單元63的最大數目不限于八個。并且，收納于磁體61、62中的磁體單元63的數目不限于上述的圖2中記載的例子，例如，如圖10所示，也可以使全部的磁體61、62由八個磁體單元63的集合體構成。在這種磁體排列體5A中，通過調整磁體單元63的表面磁通密度，在內側磁體組54A中，也可以將位于最外周的外側磁體的磁力調整為比與該外側磁體相比位于內側的磁體的磁力小。在此，在上述的例子中，磁體單元63收容于殼體64，因此，存在通過預先將規定的磁體單元63收容于殼體64能夠容易地進行磁體排列體5的組裝的優點，但是，不需要必須將磁體單兀63收容于殼體64。另外，如上所述,相應于晶片10的大小增減磁體61、62、返回用的磁體53的設置數目即可，在該情況下能夠獲得同樣的效果。進而，在上述的例子中，將靶31的外緣設定于磁體組52的內側，但也可以將磁體31的外緣設定于磁體組52的外側。并且，使磁體排列體5從基體51的中心O偏心地旋轉，因此，若設定為當進行該偏心旋轉時，在距晶片10的外緣50mm的外部的區域具有內側磁體組54和返回用的磁體組53的相隔部分，則能夠使成膜速度分布的均勻性良好。同樣，若將靶31和磁體排列體5的大小設定為，當進行偏心旋轉時靶31的外緣位于內側磁體組54的外緣和返回用磁體53的相隔部分，則能夠在靶31的整個面形成腐蝕，能夠進行均勻的成膜處理。接著，說明磁體排列體511的其它的例子。圖11中所示的磁體組521是3列X3行的矩陣狀地排列圓柱狀的點 狀磁體611、621而構成內側磁體組541的例子，各點狀磁體611、621排列為，相互隔開相等間隔且相鄰的點狀磁體611、621的極性相互為不同極。在此例中，返回用磁體531也以圍繞內側磁體組542的方式線狀地排列，圖11中以箭頭表示電子漂移的方向。作為上述點狀磁體611、621能夠使用例如直徑為20 30mm、厚度為10 15mm、表面磁通密度為4飛kG的磁體，點狀磁體611、621的中心彼此的距離例如設定為60mm。即使在此例中，也與上述的實施方式同樣，在靶31的正下方，能夠在晶片10的整個投影區域形成均勻的等離子體，并且腐蝕的面內均勻性高。因此，能夠使靶31和晶片10接近進行濺射，所以能夠提高成膜效率，并且能確保高的成膜速度的面內均勻性，而且還能夠提高了靶31的使用效率。另外，作為點狀磁體，不僅可以使用圓柱狀的磁體，而且還能夠使用例如一邊為2(T30mm的正三棱柱狀或一邊為2(T30mm的立方體狀的磁體等。另外，磁體也可以排列為η列Xm行的矩陣狀。圖12所示的磁體排列體512的磁體組522，以6列Χ6行的矩陣狀排列圓柱狀的點狀磁體611、621而構成內側磁體組542。在此例中，點狀磁體611、621也排列為，在縱橫向上相互隔開相等間隔并且相鄰的點狀磁體611、621的極性相互為不同極。圖12中箭頭表示電子漂移的方向。另外，在內側磁體組542的外側，以圍繞這些內側磁體組542的方式線狀地排列有相同極性的返回用磁體532。此例中，上述n、m為偶數，所以排列在內側磁體組542的最外周的點狀磁體中的極性不同的點狀磁體位于其兩端。因此，在內側磁體組542的角部的S極點狀磁體621a、621b的附近，以圍繞該點狀磁體621a、621b的方式圓弧狀地排列有N極的返回用磁體532a。所以，在該磁體排列體512中，即使在內側磁體組542的角部中，也阻止電子飛出到會切磁場之外的問題，從而能夠抑制電子損失。因此，與上述的實施方式同樣，在靶31的正下方能夠在晶片10的整個投影區域形成均勻的等離子體，并且腐蝕的面內均勻性變高。因此，能夠使靶31和晶片10接近進行濺射，提高成膜效率，并且能夠確保高的成膜速度的面內均勻性，而且提高靶31的使用效率。并且，點狀磁體的形狀，不限于上述的磁體單元63的集合體或圓柱狀，也可以是三棱柱狀。圖13所示的磁體排列體513的磁體組523是排列三棱柱狀的磁體612、622而構成內側磁體組543的例子。在該例中，磁體612、622的平面形狀構成為大致等腰三角形的形狀，并以使相互的斜邊彼此隔開間隔相對地排列而形成一個單元631，并將該單元631排列為矩陣狀而形成內側磁體組543。在該例中，也排列為相鄰的磁體611、622的極性相互為不同極。另外，在內側磁體組543的外側，以圍繞這些內側磁體組543的方式線狀地排列有返回用磁體533、534。該例中的返回用磁體533、534由平面形狀為長方形形狀的四個磁體533a 533d、平面形狀為大致L字形狀的兩個磁體534a、534b構成。上述返回用磁體533a 533d，在該例中，各自設置于內側磁體組543的上述左右方向和縱深方向的兩側，并且設定為 與配置于內側磁體組543的最外周的中央的磁體622a、622b、612a、612b不同的極性。并且，對應于內側磁體組543的彼此相對的兩個角部，在該例中，上述返回用磁體534a、534b設置于右下角部和左上角部。這樣，在內側磁體組543的角部的磁體612c、622c的附近，以圍繞該磁體612c、622c的方式排列有不同極的返回用磁體534a、534b。圖13所不的箭頭表不電子的漂移方向。所以，即使在該磁體排列體513中，也以覆蓋內側磁體組543的最外周的多個磁體612、622的方式配置有返回用磁體533、534，因此，電子飛出到會切磁場之外的問題被阻止，從而能夠抑制電子損失。所以，與上述的實施方式同樣，在靶31的正下方，能夠在晶片10的整個投影區域形成均勻的等離子體，并且腐蝕的面內均勻性變高。因此，能夠使靶31和晶片10接近進行濺射，提高成膜效率，并且能夠確保高的成膜速度的面內均勻性，除此之外，靶31的使用效
率提高。并且，在本發明中，也可以如圖14所示，將平面形狀為長方形形狀的磁體71、72例如以其長度方向與縱深方向一致、相互隔開間隔且相鄰的磁體彼此相互為不同極的方式排列，并且在這些磁體71、72的周圍，為了抑制電子的飛出而排列線狀的磁體73 (731、732)。在該例的磁體排列體514中，為了使N極的磁體71和S極的磁體72的數目一致，設定為這些最外的磁體彼此相互為不同極。另外，線狀磁體73例如具有平面形狀形成為圓弧狀的N極的磁體731和S極的磁體732。這些線狀磁體731、732構成為，以在上述左右方向上延伸的方式排列，并且通過多個線狀的磁體731、732連接上述左右方向的兩側的磁體71、72的長度方向上的兩端彼此。這樣，由這些磁體71、72、線狀磁體731、732構成磁體組524。圖14中的箭頭表示電子的漂移方向。在這種結構中，由磁體71、72形成的會切磁場的磁通量相互結合，所以在這些磁體間71、72形成有水平磁場，電子進行漂移運動，引起電離。在磁體71、72的兩端部，電子原來在開放端飛出到磁場之外，從而引起電子損失，但由于配置有線狀磁體731、732，所以阻止了電子擺脫會切磁場的束縛飛出到會切磁場之外的問題。因此，電子損失被抑制，能夠實現電子密度的增大和均勻化。由此，與上述的實施方式同樣，在靶31的正下方，能夠在晶片10的整個投影區域形成均勻的等離子體，并且腐蝕的面內均勻性變高。因此，能夠使靶31和晶片10接近進行濺射，提高成膜效率，并且能夠確保高的成膜速度的面內均勻性，除此之外，靶31的使用效
率提高。進而，在本發明中，也可以如圖15所示的方式構成磁體排列體515的磁體組525。該磁體組525構成為，將平面形狀為正方形形狀的磁體81、82以相鄰的磁體81、82彼此相互為不同極的方式矩陣狀地排列，并以圍繞這些磁體81、82的方式設置平面形狀為大致-字狀且極性與磁體81、82不同的線狀的磁體83、84，并且在線狀的磁體82、83的外側排列平面形狀為長方形形狀的線狀的磁體85。在這種結構中，磁體81、82的會切磁場的磁通量和線狀磁體83、84、85的會切磁場的磁通量相互結合而形成有水平磁場回路網，所以電子在該水平磁場在圖15中箭頭所示的方向上進行漂移運動，引起電離。此時，由于配置有線狀磁體8315，所以阻止了電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外。因此，電子損失被抑制，能夠實現電子密度的增大和均勻化。由此，與上述的實施方式同樣，在靶31的正下方，能夠在晶片10的整個投影區域形成均勻的等離子體，并且腐蝕的面內均勻性變高。因此，能夠使靶31和晶片10接近進行濺射，提高成膜效率，并且能夠確保高的成膜速度的面內均勻性，除此之外，靶31的使用效率提高。另外，作為靶的材質，除鎢之外能夠使用銅(Cu)、鋁(Al)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta )、氮化鉭(TaNx )、釕(Ru )、鉿(Hf )、鑰(Mo )等的導體或氧化硅、氮化硅等的絕緣體。在該情況下，當使用由絕緣體構成的靶時，通過從電源部施加高頻電壓生成等離子體。另外，也可以對由導體構成的靶施加高頻電壓產生等離子體。并且，也可以使磁體排列體通過旋轉機構以基體的中心為旋轉中心在鉛直軸周圍旋轉。進而，不一定必需將載置部作為電極使用，不必需對該載置部供給高頻電力。并且，上述磁體排列體，以基于會切磁場引起的電子的漂移在被處理基板的整個投影區域產生等離子體的方式，將構成磁體組的多個N極和S極沿與靶相對的面相互隔開間隔地排列即可，磁體的排列并不限于上述的例子。例如，也可以使構成內側磁體組的磁體的排列間隔或形狀在基體的面內變化。另外，磁體組構成為當使磁體排列體旋轉時在被處理基板的整個投影區域產生等離子體即可。所以，當使磁體排列體偏心旋轉時，旋轉時被處理基板的外緣的一部分位于磁體組的外側的情況，也包含于在被處理基板的整個投影區域產生等離子體的情況。進而，與上述返回用的磁體相比位于內側的磁體組，使與N極對應的磁體的合計的強度和與S極對應的磁體的合計的強度一致即可，磁體的強度可以通過磁體的個數、大小等任一的方法進行調整。
接著，說明通過在所述的磁體排列體上設置輔助磁體來調整靶的下表面側的水平磁場的強度的方法。圖22表示圖10所示的磁體排列體5上設置有輔助磁體65的例子，其為從靶31側觀看磁體排列體5A的平面圖。圖10所示的磁體排列體5的磁體61、62以及53，如后述的圖24所示的方式，在靶31側和其相反一側磁化(充磁)為相互為不同的磁極。并且，輔助磁體65以填埋磁體61和62的間隙以及磁體53和62的間隙的方式形成為長方體形狀。如圖23所不,輔助磁體65在與長度方向正交的方向上被分開有磁極,在作為長邊的一邊側磁化有N極，與該邊相對的另一邊側磁化有S極。祀31側的輔助磁體65的磁極與磁體61 (62、53)的磁極的關系設定為，與輔助磁體65的一邊相鄰的磁體61 (62、53)的磁極和該輔助磁體65的一邊側的磁極為同極。所以，磁體排列體5A在與靶31相反一側(基板51側)，如圖24所示，與輔助磁體65的一邊相鄰的磁體61 (62、53)的磁極和該輔助磁體65的一邊側的磁極為不同極的關系。以在磁體61、62之間設置有輔助磁體65的部位為例，圖24表不具有這種輔助磁體65的磁體排列體5A中的磁場的情況。另外，為了進行比較，圖25表示不使用輔助磁體65的磁體排列體5中的磁場的情況。
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在基板51側，由磁體61、62產生的磁力線與由輔助磁體65產生的磁力線的方向為反向，因此由磁體61、62產生的水平磁場被輔助磁體65的水平磁場抵消而變弱或消失。另一方面，在靶31側，由磁體61、62產生的磁力線與由輔助磁體65產生的磁力線的方向為同方向，因此由磁體61、62產生的水平磁場與輔助磁體65的水平磁場重疊,從而水平磁場變強。作為輔助磁體65,若使用與磁體61、62相同磁力的磁體，則磁體排列體5A中的革巴31側產生的磁場的強度變為兩倍，另一方面，在基板(base plate) 51 一側，磁場幾乎為O。靶31側產生的磁場的強度能夠根據輔助磁體65的磁力的進行調整，并能夠根據表面磁通密度、輔助磁體65的高度或寬度進行調節。關于作為代表性的輔助磁體65的長方體的大小，寬度尺寸為作為磁體61、62的直徑或與邊相同寬度尺寸的2(T30mm，長度尺寸為作為磁體61和62之間的距離的30mm，高度尺寸為磁體61、62的高度的1/3、1/2、1/1。另外，輔助磁體65的表面磁通密度為r5kGauss。當輔助磁體65的表面磁通密度和磁體61、62的表面磁通密度大致相同時，則磁體31側產生的磁場大致增大輔助磁體65的高度對磁體61、62的高度的比例。所以，如前面所述，當輔助磁體65的高度設定為磁體61、62的高度的1/3、1/2、1/1時，靶31側產生的磁場的強度各自增大約30%、約50%、約100%。基板51側的磁場的抵消量也是同樣的。另夕卜，當使輔助磁體65的高度與磁體61、62相同并且寬度為1/3、1/2、1/1時，也能夠獲得同樣的效果。輔助磁體65不限于設置為圖10所不的磁體排列體5的情況。圖26表不在圖11所示的對磁體排列體511設置有輔助磁體651的例子，其中，輔助磁體651的磁極和磁體611、621、531的位置關系與圖22的例子相同。另外，作用效果也相同。并且，本發明的發明人基于從上述的實施方式獲得的知識，使用本實施方式的磁控濺射裝置，多次研究了保持濺射成膜的面內均勻性并大幅度降低運行成本的方法。被認為為了降低運行成本，使成膜效率和靶31的使用效率進一步上升并提高成膜速度是重要的。
為了使成膜效率上升，縮小靶31的下表面和晶片10的表面之間的距離即TS是有效的。當對靶31施加的電力固定時，TS越短成膜量越顯著提高。但是，當過于縮小TS時，不能獲得充分的面內均勻性。所以，需要把握保證高的成膜量并能夠獲得充分的面內均勻性的TS的范圍。另一方面，為了提高靶31的使用效率，使在靶31上產生的腐蝕均勻化是有效的。這是因為當腐蝕的形狀均勻時能夠獲得最大的靶使用效率。所以，當將TS設定為適當的值時，能夠獲得充分的成膜效率，并且能夠在均勻腐蝕下獲得所需的成膜分布。于是，著眼于成膜的均勻性，在已使用上述的實施方式中的磁控濺射裝置的濺射中，對TS和靶徑的關系進行了模擬。對于腐蝕，假定為，從靶各向同性地放射出粒子，構成靶的粒子的量以與TS的二次方成比例的方式通過濺射而減少，并形成均勻的腐蝕。圖27和圖28表示模擬的結果。在該模擬中，關于晶片10中的膜厚的面內均勻性的評價，使用由下式算出的膜厚分布。 膜厚分布(％)=(標準偏差(1σ ) /各點的膜厚的平均值)X 100具體而言，在晶片直徑為300mm的情況下，使靶徑從300mm每次增大20mm至500mm,對各個祀徑,使TS從10. Omm每次增大IOmm至100. Omm,對膜厚分布進行了模擬。圖27是以靶徑為橫軸，以膜厚分布為縱軸，以TS作為參數，表示靶徑和膜厚分布的關系的圖表，但是為了避免線圖的重合引起的圖不的復雜，省略了 TS為50 90mm的線圖的圖不。在圖27中，TS為5(T90mm的線圖位于TS為40mm的情況和IOOmm的情況之間。由此圖表可知，靶徑越大，另外TS越短，膜厚分布越提高。圖28的左側(實線)的圖表al是將圖27的圖表中的膜厚分布為3%的線和各曲線的交點重新描繪(plot)的圖表。圖28的橫軸為靶徑，縱軸為TS對靶徑的百分比。圖28的右側(虛線)的圖表bl是對晶片直徑為450mm的情況也進行與上述的模擬同樣的模擬，并且同樣將膜厚分布為3%時的靶徑和TS對靶徑的百分比的關系各自作為橫軸和縱軸而繪制的圖表。在量產300mm直徑的晶片的現場所使用的祀徑一般為450mnT500mm,因此,450mm直徑晶片的祀假定為300mm晶片時的相似形,將祀徑設定為50mnT700mm。根據圖28的實線可知，對于300mm直徑晶片，膜厚分布為3%的TS是靶徑為450mm時的靶徑的約2. 4% (=約Ilmm),祀徑為500mm時的祀徑的約5.5% (=約27.5mm)。根據圖26的虛線可知，對于450mm直徑晶片，膜厚分布為3%的TS是靶徑為650mm時的靶徑的約2. 5% (=約16臟)，靶徑為700mm時的靶徑的約5. 3% (=約37mm)。所以，膜厚分布為3%以下的TS (mm)對祀徑(mm)的比率(百分比)在300mm直徑晶片時為圖28的圖表al的下方側區域,在450mm直徑晶片時為同圖的圖表bl的下方側區域。設上述比率((TS/R)X100%)S Y%，設靶徑為R (_)，圖表al、bl以Y和R的近似式進行表示時各自為式(1)、(2)。300mm 直徑晶片…Y=O. 0006151R2-0. 5235R+113. 4... (I)450mm 直徑晶片…Υ=0· 0003827R2-0. 4597R+139. 5... (2)從而，當是優選膜厚分布為3%以下的處理(process)時，為了進行該優選的處理，在300mm直徑晶片中，式(I')的關系成立，在450mm直徑晶片中，式(2')的關系成立即可。
Y 彡 O. 0006151R2-0. 5235R+113. 4... (I')Y ^ O. 0003827R2-0. 4597R+139. 5— (2')但是，(I')式、(2')式為近似式，多少具有誤差。另外，對于已濺射在晶片上的薄膜，即使以所述的式子定義的膜厚分布多少超過3%，也能夠說對膜厚分布為良好的評價沒有影響。進而，基于將TS改變為數字時的模擬獲得的圖27的結果，求得圖28的圖表(所述的近似式(I))。若將這些綜合起來，則很難說僅依賴于所述的近似式(I)、(2)決定能夠獲得膜厚分布為良好的效果的TS的上限值(邊界值)是最適合的。例如，當晶片直徑為300mm、靶徑為500mm時，如果由(I)式計算膜厚分布為3%以下的TS的上限值，則為27. 125mm。但是，當TS為30mm時，根據圖27的圖表，雖然膜厚分布多少超過3%，但是能夠評價為膜厚分布為良好。另外，當晶片直徑為300mm、祀徑為450mm時,如果由(I)式計算膜厚分布為3%以下的TS的上限值，則為10. 722臟。但是，即使在TS為12mm時，根據圖27的圖表，雖然膜厚分布多少超過3%，但是超過的量微乎其微，因此，其效果與膜厚分布為3%的效果在本質上是不變的。另外，當晶片直徑為450mm、靶徑為700mm時，如果由(2)式計算膜厚分布為3%以下的TS的上限值，則為36. 631mm。但是，TS為40mm時，雖然膜厚分布也多少超過3%，但是能夠認為膜厚分布為良好。于是，作為決定用于膜厚分布為良好的TS的上限值的指標有效利用(I)、(2)式，并通過對獲得的TS的值給予一些裕度(margin)，從而給上限值(邊界值)的決定帶來恰當性。當該裕度過大時，難以獲得發明的效果，但是作為說明書的性質要求使發明明確化，從這一點出發，在對獲得本發明的目的不產生懷疑的范圍中決定出裕度。具體而言，在晶片為300mm的情況下，在由(I)求得的TS的值上增加了 10%的值作為上限值，在晶片為450mm的情況下，在由(2)求得的TS的值上增加了 10%的值作為上限值。

若將其含義用式子來表示時，在晶片為300_的情況下，適當的TS (mm)的值能夠由下式求得。Y= (TS' /R) X 100 (%) =0. 0006151R2-0. 5235R+113. 4TS (1.1Ts'…(3)TS'為根據(I)式求得的晶片和靶之間的適當的相隔距離，TS為在該TS'上賦予10%的裕度的適當的相隔距離的上限值。另外,在晶片為450mm的情況下,適當的TS的值能夠由下式求得。Y= (TS' /R) X 100 (%) =0. 0003827R2-0. 4597R+139. 5TS (1.1TS'…(4)雖然沒有規定TS的下限值，但是，稍微比上限值小時還能夠得到本發明的效果，因此認為，準確地規定下限值是沒有意義的。另外，本發明人推測，若將濺射的機制等進行綜合，如果TS比5mm大，則能夠獲得例如與圖28所示的各結構中的TS的值同等的效果。另一方面，從提高成膜速度的方面出發，對成膜速度和TS的關系也進行了模擬。具體而言，在晶片直徑為300mm和450mm的情況中,各自使用三個種類的直徑不同的祀,模擬了成膜速度對TS的依賴性。圖29上表示獲得的結果。(a2)為晶片直徑為300mm的模擬的結果，(b2)為晶片直徑為450mm的模擬的結果。在300mm直徑晶片的情況下，現有一般將TS設定為70mm的情況較多，因此，以TS=70mm時的成膜速度作為基準進行評價。另外，在450mm直徑晶片的情況下，單純以相似進行考慮，TS是以1. 5倍的105mm時的成膜速度作為基準進行評價的。根據圖29 (a2)的圖表，若求得能夠獲得TS=70mm時的成膜速度的1. 5倍的成膜速度的TS，則為約35mm。同樣，以圖29 (b2)的圖表，在450mm直徑晶片的情況下，若求得能夠獲得TS=105mm時的成膜速度的1. 5倍的成膜速度的TS，則為約55mm。所以，相對于評價基準能夠獲得1. 5倍以上的成膜速度的TS的距離，在晶片直徑為300mm的情況下為35mm以下，在450mm的情況下為55mm以下。若將該TS的距離換算為比率(TS/靶徑)，則在晶片直徑為300mm的情況下，若靶徑為450mm，則TS/靶徑為約8%以下。在晶片直徑為450mm的情況下，若靶徑為700mm，則TS/靶徑為約8%以下。此結果意味著，若為圖28的圖表al和bl的下方側區域，則對于成膜速度，也能夠獲得評價基準的成膜速度的1. 5倍的成膜速度。所以，若比率Y (TS/靶徑R)和靶徑R的關系滿足已述的式子(Γ )和(2')，則能夠兼顧膜厚分布為3%以下和成膜速度為1. 5倍以上的成膜。 進而，通過使用本實施方式的磁控濺射裝置調整工作壓力，能夠高速地對低電阻的線路(包含導電路或電極)進行成膜。若說明該方法，則將磁體組調整為靶表面中的磁場強度例如為100G以上。而且，處理壓力設定為13. 3Pa (IOOmTorr)以上，并且從電源部33(參照圖1)對靶31施加直流電力，將其電力值設定為除以靶的面積之后的放電電力密度例如為3W/cm2以上的值。另外，對靶31施加的電壓例如設為300V以下，從高頻電源部41對載置部4施加的高頻電力例如設定為500W 2000W。若在該條件下進行濺射，則如后述的實驗例的研究中詳細說明的那樣，靶和基板(被處理基板)的距離狹窄以及如后面所述由磁體在基板的整個面進行放電，所以即使在基板附近也能夠保持離子密度高的狀態，并且通過在13. 3Pa以上的高壓力條件下以大的成膜速度成膜W膜，能夠兼顧高速且高效率的濺射和所成膜的膜的低電阻化。以上，本發明的磁控濺射裝置也適用于半導體晶片以外的液晶或太陽能電池用玻璃、塑料等的被處理基板的濺射處理。實施例(實施例1)在具有圖11的磁體排列體511的磁控濺射裝置中，在已述的處理條件下進行成膜處理，并評價對靶電極3施加的直流電壓和電力密度的關系。此時，靶31和晶片10之間的距離設為30mm。另外，對磁體排列體511中沒有設置返回用磁體531的構成(比較例I)、圖23所示的使用現有的磁控濺射裝置的構成(比較例2)、不使用磁體而通過施加直流電壓進行放電的結構(比較例3)，也同樣進行評價。圖16表示該結果。圖中橫軸表示對靶電極3施加的直流電壓，縱軸表示靶31和晶片10之間的電流密度，對實施例1用□、對比較例I用 、對比較例2用Λ、對比較例3用X，各自進行了描繪。其結果，電流密度在實施例1中為2 4mA/cm2，在比較例I中為O. 2^0. 5mA/cm2,能夠確認通過設置返回用磁體，電流密度提高相當多。由此，能夠理解，通過返回用磁體的排列能夠抑制電子損失，能夠增大等離子體密度。另外，能夠確認實施例1與比較例2相比，即使在施加電壓較小時也能夠確保高的電流密度。另外，確認通過施加400W的電力，能夠獲得約100nm/min的成膜速度。(實施例2)
在具有圖2的磁體排列體5的磁控濺射裝置中，不使磁體排列體5旋轉，而在已述的處理條件下各自進行成膜處理，并求出晶片直徑方向上的成膜速度分布。另外，對于代替圖2的磁體排列體5而設置有圖10的磁體排列體5A的情況，也同樣測定成膜速度。對于該結果，圖17表示設置有磁體排列體5的構成，圖18表示設置有磁體排列體5A的構成。在此，磁體排列體5和磁體排列體5A的差異僅在于構成磁體61、62的磁體單元63的個數，但是已確認，通過調整該磁體單元63的個數，能夠改變晶片10的徑向的成膜速度分布。由此，能夠知道，通過調整磁體單元63的個數，調整一個磁體61、62的磁力，其結果，能夠控制成膜速度的面內均勻性。另外，磁體排列體5的N極和S極的個數相同，從排列中心O開始位于同一半徑上的磁體單元63的數目相同，并且，構成為，磁體單元63的數目隨著遠離排列中心O而減少，但是，從圖17的結果能夠確認，通過采用磁體排列體5的構成，成膜速度在晶片10的徑向上一致，面內均勻性提高。并且，在使全部的磁體61、62的磁體單元63的個數相等的情況下，從圖18的結果能夠確認晶片10的徑向上的周緣部的一側的成膜速度變大。據推測，這是因為，在內側磁體組54A的四個角部的磁體61a飛Id中，如上所述，與相鄰的磁體之間的磁通量變多，該部分的水平磁場比取得內側的磁通量的平衡的區域強。但是，通過調整內側磁體54A的最外周的外側磁體和返回用磁體的距離、靶31和晶片10的距離，或通過使磁體排列體5A在鉛直軸周圍旋轉，這種成膜速度分布能夠接近于更加均勻的分布。

(實施例3)在具有圖2的磁體排列體5的磁控濺射中，將靶31和晶片10的距離設定為20mm，不使磁體排列體5旋轉而在已述的處理條件下各自進行成膜處理，并求出了晶片徑向的成膜速度分布。另外，對將靶31和晶片10的距離設定為50mm的情況，也同樣測定了成膜速度。該結果與磁體排列體5的磁體組5的排列和靶31的腐蝕的情況一起表示在圖19。此夕卜，在此實施例3中，使用比磁體排列體5的磁體組52大的靶31。由此，能夠確認，當靶31和晶片10的距離為20mm時，與50mm時相比，成膜速度的面內均勻性高。另外，已確認，當上述距離為20mm時，以約4kWh的電力對靶電極3施加有直流電壓時的成膜速度為300nm/min，與50mm時相比，平均的成膜速度變大。并且，能夠確認，成膜速度的晶片10的徑向上的分布，呈稍微凹凸的形狀，但是，在晶片10的徑向上以一定的周期形成有凹凸。腐蝕形成在相互為不同極的磁體彼此的中間部，因此，能夠理解成膜速度反映腐蝕形狀。進而，能夠確認，當上述距離為50mm時，晶片10的外周部的成膜速度急劇下降。據推測，這是因為，在靶31外周部所濺射的粒子飛散到外方側，導致到達晶片10的粒子變少，從而成膜效率降低。此外，在晶片10的中央側，成膜速度的凹凸變弱，被認為這是因為離靶31的距離大，粒子擴散，從而難以受到腐蝕的影響。根據該實施例3認為，本發明的磁體排列體5，當使靶31和晶片10接近時，能夠確保成膜速度的均勻性，并且確認能夠實現兼顧膜速度的均勻性和成膜效率。(實施例4)在具有圖2的磁體排列體5的磁控濺射裝置中，將靶31和晶片10的距離設定為20mm,使磁體排列體5旋轉并在所述的處理條件下各自進行成膜處理，并求出了晶片徑向的成膜速度分布。此時，磁體排列體5以從基體51的中心偏心25_的位置為中心在鉛直軸周圍旋轉。圖20中用實線表示該結果，并在同圖中，將不使磁體排列體5旋轉而使其靜止于某個位置從而進行濺射處理時的數據用點劃線、將使其靜止于從該位置旋轉1/4的位置而進行濺射處理時的數據用虛線(點線)，一并表示。根據該結果，能夠確認，在使磁體排列體5靜止時的成膜速度分布中，在晶片10的徑向上，周期性地形成有凹凸，但是，通過使其從基體51的中心偏心旋轉，上述凹凸被抵消，其結果，能夠實現成膜速度分布的均勻化。(實施例5)在具有圖2的磁體排列體5的磁控濺射裝置中，將靶31和晶片10的距離設定為20mm,使磁體排列體5旋轉并在已述的處理條件下進行各自的成膜處理，并求出了晶片徑向的成膜速度分布。磁體排列體5的偏心量設定得與實施例4相同。這時，各自評價將內側磁體組54的最外周的外側磁體和返回用磁體53的相隔距離L3設定為5mm的情況Pl和設定為30mm的情況P2。圖21表示該結果，用實線表示P1，用虛線表示P2。由此，能夠確認，如果改變上述相隔間隔L3，則成膜速度分布就會改變，并能夠理解，通過調整磁體的位置，能夠控制腐蝕位置。這樣，能夠確認，通過使磁體的大小或排列、磁體彼此的間隔最優化，能夠形成所希望的腐蝕，能夠實現成膜速度分布的最優化。(實施例6)在具有圖2的磁體排列體5的磁控濺射裝置中，將直徑為400mm的靶31和300mm晶片10的距離設定為20mm，在圖2所示的裝置中使磁體排列體5旋轉并進行成膜處理，并求出了晶片徑向的成膜速度分布。投入電力密度為投入電力除以靶的面積而獲得的值，在這些為4. 5W/cm2、3. 2ff/cm2以及1. 6ff/cm2的條件下實施。圖30表示該結果。橫軸為真空容器2內的壓力，縱軸為成膜速度。用實線表示投入電力為4. 5ff/cm2的情況，用點線表示3. 2ff/cm2的情況，用虛線表示1. 6ff/cm2的情況，用點劃線表示圖33所示的濺射裝置的情況。施加在靶上的電力越大，成膜速度越良好，在4. 5W/cm2的情況,至13. 3Pa( IOOmTorr)附近,成膜速度與壓力一起增大，當成膜速度達到450mm/min之后，大致保持固定。另外，在3. 2ff/cm2的情況，直到13. 3Pa (IOOmTorr)附近，成膜速度與壓力一起增大，當成膜速度達到300mm/min之后,大致成為固定。另一方面，圖33所示的裝置中的現有技術的濺射(靶-基板間距離=50mm)中，壓力超過一定值時成膜速度下降。對于該結果的不同點的研究，與實施例7 —并討論。(實施例7)通過實施例6中所使用的磁控濺射裝置，改變各種工作壓力，求出在每個壓力下的靶電壓(對靶施加的直流電壓)和在靶中流動的電流密度的關系。作為處理壓力設定有O. 91,3. 59,13. 0,19. 6,23. 3Pa (7、27、98、147、175mTorr)的五種。圖31表示該結果。橫軸為靶電壓，縱軸為在靶中流動的電流密度(參照凡例)。即使對靶31供給的電力相同，在壓力高的條件下，也變為電流密度高、電壓低的狀態。從描繪能夠確認，對于同一靶電壓，在高壓下，電流密度變高，另一方面，在低壓下，電流密度降低。另外，若在高壓力下使靶電力增大，則與低壓力下的情況不同，幾乎不使靶電壓增加，就能夠增加靶電流密度。該電流高的狀態對應于等離子體中的Ar離子增大的情況。若壓力高則電子和氬原子的碰撞頻率變高，強烈地進行電離，因此，氬離子的數目增加，在靶中流動的電流增大。在壓力高的情況下，所濺射的原子和氬離子或濺射原子彼此的碰撞激烈，引起擴散，不僅朝向垂直于靶面的方向的基板方向，而且朝向與靶面水平的方向的周圍的壁，濺射原子也擴散，因此成膜速度降低。該現象在靶和基板間距離大時變得顯著是當然的，在現有的濺射技術中，在6.65Pa (50mTorr)以上的壓力下，成膜速度降低，但是，在本發明的窄縫隙(narrow gap)中,在更高的壓力下,成膜速度也不降低。另外,在實施例6中,在3. 2W/cm2能夠獲得充分的成膜速度，因此，能夠推測，電力密度為3W/cm2以上就能充分達到本發明的目的。即使在此高壓條件下，成膜速度高而且不降低是因為其為窄縫隙，并且，通過本發明的磁體,在靶整個面上進行放電。(實施例8)通過使用實施例6的磁控濺射裝置，將靶投入電力密度設定為4. 5W/cm2、3. 2ff/cm2和1. 6W/cm2三種，并按各設定條件，對工作壓力和形成在晶片10上的W膜的電阻率的關系進行了研究。圖32表示該結果。橫軸為工作壓力，縱軸為W膜的電阻率。用實線表示投入電力為4. 5ff/cm2的情況，用點線表示3. 2ff/cm2的情況，用虛線表示1. 6ff/cm2的情況。從圖表可知，在投入電力密度為4. 5ff/cm2的情況和3. 2ff/cm2的情況中，W膜的電阻率與壓力一起下降至10 μ Ω · cm附近,而在1. 6W/cm2的情況中，僅下降至11 μ Ω · cm左右。被認為，電阻率與壓力一起下降的原因之一在于，當壓力增大時，Ar離子的數目也增大，入射到晶片10側的Ar離子的數目增加的結果，對W膜表面給予能量，從而W粒子的表面擴散被促進。作為其它的理由，能夠推測，與壓力增大一起，上述的反沖Ar原子喪失能量，無法到達晶片10。若與圖32的圖表 一并研究，則真空容器2內的壓力的上限為W膜能夠在低電阻例如10μ Ω · cm附近成膜的壓力即可，在該情況下，例如為約200mTorr。投入電力密度的上限也同樣，若能夠在例如10μ Ω · cm附近形成膜即可，則能夠推測投入電力密度的上限值例如為I Off/cm2 O在此，進一步推想W粒子的表面擴散。在非專利文獻2中提案有用于在濺射中由入射粒子引起膜表面的表面擴散的條件。據此，提出了當入射到膜表面的能量的總和比W的結合能的總和大時，W粒子能夠移動的意思的解釋。即，W 的結合能的總和<(J+/Jm) XVd。··. (5)在此，J+、Jffl以及Vd。各自是入射粒子全部為離子的情況下的離子的數目、相同情況下的W原子的數目以及從高頻電源部41對形成在基板的正上方的鞘層施加的直流電壓。如上所述，若使對基板施加的高頻電力變大，則會對成膜的W膜帶來破壞，因此，與使Vd。變大相比，更優選使J+變大。W膜的濺射閾值為33eV，W的金屬結合能為9eV。所以，由(5)(J+/Jm) X33eV > 9eV... (6)成立。若W膜的成膜速度為300nm/min，則Jm=3 X 1016/cm2sec，因此，離子入射量J+最低也應為J+=8X IO1Vcm2sec。若J+確定，則空間離子密度也確定。該密度比J+相比低IO4的量級，所以空間離子密度的量級最低也為10n/Cm2。另外，若增大壓力，則離子密度增大，所以成膜速度也增大。另外，在靶-基板間距離比30mm寬的通常的濺射裝置的條件下，成為低壓氣體環境，因此空間離子密度的量級為107cm2。因此，在通常的濺射裝置中，需要增大Vd。相當于離子密度減小的量，但是，如上所述，具有過剩能量的Ar離子被引入到W膜，在所成膜的W膜上產生缺陷。W的濺射閾值為33eV，因此，離子的能量應為數十eV左右的量級。在此，在單位靶面積的直流電力投入密度為4. 5ff/cm2的情況下，若直流電壓設為300V，則算出電子漂移部的電流密度為15mA/cm2。靶的面積比這小，因此，靶附近的電力密度比該值大，所以靶附近的離子密度為約IXlO1Vcm3以上。根據非專利文獻3，能夠通過以下的式子算出此時的J+。J+=0. 61e · Iii · uB··· (7)在此，e是一個電子的電荷，Iii是離子密度，uB是玻姆速度。在本實施例中，靶和基板間的距離為20mm的近距離，因此，離子密度在基板附近和靶附近的密度之間沒有大的差異，能夠推定為IO1Vcm3左右的數據。所以，能夠推測，與現有技術的濺射相比，離子密度提高了兩個量級左右。如上所述，為了降低W膜的電阻率，重要的是提高離子密度和將￥(1。抑制得較低。但是，現有的磁控濺射裝置中，保證高速的成膜速度并滿足這樣的條件是困難的。因此，W膜的電阻率提聞。當具體說明時，在現有的磁控濺射裝置中，靶和基板間的距離長，因此，基板上的例子密度為107cm3左右，較低，放電也不均勻只能斷斷續續地產生離子，因此，認為存在只能局部地等離子化的部分。在基板上沒有等離子化的部分，所濺射的W飛來，但是由于不存在離子，因此，飛來的W粒子在基板表面不能良好地成膜。另一方面，在已等離子化的部分存在離子，因此，飛來的W粒子在基板表面良好地成膜。因此，W粒子的狀態良好的部分和低劣的部分層疊，整體上形成條件不好的膜。作為結果，所形成的W膜的電阻率變高。

另一方面，在本發明中，靶和基板間的距離為20mm的窄縫隙，并始終滿足上述的式子(5)W的結合能的總和< (J+/Jm) XVdc,除此之外，由于是整個面放電，因此即使磁體旋轉，粒子也高密度地連續地照射，所以，在整個基板能夠良好地層積W粒子，作為結果，能夠形成電阻率低的膜。另外，成膜速度也維持400nm/min以上的高速性。對于W以外的Ta、T1、Mo、Ru、Hf、Co、Ni的成膜也是同樣的。
權利要求
1.一種磁控濺射裝置，以與載置于真空容器內的被處理基板相對的方式配置靶，并且在該靶的背面側設置有磁體，該磁控濺射裝置的特征在于，包括 電源部，其對所述靶施加電壓； 磁體排列體，其在基體上排列有磁體組；和 旋轉機構，其用于使該磁體排列體在與被處理基板正交的軸的周圍旋轉， 所述磁體排列體，沿構成磁體組的多個N極和S極與靶相對的面，相互隔開間隔地排列，以使得基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體， 所述磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外， 濺射時的所述靶和被處理基板的距離為30mm以下。
2.一種磁控濺射裝置，以與載置于真空容器內的被處理基板相對的方式配置靶，在該靶的背面側設置有磁體，對作為直徑300mm的半導體晶片的被處理基板進行磁控濺射處理，該磁控濺射裝置的特征在于，包括 電源部，其對所述靶施加電壓； 磁體排列體，其在基體上排列有磁體組；和 旋轉機構，其用于使該磁體排列體在與被處理基板正交的軸的周圍旋轉， 所述磁體排列體，沿構成磁體組的多個N極和S極與靶相對的面，相互隔開間隔地排列，以使得基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體， 所述磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外， 當設靶的直徑為R (mm)、靶和被處理基板的距離為TS (mm)時，所述距離(TS)被設定為(TS' /R) XlOO (%) =0. 0006151R2-0. 5235R+113. 4，且 TS 彡1.1TS'。
3.—種磁控濺射裝置，以與載置于真空容器內的被處理基板相對的方式配置靶，在該靶的背面側設置有磁體，對作為直徑450mm的半導體晶片的被處理基板進行磁控濺射處理，該磁控濺射裝置的特征在于，包括 磁體排列體，其在基體上排列有磁體組；和 旋轉機構，其用于使該磁體排列體在與被處理基板正交的軸的周圍旋轉， 所述磁體排列體，沿構成磁體組的多個N極和S極與靶相對的面，相互隔開間隔地排列，以使得基于會切磁場引起的電子的漂移產生等離子體， 所述磁體組中的位于最外周的磁體排列為線狀，以阻止電子擺脫會切磁場的束縛而飛出到會切磁場之外， 當設靶的直徑為R (mm)、靶和被處理基板的距離為TS (mm)時，所述距離(TS)被設定為(TS' /R) XlOO (%)=0.0003827R2-0.4597R+139.5，且 TS 彡1.1TS'。
4.如權利要求廣3中任一項所述的磁控濺射裝置，其特征在于 所述磁體排列體以使得在被處理基板的整個投影區域產生等離子體的方式排列有構成磁體組的多個N極和S極。
5.如權利要求廣3中任一項所述的磁控濺射裝置，其特征在于所述磁體排列體包括主磁體組和輔助磁體組，所述主磁體組的N極和S極配置在所述靶面的法線方向上，所述輔助磁體組的N極和S極配置在與所述靶面水平的方向上，并且設定為在靶側與輔助磁體的一邊相鄰的主磁體的磁極和該輔助磁體的一邊側的磁極為同極。
6.如權利要求廣3中任一項所述的磁控濺射裝置，其特征在于，包括 電極，其設置于所述被處理基板的與靶相反的一側；和 高頻電源部，其對該電極供給高頻電力。
7.如權利要求廣3中任一項所述的磁控濺射裝置，其特征在于 當將所述位于最外周的磁體稱為返回用磁體時，在除返回用的磁體之外的磁體組之中，位于最外周的外側磁體中的至少一個磁體的磁力，比與該外側磁體相比位于內側的磁體的磁力小。
8.如權利要求7所述的磁控濺射裝置，其特征在于 與所述返回用的磁體相比位于內側的磁體，被分割為多個磁體單元而構成，并能夠通過磁體單元的集合數目調整磁體的磁力。
9.如權利要求7所述的磁控濺射裝置，其特征在于 與所述返回用的磁體相比位于內側的磁體組的、與N極對應的磁體的強度的合計和與S極對應的磁體的強度的合計一致。
10.如權利要求7所述的磁控濺射裝置，其特征在于 與所述返回用的磁體相比位于內側的磁體組，通過將磁體排列為矩陣狀而構成。
11.一種磁控派射方法,其特征在于 使用權利要求廣10中任一項所述的磁控濺射裝置， 將處理壓力設定為13.3Pa (IOOmTorr)以上，將對靶的投入電力除以靶的面積而獲得的投入電力密度設定為3W/cm2以上，在被處理基板形成金屬膜。
全文摘要
本發明提供一種磁控濺射裝置，其確保成膜速度的面內均勻性，并且提高成膜效率，提高靶的使用效率。以與載置于真空容器(2)內的晶片(10)相對的方式配置靶(31)，并在該靶(31)的背面側設置磁體排列體(5)。該磁體排列體(5)具有內側磁體組(54)，其矩陣狀地排列有磁體(61、62)；和返回用的磁體(53)，其設置于該內側磁體組(54)的周圍，阻止電子的飛出。由此，在靶(31)的正下方，基于會切磁場引起的電子的漂移產生高密度的等離子體，另外，腐蝕的面內均勻性提高。因此，能夠使靶(31)和晶片(10)接近進行濺射，能夠確保成膜速度的面內均勻性，并且提高成膜效率，提高靶的使用效率。
文檔編號C23C14/35GK103031529SQ20121037611
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月29日 優先權日2011年9月30日
發明者水野茂, 戶島宏至, 五味淳, 宮下哲也, 波多野達夫, 水澤寧 申請人:東京毅力科創株式會社