磁控溅射装置和磁控溅射方法

专利名称：磁控溅射装置和磁控溅射方法
磁控溅射装置和磁控溅射方法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的极性设定为祀13侧为S极，内侧的磁体16的极性设定为祀13侧为N极。这样,在祀13的下表面附近，由基于上述外侧的磁体15的会切磁场(cusp magneticfield :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 IOOmm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I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 cuspmagnetic-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EXB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EXB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。另夕卜，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。这样，在仅点状磁体的排列中，虽然在磁体间产生的水平磁场因磁体排列而二维地变宽，但不能获得充足的等离子体密度，难以确保高的等离子体密度的面内均匀性。另夕卜，腐蚀面内的均匀性依赖于基于点状磁体的排列的周期性的水平磁场的疏密而降低，但是由于根据等离子体密度的疏密而进一步降低，所以其结果是导致靶的使用效率降低。此时，也能够考虑使磁体组的形成区域比靶大从而消除因上述开放端引起的问题，但存在当在靶与屏蔽部件之间具有强的磁场时引起异常放电的问题，因此，不优选使磁体组的形成区域比祀大。另外，在专利文献2中记载有如下技术将具有与各磁体的表面平行的中心轴的多个磁体以相互的中心轴大致平行的方式配置，并以N极和S极在与上述中心轴呈大致直角方向上相对的方式形成有多个磁体。并且，在专利文献3中记载有通过拉近靶与晶片的距离来改善覆盖范围(coverage)的技术。但是，在这些专利文献f专利文献3中，并没有着眼于使靶和基板的距离变窄，确保成膜速度的面内均匀性并提高成膜效率，即使应用这些专利文献f专利文献3的结构，也不能解决本发明的课题。另外，如上所述，关于利用磁控溅射方法成膜W进行了讨论，但W作为即使在细微配线中也不会引起电阻上升的可靠性高的高熔点金属而受到关注。因此，当利用磁控溅射方法时，不仅要求成膜速度高，而且还要求所成膜的膜是低电阻的。W的体积(bulk)电阻率在室温下为约5. 3 μ Ω 但是在近年来的多层配线电路中，被要求例如300nm/min以上的高速成膜和10 μ Ω · cm以下的电阻率。但是，在现有技术中，如上所述，除了成膜效率和靶的使用效率低之类的问题之外，还存在使W的膜为低电阻和获得大的成膜速度是交替(trade off)的关系的问题。在增大成膜速度的情况下，通常增大从直流电源部19施加的电压，但其结果是溅射膜的电阻率增大。作为例子，成膜速度为约50nm/min时获得的膜的电阻率为约10 μ Ω · cm，但是，在成膜速度为约300nm/min的高速成膜中，电阻率为约11μ Ω · cm^20 μ Ω · cm或其以上，是体积值的约2 3倍的值。配线电阻增大的原因是膜晶粒的晶粒间界中的电子散射、膜中的晶格缺陷引起的电子散射、杂质(溅射时含有Ar)引起的电子散射以及表面、界面中的电子散射。于是，为了使溅射膜低电阻化，重要的是使膜晶粒的大小和晶体取向一致以及使膜中的缺陷和杂质减少。为了有效地进行这些，需要使溅射成膜中的W粒子的表面扩散激烈，以使得粒子的重新排列容易进行。根据非专利文献1，为了在溅射成膜中进行粒子的重新配置，首先，重要的是提高基板温度，但是，由于W膜是高熔点金属，因此引起表面扩散需要850°C以上的高温。将这种方法应用于通常的溅射技术是困难的。另外，也能够在形成膜后利用退火使其重结晶化、低电阻化,但这更加需要1000°C的高温，与半导·体制造工序不相容。另外，为了同样地引起表面扩散，优选能够利用被溅射而获得的原子的能量的低压条件。即，这是因为，通常靶电压为200V100V，在此电压下被加速的溅射气体原子、例如氩(Ar)原子的能量为lOeVlOeV，如果由于低压，没有空间中的碰撞，则溅射原子以此能量到达基板上的膜表面，对膜表面中的能量扩散产生帮助。如果靶-基板间距离=30mnTl00mm，则优选< IOmTorr。但是，W和Ar的组合，在低压条件下，Ar离子与作为靶的W发生弹性碰撞，变为反冲的中性的Ar原子，并且突入(轰击)形成在基板上的W膜而造成损伤。由于该Ar原子向W膜的突入是弹性碰撞，因此靶原料元素的原子量越大，反冲Ar的能量越大。在靶为W的情况下，反冲Ar的能量为IOOe疒200eV。W的被溅射的阈值电压为33eV左右，可以明确，如果与该值相比，则反冲Ar的能量大，这成为在膜中大量产生缺陷的原因。另外，膜中的Ar量也增大，与缺陷一起成为电阻增大的原因。在此状况下，当为了增大成膜速度而增大从直流电源部施加的电压时，靶电压也变大，从而在靶面反冲的Ar原子的能量也增大，因此，膜的缺陷进一步恶化，导致膜电阻率增大。对于该反冲Ar的问题，专在利文献4中公开有使用低压Kr气的方法。Kr由于质量、体积都比Ar大，因此反冲时的能量比较小，从而认为其难以进入W膜。但是Kr气由于需要Ar气的100倍以上的成本，因此难以在半导体制造工序中使用。另一方面，相反地，如果增大压力，则丢失因在空间中的碰撞而反冲的Ar原子能量，因此，由反冲Ar引起的缺陷变得难以产生，但是，溅射原子的能量也减少，到达基板上的膜表面的原子对扩散没有帮助。其结果，形成缺陷多、取向不一致的膜。并且，由于压力的增大，放电电流增大，但发生溅射原子由于碰撞散射而向腔室壁扩散的现象。由于此现象，在靶基板间距离大的现有技术中，基板上的成膜速度一般下降，因此，在成膜效率这一点上也不优选。另一方面，也有如下方法通过对基板供给高频电力并将Ar离子以一定的能量引入到基板，从而对膜表面给予动能诱发W粒子的表面扩散。但是，在现有的磁控溅射装置中，由于靶和基板的距离长并且通过在低压环境下引起放电，基板附近的等离子体的密度低，因此需要使Ar离子高能量化。因此，必须对基板施加高电位的高频电力，但是，其结果，因在基板产生需要以上的负电位，所以具有过剩能量的Ar离子会被引入到基板上，并如上述方式Ar离子突入到成膜而获得的W膜，从而膜上产生缺陷。为了降低所施加的高频电力也能够考虑增大压力，但是，如上述方式，成膜效率变得降低。如上所述，在现有的靶13和基板的距离为50mnTl00mm的磁控溅射装置中，在成膜W这种的高熔点金属的情况下，现状是难以同时满足高速成膜、成膜效率、靶使用效率、低电阻和良好的膜质的条件。该问题，在其它的高熔点金属(钽(T a )、钛(T i )、钥(Mo )、钌(Ru )、铪(Hf )、钴(Co)、镍(Ni )等)的溅射成膜中也相同。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2004-162138号公报专利文献2 日本特开2000-309867号公报专利文献3 :日本特开平9-118979号公报专利文献4 US2004/0214417 号公报非专利文献非专利文献I J. A. Thornton ；Ann. Rev. Mater. Sc1. , 7 (1977) p. 239.非专利文献2 :J. J. Cuomo ;Handbook of Ion Beam Technol. , (1989) p. 194.非专利文献3 :Μ· A. Liberman !Principles of Plasma Discharges andMaterials Processing, (1994)pp.469-470.

发明内容
发明想要解决的问题本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种能够确保成膜速度的面内均匀性并能够提高成膜效率，并且能提高靶的使用效率的技术。本发明的另一目的在于提供一种在大的成膜速度下能够成膜低电阻的膜的技术。用于解决课题的方案本发明是一种磁控溅射装置，以与载置于真空容器内的被处理基板相对的方式配置靶，并且在该靶的背面侧设置有磁体，该磁控溅射装置的特征在于，包括电源部，其对上述靶施加电压；磁体排列体，其在基体上排列有磁体组；和 旋转机构，其用于使该磁体排列体在与被处理基板正交的轴的周围旋转，上述磁体排列体，沿构成磁体组的多个N极和S极与靶相对的面，相互隔开间隔地排列，以使得基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体，上述磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外， 溅射时的上述靶和被处理基板的距离为30mm以下。在此，排列为线状是指，磁体以直线状或曲线状的带状形成的结构、将多个磁体以直线状或曲线状的带状排列的结构之外，在起到阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外的作用的情况下，也包括将多个磁体相互隔开微小的间隔，直线状或曲线状的带状地排列的结构。另外，本发明是一种磁控溅射装置，以与载置于真空容器内的被处理基板相对的方式配置靶，在该靶的背面侧设置有磁体，对作为直径300mm的半导体晶片的被处理基板进行磁控溅射处理，该磁控溅射装置的特征在于，包括电源部，其对上述靶施加电压；磁体排列体，其在基体上排列有磁体组；和旋转机构，其用于使该磁体排列体在与被处理基板正交的轴的周围旋转，上述磁体排列体，沿构成磁体组的多个N极和S极与靶相对的面，相互隔开间隔地排列，以使得基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体，上述磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外，当设靶的直径为R (mm)、靶和被处理基板的距离为TS (mm)时，上述距离(TS)被设定为(TS' /R) XlOO (%)=0.0006151R2-0.5235R+113.4，且 TS 彡1.1TS'。进而，本发明是一种磁控溅射装置，以与载置于真空容器内的被处理基板相对的方式配置靶，在该靶的背面侧设置有磁体，对作为直径450mm的半导体晶片的被处理基板进行磁控溅射处理，该磁控溅射装置的特征在于，包括磁体排列体，其在基体上排列有磁体组；和旋转机构，其用于使该磁体排列体在与被处理基板正交的轴的周围旋转，上述磁体排列体，沿构成磁体组的多个N极和S极与靶相对的面，相互隔开间隔地排列，以使得基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体，

上述磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外，当设靶的直径为R (mm)、靶和被处理基板的距离为TS (mm)时，上述距离(TS)被设定为(TS' /R) XlOO (%)=0.0003827R2-0.4597R+139.5，且 TS 彡1.1TS'。本发明的磁控溅射方法，其特征在于，使用本发明的磁控溅射装置，将处理压力设定为13.3Pa (IOOmTorr)以上，将对靶的投入电力除以靶的面积而获得的投入电力密度设定为3W/cm2以上，在被处理基板形成金属膜。发明效果根据本发明，多个N极磁体和S极磁体以沿着与靶相对的面相互隔开间隔地排列的方式构成磁体组，该磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状。由此，基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体，并阻止电子的飞出，因此，均匀地形成有高密度的等离子体。另外，多个N极磁体和S极磁体沿着与靶相对的面相互隔开间隔地排列，因此，基于这些磁体的水平磁场形成在靶上的腐蚀的面内均匀性提高。因此，能够使被处理基板接近靶进行溅射，能够确保成膜速度的面内均匀性，并提高成膜效率。另外，等离子体密度的均匀性高，因此，在靶的面内保持均匀性进行腐蚀，因此，与局部进行腐蚀的情况相比，靶的寿命变长，靶的使用效率提高。根据另一发明，使用本发明的装置，通过在lOOmTorr以上的高的工作压力下，在高的电力密度状态下进行溅射的方法，在产生的等离子体中，离子密度变高且为稳定的状态，因此在基板上等离子体为均匀的密度。因此，能够对基板进行高速且均匀的溅射，所以，能够保证高速的成膜速度，并能够在基板上进行低电阻的成膜。


图1是表示本发明的磁控溅射装置的一个实施方式的纵截面图。图2是表示设置于上述磁控溅射装置的磁体排列体的一个例子的平面图。图3是表示磁体排列体的侧视图。图4是表示设置于磁体排列体的磁体的一个例子的立体图。图5是表示设置于磁体排列体的磁体的一个例子的立体图。图6是表示磁体排列体的平面图。图7是表示磁体排列体的其它的例子的平面图。图8是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图9是表示靶和基板的距离与成膜效率以及成膜速度的面内均匀性的关系的特性图。图10是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图11是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图12是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图13是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图14是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图15是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图16是表示实施例1的结果的特性图。图17是表示实施例2的结果的特性图。图18是表示实施例2的结果的特性图。图19是表示实施例3的结果的特性图。图20是表示实施例4的结果的特性图。图21是表示实施例5的结果的特性图。图22是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图23是图22的磁体排列体的放大平面图。图24是表示磁体排列体的侧视图。图25是表示磁体排列体的侧视图。图26是表示磁体排列体的另一例子的平面图。图27是表示膜厚分布的模拟(simulation)的结果的图表。图28是表示膜厚分布的模拟的结果的图表。图29是表示成膜速度的模拟的结果的图表。图30是表示实施例6的结果的特性图。图31是表示实施例7的结果的特性图。图32是表示实施例8的结果的特性图。图33是表示现有的磁控溅射装置的纵截面图。图34是表示用于现有的磁控溅射装置的磁体的平面图。图35是说明现有的磁控溅射装置的作用的纵截面图。附图标记说明S半导体晶片
2真空容器24真空泵3靶电极31 靶4载置部41高频电源部5磁体排列体52磁体组53 返回(return)用磁体54内侧磁体组
具体实施例方式参照

本发明的一个实施方式的磁控溅射装置。图1是表示上述磁控溅射装置的一个例子的纵截面图，图中 2是例如由铝(Al)构成、接地的真空容器2。该真空容器2的顶部开口，以封闭该开口部21的方式设置有靶电极3。该靶电极3通过将由成膜材料例如钨(W)构成的靶31接合到例如由铜(Cu)或铝(Al)构成的导电性的基体板32的下表面而构成。上述靶31例如构成为平面形状为圆形形状，其直径以比成为被处理基板的半导体晶片(以下称为“晶片”)10大的方式例如设定为400 450mm。上述基体板32设置为其形成得比靶31大，基体板32的下表面的周边区域载置于真空容器2的开口部21的周围。此时，在基体板32的周边部和真空容器2之间设置有环状的绝缘部件22，这样，靶电极3以与真空容器2电绝缘的状态固定于真空容器2。另外，由电源部33对靶电极3施加负的直流电压。在真空容器2内，以与上述靶电极3平行相对的方式设置有水平地载置晶片10的载置部4。该载置部4构成为例如由铝构成的电极(相对电极)，并且与供给高频电力的高频电源部41连接。该载置部4构成为通过升降机构42在相对于真空腔室2搬入或搬出晶片10的搬送位置和溅射时的处理位置之间自由升降。在上述处理位置，例如载置部4上的晶片10的上表面和靶31的下表面的距离TS例如被设定为IOmm以上30mm以下。另外，在该载置部4的内部内置有构成加热机构的加热器43，其能够将晶片10加热到例如400°C。并且，在该载置部4设置有用于在该载置部4和未图示的外部的搬送臂之间交接晶片10的未图示的突出销。在真空容器2的内部，以沿圆周方向包围靶电极3的下方侧的方式设置有环状的腔室屏蔽部件44，并且以沿着圆周方向包围载置部4的侧方的方式设置有环状的保持屏蔽(hold shield)部件45。这些是为了抑制溅射粒子附着到真空容器2的内壁而设置的，例如由铝或以铝为母材的合金等的导体构成。腔室屏蔽部件44例如与真空容器2的顶部的内壁连接，并经由真空容器2接地。另外，以载置部4经由保持屏蔽部件45接地的方式，保持屏蔽部件45接地。并且，真空容器2经由排气通路23与作为真空排气机构的真空泵24连接，并且经由供给路25与不活泼性气体例如氩气(Ar)气体的供给源26连接。图中27是通过闸阀28构成为自由开闭的晶片10的搬送口。
在靶电极3的上部侧，以与该靶电极3接近的方式设置有磁体排列体5。该磁体排列体5，如图2和图3 (图2的k-k'线侧视图)所示，通过将磁体组52排列在由磁导性高的材料例如铁(Fe)的基体51上而构成。上述基体51与靶31相对设置，如图2所示，其平面形状形成为圆形形状，其直径设定为例如比靶31大，例如设定为比靶经大60mm左右的值。图2是从靶31侧观看磁体组52时的平面图。上述磁体排列体5，以基于静止时因会切磁场引起的电子的漂移而在晶片10的整个投影区域产生等离子体的方式构成磁体组的N极和S极、沿与靶31相对的面如后所述的方式相互隔开间隔地排列，并在磁体组52的最外周设置有返回用的磁体53。该返回用磁体53，如后面所述的方式排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到磁场之外。当在磁体组52中，设与返回用磁体53相比更靠内侧的磁体组54为“内侧磁体组54”，在内侧磁体组54中，当将位于最外周的磁体称为“外侧磁体”时，以矩阵状排列多个磁体6 (61、62)构成上述内侧磁体组54。磁体6 (61、62)构成为，如图2所示，在靶31的左右方向(图1和图2中X方向)和纵深方向(图1和图2中Y方向)上纵横地排列为η列Xm行例如3列Χ3行的矩阵状，并排列为相邻的磁体6 (61、62)具有相互不同的极性。在此例中，中央的磁体61a为N极，在其左右方向的两侧和纵深方向的两侧各个S极的磁体62a飞2d相互隔开间隔地并列设置。在此，本发明中所指的极性是指朝向靶31侧的极性即从靶31侧观看时的极性。所以，上述磁体61a的N极朝向靶31侧，S极朝向基体51侧。这些磁体61、62被分割为多个磁体单元而构成。如图4所示，磁体单元63例如构成为圆柱状，在上述磁体61a中，将磁体单元63在上述左右方向上排列两个、在纵深方向排列两个，并将这些层叠为两层构成为合计八个的磁体单元63的集合体。作为这种磁体单元63，能够使用例如直径为2(T30mm、厚度为l(Tl5mm、一个磁体单元63的表面磁通密度为2至3kG左右的磁体单元。这些磁体单元63收纳于例如平面形状为大致正方形形状的壳(case)体64,并固定于基体51的下表面。这些磁体61、62，例如壳体64的相互相邻的边在上述左右方向和纵深方向上各自平行地设置，另外，以相对于相邻的壳体64相互离开相等距离的方式排列。即，当以中央的磁体61a为例进行说明时，设置为，在左右方向上相邻的磁体62a、62c的相隔距离LI与在纵深方向上相邻的磁体62b、62d的相隔距离L2互相相等。这样，以当从内侧磁体组54的排列的中心观看时，磁体62a飞2d的中心彼此各自位于同一半径上，并且，磁体61lT61e的中心彼此各自位于同一半径上的方式,磁体61、62矩阵状地排列。在此例中，内侧磁体组54的排列的中心相当于基体51的中心O。另外，内侧磁体组54构成为，N极的磁体单元63的个数和S极的磁体单元63的个数为相同数目，并且从排列的中心O观看时，在其中心位于同一半径上的磁体62a飞2d彼此(磁体61lT61e彼此)中，磁体单元63的数目为相同数目。并且，内侧磁体组54设定为，从排列的中心O观看时，磁力随着朝向外侧的磁体(在磁体单元63的个数的调整下)变小。上述磁体61、62被分割为多个磁体单元63而构成，因此，通过磁体单元63的集合数目来调整磁体61、62的磁力。在此，在图2中的画在磁体单元63的数字表示磁体组的高度方向(图4中的Z方向)的磁体单元63的层叠数，例如在图5中，当以外侧磁体61b为例表示时，该磁体61b是组合四个磁体单元63而构成的。这样，该例的内侧磁体组54具有24个N极的磁体单元63和24个S极的磁体单元63，并且各自设定为，从排列的中心O观看时，位于其中心的磁体61a的磁体单元63为八个，位于同一半径上的磁体62a 62d的磁体单兀63为六个,位于最外侧的同一半径上的磁体61lT61e的磁体单元63为四个。这样，在内侧磁体组54中，位于最外周的外侧磁体的磁力设定为比与该外侧磁体相比位于内侧的磁体小。对于上述返回用磁体53a 53d，当以返回用磁体53d为例进行说明时，形成为在外侧磁体的中央的磁体62d的周围漂移的电子，当平面地观看磁体组52时，不从磁体组52的间隙飞出到磁体组52之外，而是返回内侧。因此，返回用磁体53d排列为线状，在该例中，当平面地观看时，形成为直线状(延伸为直线状的带状)。另外，其长度比磁体62d的长度大，其长度方向的两端部，以延伸至与该磁体62d的两侧相邻的外侧磁体61c、61d侧的方式形成。并且,设定为与位于外侧磁体的中央的磁体62d不同的极性。并且，各自设置于内侧磁体组54的上述左右方向的两侧的返回用磁体53a、53c设置为其长度方向与上述纵深方向平行，各自设置于内侧磁体组54的上述纵深方向的两侧的返回用磁体53b、53d设置为其长度方向与上述左右方向平行。这些四个返回用磁体53a 53d设置为，与作为内侧磁体组54的最外周的外侧磁体61、62的相隔距离L3互相相
坐寸ο
在本发明中，磁体组52构成为晶片10的周缘位置比漂移的电子群的运动区域靠内侧。并且，以各返回用磁体53的磁通量和与其对应的内侧磁体组54的外侧磁体61、62的磁通量的相抵(平衡)的方式,对返回用磁体53和内侧磁体组54各自的表面磁通密度(磁感应强度)进行调整。另外，为了获得稳定的放电，水平磁场(磁通密度)的强度优选例如设定为10(T300G。该磁通密度根据磁体61、62的大小、磁体61、62的表面磁通密度、磁体61、62的排列数目、磁体61、62之间的距离、磁体单元63的个数、磁体单元63之间的距离、外侧磁体的大小、外侧磁体和内侧磁体组54的距离、后述的旋转偏心量等适当设计。并且，如后所述，在返回用的磁体53和内侧磁体组54各自发生电离，在返回用的磁体53和内侧磁体组54中电离的强度不同，但是，通过调整返回用的磁体53的大小、表面磁通密度与内侧磁体组54的相隔间隔L3，能够控制电离的强度。另外，当在距晶片10的外缘50mm的外部的区域存在内侧磁体组54和返回用的磁体53的相隔部分时，成膜速度分布的均匀性为良好的情况比模拟明显，从而优选这种构成。另外，当设定为靶31的外缘位置位于内侧磁体组54和返回用的磁体53的相隔部分时，返回用磁体53引起的水平磁场覆盖靶31外周，从而能够在靶31整个面进行腐蚀。当磁体的形成区域比靶31大时，有可能会发生异常放电，但是，通过使返回用磁体53的磁通量和构成内侧磁体组54的磁体61、62的磁通量的相抵，能够把握防止异常放电。这样，通过调整磁体单元的大小、排列间隔等的各种条件，磁体排列体5被设计为在靶31的正下方形成均匀的磁场。此时，图2中所示的例子表示磁体组52、晶片10和基体51的相对大小，这样，晶片10的外缘与磁体组52的形成区域相比位于内侧。但是，图2所示的例子中的磁体组52是构成例的一个，相应于晶片10的大小，适当增减磁体61、62、返回用的磁体53的设置数目。
在此，当表示一个设计例时,返回用磁体53的纵截面的大小例如为10mmX20mm、长度例如为120_、表面磁通密度为2至3kG，但是，通过调整起大小或层叠数，能够实现磁力对内侧磁体组54的外侧磁体的最优化。另外,在内侧磁体组54中，磁体61、62彼此的左右方向上的相隔距离LI和纵深方向上的相隔距离L2例如均设定为5 10mm，内侧磁体组54的最外周的磁体61、62和返回用磁体53的相隔距离L3例如设定为5 30mm。另外，构成磁体组54的磁体61、62、53设定为相同的厚度，因此，这些磁体61、62、63的下表面的高度位置一致。并且，这些磁体61、62、63的下表面和靶31的上表面的距离例如设定为15 40mm。此时,通过将与磁体单元63相同形状的铁制的假(dummy)体插入到基体51侧，能够使磁体的下表面彼此的高度一致。由于铁的磁导率高，因此朝向基体51的磁通量不会扩散，所以朝向靶电极3侧的磁通量与没有假体时相同。这种情况的优点在于能够保持整体的平衡并能够调整朝向靶电极3侧的磁通量。上述磁体排列体5的基体51的上表面经由旋转轴55与旋转机构56连接，通过该旋转机构56，磁体排列体5构成为在与晶片10正交的轴的周围自由旋转。此例中，如图3所示，旋转轴55设置于例如从基体板51的中心O偏心2(T30mm的位置。在该磁体排列体5的周围设置有构成冷却机构的冷却套(jacket)57，该冷却罩在形成该磁体排列体5的旋转区域的状态下，覆盖磁体排列体5的上表面和侧面。在该冷却套57的内部形成有冷却介质的流路58，通过从供给部59对该流路58内循环供给被调整到规定温度的冷却介质例如冷却水，冷却磁体排列体5并经由该磁体排列体5冷却靶电极3。具有以上已说明的构成的磁控溅射装置具有控制部100，该控制部100控制来自电源部33或高频电源部41的电力供给动作、Ar气体的供给动作、基于升降机构42的载置部4的升降动作、基于旋转机构56的磁体排列体5的旋转动作、基于真空泵24的真空容器2的排气动作、基于加热器43的加热动作等。该控制部100例如包括具有未图示的CPU和存储部的计 算机，在该存储部存储有程序，该程序中编写有关于为了通过该磁控溅射装置进行对晶片10的成膜所需的控制的步骤(命令)组。该程序例如存储于硬盘、光盘(compactdisk)、磁光盘(magneto optical disk)、存储卡(memory card)等存储介质，并由此安装到计算机。接着，说明上述的磁控溅射装置的作用。首先，打开真空容器2的搬送口 27，将载置部4配置于交接位置，由未图示的外部的搬送机构和推顶销的协作工作，将晶片10移交至载置部4。接着，关闭搬送口 27，使载置部4上升至处理位置。另外，将Ar气体导入到真空容器2内，并且利用真空泵24进行真空排气，使真空容器2内保持在规定的真空度例如1. 46 13. 3Pa (11 lOOmTorr)。另一方面,利用旋转机构56使磁体排列体5旋转,并从电源部33对靶电极3施加例如100W 3kW的负的直流电压，并且从高频电源部43对载置部4施加10W IkW左右的数百kHz 百MHz左右的高频电压。另外，在冷却套57的流路58中经常流通冷却水。当对靶电极3施加直流电压时，由于该电场，Ar气体电离而产生电子。另一方面，由磁体排列体5的磁体组52，如图3所示，在内侧磁体组54的磁体61、62彼此之间以及内侧磁体组54的外侧磁体和返回用磁体53彼此之间形成会切磁场50,该会切磁场50连续且在靶31的表面(被溅射的面)附近形成有水平磁场。这样，通过基于靶31附近的电场E和上述水平磁场B的EXB，上述电子被加速，发生漂移。并且，通过加速具有充分的能量的电子进一步与Ar气体碰撞，引起电离，形成等离子体，等离子体中的Ar离子对靶31进行溅射(轰击)。另外，通过该溅射产生的二次电子会被上述水平磁场捕捉，再次帮助电离，这样，电子密度会变高，等离子体被高密度化。在此，图6示意性地表示上述电子的漂移的方向。例如当着眼于内侧磁体组54的中央的N极的磁体61a时，电子以顺时针方向围绕该磁体61a旋转的方式漂移，在S极的磁体62a、62b、62c、62d中，电子以逆时针方向旋转的方式漂移。根据该磁体组52的布置(layout)，设定为与漂移的电子群的运动区域相比晶片10的边缘位置成为内侧。由此，当磁体排列体5静止时，基于会切磁场引起的电子的漂移，在晶片10的整个投影区域产生等离子体。在此，当以返回用磁体53d为例进行说明时，该返回用磁体53d如上所述形成为在左右方向上直线状延伸的带状，并与作为内侧磁体组54的最外周的外侧磁体62d隔着相隔间隔L3设置。另外,其长度方向上的两端侧伸出至与磁体62d相邻的磁体61c、61d —侧。所以，当从在磁体62d和磁体61c之间漂移的电子观看时，磁体53d以阻挡行进方向的前方一侧的方式存在。并且，由于来自该磁体53d的会切磁场的磁通量和来自源自磁体62d的会切磁场的磁通量结合，因此在磁体62d和磁体61c之间漂移的电子会原样地沿会切磁场移动，并向左方向转弯。接着，当到达磁体62d和磁体61d之间时，被这些磁体之间的会切磁场束缚而向左方向转弯，这样，再次返回到内侧磁体组54的区域。这样，通过设置返回用磁体53，通过会切磁场的束缚来阻止电子飞出到会切磁场之外，因此，电子损失被抑制，电子密度被高密度化。另一方面,在没有返回用磁体53的情况下，在内侧磁体组54的外周部,如上所述，存在EXB的矢量方向朝向靶31的外侧的开放端。因此，在磁体62d和磁体61c之间漂移的电子，由于在漂移方向的前方侧不存在会切磁场，于是，电子从会切磁场的束缚解放，飞出到磁体组52的外方。这样，电子从内侧磁体组54的最外周的磁体飞出，因此，电子损失变大，不能提高电子密度，而且外周部的电子密度降低，因此，电子密度的面内均匀性也降低。图6 图8是从靶31侧观看磁体排列体5的平面图。这样，返回用磁体53起到不使电子从磁体组52的间隙飞出到磁体组52之外而返回到内侧的作用，因此，以发挥该作用的方式排列为线状。当以与外侧磁体62d对应设置的返回用磁体53d为例进行说明时，则本发明人们能够把握返回用的磁体53d具有与外侧磁体62d不同的极性，并且当与该外侧磁体62d相对地以直线状或曲线状并且以使其两端部延伸至该外侧磁体62d的两个相邻的外侧磁体61c、61d侧的方式排列，能够获得上述作用。所以，也可以如图7所示使用平面形状为大致圆弧状的返回用磁体531，也可以如图8所示例如线状地排列多个点状磁体60而构成的返回用磁体532。在该情况下，除了使点状磁体60相互接触排列的情况之外，在起到防止电子的飞出并使电子返回到内侧的作用的情况下，也可以将点状磁体60相互稍微隔开间隔地排列。例如，在使用点状磁体的情况下，也可以使用一个点状磁体的直径为15 25mm、高度为l(Tl5mm、表面磁通密度为2 3kG的磁体。此时，能够通过其长度方向的排列数目或层叠数目来调整磁力，为了调整磁力，也可以排列磁力的强度不同的磁体。这样，电子以不仅围绕一个磁体61、62而围绕全部的磁体61、62旋转的方式边飞行边并被加速,从而反复进行与Ar气体的碰撞 和电离。此时，在返回用磁体53和内侧磁体组54之间也发生电离，由此产生的二次电子同样通过漂移进入到内侧磁体组54的区域，帮助形成有磁体组52的整个区域的电离。该结果，在靶31的正下方附近，能够以高的面内均匀性生成高密度的等离子体。另外，内侧磁体组54的最外周的磁通量的发散被抑制，能够确保磁通量的平衡，因此，从这点来说，等离子体密度的面内均匀性变高。这样，通过反复进行Ar气体的电离来生成Ar离子，利用该Ar离子使靶31发生溅射。由此，从靶31表面被轰击出的钨粒子飞散到真空容器2内，该粒子附着在载置部4上的晶片10表面，从而在晶片10上形成有钨的薄膜。另外，从晶片W离开的粒子附着在腔室屏蔽部件44或保持屏蔽部件45。此时，载置部4被供给有高频电力，因此，引诱Ar离子入射到晶片10，并通过与基于加热器43的加热的协同作用，形成有致密且电阻低的薄膜。如上所述，靶31的腐蚀形成在相互不同极的磁体彼此之间的中间部(中心及其附近)，但是，在上述的磁体排列体5中，由于矩阵状地排列磁体61、62，所以腐蚀发生的位置多，在靶31的整个面周期性地形成有腐蚀。另外，如上所述，在晶片10的整个投影区域，能够使等离子体密度更加均匀，因此，腐蚀的进行的程度变得一致，从这一点来说，面内均匀性也变高。此时，为了进一步提高腐蚀的均匀性，利用旋转机构56使磁体排列体5在铅直轴周围旋转。这是因为，当从微观上观看等离子密度时，基于水平磁场形成有高低(凹凸)，但通过使磁体排列体5旋转，该等离子体密度的高低变得均匀。并且，在本实施方式中，使磁体排列体5以从基体51的中心偏心的位置为中心旋转，因此，从后述的可以明确，成膜速度分布的均匀性进一步提高。S卩，在磁体排列体5中，水平磁通密度以在靶31的面内均匀地分配的方式形成，在磁体61、62彼此之间的中间 部发生腐蚀，但在磁体61、62的正下方的会切部分不存在水平磁场，不引起电离，因此难以发生溅射。因此，磁体61、62的正下方的成膜速度比其它的部分的成膜速度小，当在直径方向上观看时，成膜速度分布呈周期性地存在小的凹凸的形状。所以，当使磁体排列体5偏心旋转时，该凹凸被抵消，从而能够获得更加均匀的成膜速度分布。此时，当以产生腐蚀的部分在圆周方向交替地产生，腐蚀在时间上被平均化，腐蚀的旋转对象变多的方式形成磁体排列体5时，即使旋转数少也能够实现成膜速度的均匀化，所以，当以高速在短时间进行成膜时有利。另外，这样，腐蚀的面内均匀性高，所以，在本发明中，在使晶片10与靶31的距离接近至30mm以下的状态下，进行溅射处理。即，这是因为，腐蚀的形状反映于成膜速度分布，因此，在腐蚀的均匀性高的情况下，即便使晶片10靠近靶31，也能获得高的成膜速度分布的均匀性。此时，若使晶片10离开靶31，则从后述的实施例可以明确，晶片10的外周部中的成膜速度会降低。这是因为，在靶31的外周部溅射出的粒子向晶片10的外方飞散，成膜效率降低。这样，在本发明中，为了确保成膜速度的面内均匀性，需要使晶片10与靶31的距离接近至30mm以下进行溅射处理。但是，如果使靶31与晶片10过于靠近，则等离子体的生成空间变得过小，难以发生放电，因此，优选靶31与晶片10的距离设定为IOmm以上。并且，由于晶片10配置于靶31的正下方，所以，从靶31溅射出的粒子会迅速地附着到晶片10。因此，对晶片10的薄膜的形成有帮助的溅射粒子变多，成膜效率提高。在此，图9表示靶31和晶片10的距离与成膜效率和成膜速度的面内均匀性的各个关系。横轴表示靶31和晶片10的距离，左纵轴表示成膜效率，右纵轴表示成膜速度的面内分布。以实线Al表示本发明的结构的成膜效率的数据，以双点划线A2表示现有的结构(图23所示的结构)的成膜效率的数据，以点划线BI表示本发明的结构的成膜速度的面内均匀性的数据，以虚线B2表示现有的结构的成膜速度的面内均匀性的数据。当着眼于面内分布时，在本发明中，靶31和晶片10的距离越小均匀性越高，随着上述距离变大而逐渐降低。另外，当着眼于成膜效率时，靶31和晶片10的距离越小成膜效率越高，随着上述距离增大而逐渐降低。这样，在本发明的结构中，靶31和晶片10的距离越小，成膜速度的面内均匀性、成膜效率均边得良好，从而能够实现成膜速度的面内均匀性和成膜效率的并存。与此相对，在现有的结构中，在靶31和晶片10的距离小的情况下，成膜速度的面内均匀性非常低，随着上述距离增加而变高，若当超过某个距离时再次降低。因此，当想要确保高的面内均匀性时，必须增大靶31和晶片10的距离，但是，当增大上述距离时，与本发明的结构相比，成膜效率变得相当低。根据上述的实施方式，由于形成没有开放端的闭合的网眼状的水平磁场，所以，如上所述，在靶31的正下方，能够在晶片10的整个投影区域形成均匀的等离子体，并且腐蚀的面内均匀性高。因此，能够使晶片10和靶31的距离接近至30mm以下进行溅射处理。其结果，离开晶片10而附着到腔室屏蔽部件44或保持屏蔽部件45的溅射粒子变少，所以能够提高成膜效率，能够获得快的成膜速度。另外，从微观上看，在靶31的腐蚀中存在凹凸，但不存在一部分的凹部比其它的部分深那样的情况，而是在整个面内一样地进行腐蚀。因此，靶31的寿命变长，能够提高靶31的使用效率。并且，根据 上述的实施方式，使用集合磁体单元63的磁体61、62，能够较长地获得连续的水平磁场，因此，电子被加速而漂移的距离长。因此，电离的机会变多，所以等离子体密度变高。其结果，在靶31中快速地进行腐蚀，从而放出很多溅射粒子，所以成膜速度会增大。进而，使磁体单元63集合而构成磁体61、62，因此能够容易调整一个磁体61、62的磁力。另外，能够调整磁体61、62内的磁体单元63的数目，因此能够使N极的磁体单元63和S极的磁体单元63的数目为相同数目，并能够取得N极和S极的磁通量的平衡。由此，水平磁场的偏差被抑制，能够抑制腐蚀的形成和成模速度的面内偏差的发生。进而，当从内侧磁体组54的排列的中心O观看时，在其中心O在同一半径上的磁体62a飞2d彼此(磁体61tT61e彼此)中，磁体单元63的数目设定为相同数目，当从上述中心O观看时，设定为磁体单元63的个数随着朝向外侧的磁体而变少，所以从后述的实施例可以明确，能够进一步提高成膜速度的面内均匀性。S卩，在配置于内侧磁体组54的最外周的四个角部的N极的磁体61b、61c、61d、61e中，对于四个边中的两个边，与这些边相邻地,存在作为磁通量的收敛端的S极的磁体62，但是，对于剩下的两个边，则处于没有对应的S极的磁体62的状态。因此，与相邻的磁体62之间的磁通量变多，此部分的水平磁场变强。从而，如上述的实施方式，如果减少构成这些磁体61b、61c、61d、61e的磁体单元63的个数，减小磁力，则能够取得水平磁场的平衡。在此,这些磁体61b、61c、61d、61e的磁力也可以通过不改变磁体单元63的个数而使用表面磁通密度小的磁体单元63来变小。这样，根据本发明的结构，与图33所示的现有的磁控溅射装置相比，成膜效率能够提高400%(四倍)左右，所以在靶31和晶片10的距离为20mm的情况下，即使施加电力为4kffh左右，也能够确保300nm/min左右的成膜速度，能够抑制消费电力(耗电量)，实现低成本化。另外，靶31的使用效率也提高80%左右，所以从这一点来看，也能够实现低成本化。在上述的实施方式中，磁体61、62的平面形状，并不限定于正方形形状的情况，也可以是长方形形状，也可以是圆形形状。另外，收纳于一个磁体61、62中的磁体单元63的最大数目不限于八个。并且，收纳于磁体61、62中的磁体单元63的数目不限于上述的图2中记载的例子，例如，如图10所示，也可以使全部的磁体61、62由八个磁体单元63的集合体构成。在这种磁体排列体5A中，通过调整磁体单元63的表面磁通密度，在内侧磁体组54A中，也可以将位于最外周的外侧磁体的磁力调整为比与该外侧磁体相比位于内侧的磁体的磁力小。在此，在上述的例子中，磁体单元63收容于壳体64，因此，存在通过预先将规定的磁体单元63收容于壳体64能够容易地进行磁体排列体5的组装的优点，但是，不需要必须将磁体单兀63收容于壳体64。另外，如上所述,相应于晶片10的大小增减磁体61、62、返回用的磁体53的设置数目即可，在该情况下能够获得同样的效果。进而，在上述的例子中，将靶31的外缘设定于磁体组52的内侧，但也可以将磁体31的外缘设定于磁体组52的外侧。并且，使磁体排列体5从基体51的中心O偏心地旋转，因此，若设定为当进行该偏心旋转时，在距晶片10的外缘50mm的外部的区域具有内侧磁体组54和返回用的磁体组53的相隔部分，则能够使成膜速度分布的均匀性良好。同样，若将靶31和磁体排列体5的大小设定为，当进行偏心旋转时靶31的外缘位于内侧磁体组54的外缘和返回用磁体53的相隔部分，则能够在靶31的整个面形成腐蚀，能够进行均匀的成膜处理。接着，说明磁体排列体511的其它的例子。图11中所示的磁体组521是3列X3行的矩阵状地排列圆柱状的点 状磁体611、621而构成内侧磁体组541的例子，各点状磁体611、621排列为，相互隔开相等间隔且相邻的点状磁体611、621的极性相互为不同极。在此例中，返回用磁体531也以围绕内侧磁体组542的方式线状地排列，图11中以箭头表示电子漂移的方向。作为上述点状磁体611、621能够使用例如直径为20 30mm、厚度为10 15mm、表面磁通密度为4飞kG的磁体，点状磁体611、621的中心彼此的距离例如设定为60mm。即使在此例中，也与上述的实施方式同样，在靶31的正下方，能够在晶片10的整个投影区域形成均匀的等离子体，并且腐蚀的面内均匀性高。因此，能够使靶31和晶片10接近进行溅射，所以能够提高成膜效率，并且能确保高的成膜速度的面内均匀性，而且还能够提高了靶31的使用效率。另外，作为点状磁体，不仅可以使用圆柱状的磁体，而且还能够使用例如一边为2(T30mm的正三棱柱状或一边为2(T30mm的立方体状的磁体等。另外，磁体也可以排列为η列Xm行的矩阵状。图12所示的磁体排列体512的磁体组522，以6列Χ6行的矩阵状排列圆柱状的点状磁体611、621而构成内侧磁体组542。在此例中，点状磁体611、621也排列为，在纵横向上相互隔开相等间隔并且相邻的点状磁体611、621的极性相互为不同极。图12中箭头表示电子漂移的方向。另外，在内侧磁体组542的外侧，以围绕这些内侧磁体组542的方式线状地排列有相同极性的返回用磁体532。此例中，上述n、m为偶数，所以排列在内侧磁体组542的最外周的点状磁体中的极性不同的点状磁体位于其两端。因此，在内侧磁体组542的角部的S极点状磁体621a、621b的附近，以围绕该点状磁体621a、621b的方式圆弧状地排列有N极的返回用磁体532a。所以，在该磁体排列体512中，即使在内侧磁体组542的角部中，也阻止电子飞出到会切磁场之外的问题，从而能够抑制电子损失。因此，与上述的实施方式同样，在靶31的正下方能够在晶片10的整个投影区域形成均匀的等离子体，并且腐蚀的面内均匀性变高。因此，能够使靶31和晶片10接近进行溅射，提高成膜效率，并且能够确保高的成膜速度的面内均匀性，而且提高靶31的使用效率。并且，点状磁体的形状，不限于上述的磁体单元63的集合体或圆柱状，也可以是三棱柱状。图13所示的磁体排列体513的磁体组523是排列三棱柱状的磁体612、622而构成内侧磁体组543的例子。在该例中，磁体612、622的平面形状构成为大致等腰三角形的形状，并以使相互的斜边彼此隔开间隔相对地排列而形成一个单元631，并将该单元631排列为矩阵状而形成内侧磁体组543。在该例中，也排列为相邻的磁体611、622的极性相互为不同极。另外，在内侧磁体组543的外侧，以围绕这些内侧磁体组543的方式线状地排列有返回用磁体533、534。该例中的返回用磁体533、534由平面形状为长方形形状的四个磁体533a 533d、平面形状为大致L字形状的两个磁体534a、534b构成。上述返回用磁体533a 533d，在该例中，各自设置于内侧磁体组543的上述左右方向和纵深方向的两侧，并且设定为 与配置于内侧磁体组543的最外周的中央的磁体622a、622b、612a、612b不同的极性。并且，对应于内侧磁体组543的彼此相对的两个角部，在该例中，上述返回用磁体534a、534b设置于右下角部和左上角部。这样，在内侧磁体组543的角部的磁体612c、622c的附近，以围绕该磁体612c、622c的方式排列有不同极的返回用磁体534a、534b。图13所不的箭头表不电子的漂移方向。所以，即使在该磁体排列体513中，也以覆盖内侧磁体组543的最外周的多个磁体612、622的方式配置有返回用磁体533、534，因此，电子飞出到会切磁场之外的问题被阻止，从而能够抑制电子损失。所以，与上述的实施方式同样，在靶31的正下方，能够在晶片10的整个投影区域形成均匀的等离子体，并且腐蚀的面内均匀性变高。因此，能够使靶31和晶片10接近进行溅射，提高成膜效率，并且能够确保高的成膜速度的面内均匀性，除此之外，靶31的使用效
率提高。并且，在本发明中，也可以如图14所示，将平面形状为长方形形状的磁体71、72例如以其长度方向与纵深方向一致、相互隔开间隔且相邻的磁体彼此相互为不同极的方式排列，并且在这些磁体71、72的周围，为了抑制电子的飞出而排列线状的磁体73 (731、732)。在该例的磁体排列体514中，为了使N极的磁体71和S极的磁体72的数目一致，设定为这些最外的磁体彼此相互为不同极。另外，线状磁体73例如具有平面形状形成为圆弧状的N极的磁体731和S极的磁体732。这些线状磁体731、732构成为，以在上述左右方向上延伸的方式排列，并且通过多个线状的磁体731、732连接上述左右方向的两侧的磁体71、72的长度方向上的两端彼此。这样，由这些磁体71、72、线状磁体731、732构成磁体组524。图14中的箭头表示电子的漂移方向。在这种结构中，由磁体71、72形成的会切磁场的磁通量相互结合，所以在这些磁体间71、72形成有水平磁场，电子进行漂移运动，引起电离。在磁体71、72的两端部，电子原来在开放端飞出到磁场之外，从而引起电子损失，但由于配置有线状磁体731、732，所以阻止了电子摆脱会切磁场的束缚飞出到会切磁场之外的问题。因此，电子损失被抑制，能够实现电子密度的增大和均匀化。由此，与上述的实施方式同样，在靶31的正下方，能够在晶片10的整个投影区域形成均匀的等离子体，并且腐蚀的面内均匀性变高。因此，能够使靶31和晶片10接近进行溅射，提高成膜效率，并且能够确保高的成膜速度的面内均匀性，除此之外，靶31的使用效
率提高。进而，在本发明中，也可以如图15所示的方式构成磁体排列体515的磁体组525。该磁体组525构成为，将平面形状为正方形形状的磁体81、82以相邻的磁体81、82彼此相互为不同极的方式矩阵状地排列，并以围绕这些磁体81、82的方式设置平面形状为大致-字状且极性与磁体81、82不同的线状的磁体83、84，并且在线状的磁体82、83的外侧排列平面形状为长方形形状的线状的磁体85。在这种结构中，磁体81、82的会切磁场的磁通量和线状磁体83、84、85的会切磁场的磁通量相互结合而形成有水平磁场回路网，所以电子在该水平磁场在图15中箭头所示的方向上进行漂移运动，引起电离。此时，由于配置有线状磁体8315，所以阻止了电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外。因此，电子损失被抑制，能够实现电子密度的增大和均匀化。由此，与上述的实施方式同样，在靶31的正下方，能够在晶片10的整个投影区域形成均匀的等离子体，并且腐蚀的面内均匀性变高。因此，能够使靶31和晶片10接近进行溅射，提高成膜效率，并且能够确保高的成膜速度的面内均匀性，除此之外，靶31的使用效率提高。另外，作为靶的材质，除钨之外能够使用铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta )、氮化钽(TaNx )、钌(Ru )、铪(Hf )、钥(Mo )等的导体或氧化硅、氮化硅等的绝缘体。在该情况下，当使用由绝缘体构成的靶时，通过从电源部施加高频电压生成等离子体。另外，也可以对由导体构成的靶施加高频电压产生等离子体。并且，也可以使磁体排列体通过旋转机构以基体的中心为旋转中心在铅直轴周围旋转。进而，不一定必需将载置部作为电极使用，不必需对该载置部供给高频电力。并且，上述磁体排列体，以基于会切磁场引起的电子的漂移在被处理基板的整个投影区域产生等离子体的方式，将构成磁体组的多个N极和S极沿与靶相对的面相互隔开间隔地排列即可，磁体的排列并不限于上述的例子。例如，也可以使构成内侧磁体组的磁体的排列间隔或形状在基体的面内变化。另外，磁体组构成为当使磁体排列体旋转时在被处理基板的整个投影区域产生等离子体即可。所以，当使磁体排列体偏心旋转时，旋转时被处理基板的外缘的一部分位于磁体组的外侧的情况，也包含于在被处理基板的整个投影区域产生等离子体的情况。进而，与上述返回用的磁体相比位于内侧的磁体组，使与N极对应的磁体的合计的强度和与S极对应的磁体的合计的强度一致即可，磁体的强度可以通过磁体的个数、大小等任一的方法进行调整。
接着，说明通过在所述的磁体排列体上设置辅助磁体来调整靶的下表面侧的水平磁场的强度的方法。图22表示图10所示的磁体排列体5上设置有辅助磁体65的例子，其为从靶31侧观看磁体排列体5A的平面图。图10所示的磁体排列体5的磁体61、62以及53，如后述的图24所示的方式，在靶31侧和其相反一侧磁化(充磁)为相互为不同的磁极。并且，辅助磁体65以填埋磁体61和62的间隙以及磁体53和62的间隙的方式形成为长方体形状。如图23所不,辅助磁体65在与长度方向正交的方向上被分开有磁极,在作为长边的一边侧磁化有N极，与该边相对的另一边侧磁化有S极。祀31侧的辅助磁体65的磁极与磁体61 (62、53)的磁极的关系设定为，与辅助磁体65的一边相邻的磁体61 (62、53)的磁极和该辅助磁体65的一边侧的磁极为同极。所以，磁体排列体5A在与靶31相反一侧(基板51侧)，如图24所示，与辅助磁体65的一边相邻的磁体61 (62、53)的磁极和该辅助磁体65的一边侧的磁极为不同极的关系。以在磁体61、62之间设置有辅助磁体65的部位为例，图24表不具有这种辅助磁体65的磁体排列体5A中的磁场的情况。另外，为了进行比较，图25表示不使用辅助磁体65的磁体排列体5中的磁场的情况。
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在基板51侧，由磁体61、62产生的磁力线与由辅助磁体65产生的磁力线的方向为反向，因此由磁体61、62产生的水平磁场被辅助磁体65的水平磁场抵消而变弱或消失。另一方面，在靶31侧，由磁体61、62产生的磁力线与由辅助磁体65产生的磁力线的方向为同方向，因此由磁体61、62产生的水平磁场与辅助磁体65的水平磁场重叠,从而水平磁场变强。作为辅助磁体65,若使用与磁体61、62相同磁力的磁体，则磁体排列体5A中的革巴31侧产生的磁场的强度变为两倍，另一方面，在基板(base plate) 51 一侧，磁场几乎为O。靶31侧产生的磁场的强度能够根据辅助磁体65的磁力的进行调整，并能够根据表面磁通密度、辅助磁体65的高度或宽度进行调节。关于作为代表性的辅助磁体65的长方体的大小，宽度尺寸为作为磁体61、62的直径或与边相同宽度尺寸的2(T30mm，长度尺寸为作为磁体61和62之间的距离的30mm，高度尺寸为磁体61、62的高度的1/3、1/2、1/1。另外，辅助磁体65的表面磁通密度为r5kGauss。当辅助磁体65的表面磁通密度和磁体61、62的表面磁通密度大致相同时，则磁体31侧产生的磁场大致增大辅助磁体65的高度对磁体61、62的高度的比例。所以，如前面所述，当辅助磁体65的高度设定为磁体61、62的高度的1/3、1/2、1/1时，靶31侧产生的磁场的强度各自增大约30%、约50%、约100%。基板51侧的磁场的抵消量也是同样的。另夕卜，当使辅助磁体65的高度与磁体61、62相同并且宽度为1/3、1/2、1/1时，也能够获得同样的效果。辅助磁体65不限于设置为图10所不的磁体排列体5的情况。图26表不在图11所示的对磁体排列体511设置有辅助磁体651的例子，其中，辅助磁体651的磁极和磁体611、621、531的位置关系与图22的例子相同。另外，作用效果也相同。并且，本发明的发明人基于从上述的实施方式获得的知识，使用本实施方式的磁控溅射装置，多次研究了保持溅射成膜的面内均匀性并大幅度降低运行成本的方法。被认为为了降低运行成本，使成膜效率和靶31的使用效率进一步上升并提高成膜速度是重要的。
为了使成膜效率上升，缩小靶31的下表面和晶片10的表面之间的距离即TS是有效的。当对靶31施加的电力固定时，TS越短成膜量越显著提高。但是，当过于缩小TS时，不能获得充分的面内均匀性。所以，需要把握保证高的成膜量并能够获得充分的面内均匀性的TS的范围。另一方面，为了提高靶31的使用效率，使在靶31上产生的腐蚀均匀化是有效的。这是因为当腐蚀的形状均匀时能够获得最大的靶使用效率。所以，当将TS设定为适当的值时，能够获得充分的成膜效率，并且能够在均匀腐蚀下获得所需的成膜分布。于是，着眼于成膜的均匀性，在已使用上述的实施方式中的磁控溅射装置的溅射中，对TS和靶径的关系进行了模拟。对于腐蚀，假定为，从靶各向同性地放射出粒子，构成靶的粒子的量以与TS的二次方成比例的方式通过溅射而减少，并形成均匀的腐蚀。图27和图28表示模拟的结果。在该模拟中，关于晶片10中的膜厚的面内均匀性的评价，使用由下式算出的膜厚分布。 膜厚分布(％)=(标准偏差(1σ ) /各点的膜厚的平均值)X 100具体而言，在晶片直径为300mm的情况下，使靶径从300mm每次增大20mm至500mm,对各个祀径,使TS从10. Omm每次增大IOmm至100. Omm,对膜厚分布进行了模拟。图27是以靶径为横轴，以膜厚分布为纵轴，以TS作为参数，表示靶径和膜厚分布的关系的图表，但是为了避免线图的重合引起的图不的复杂，省略了 TS为50 90mm的线图的图不。在图27中，TS为5(T90mm的线图位于TS为40mm的情况和IOOmm的情况之间。由此图表可知，靶径越大，另外TS越短，膜厚分布越提高。图28的左侧(实线)的图表al是将图27的图表中的膜厚分布为3%的线和各曲线的交点重新描绘(plot)的图表。图28的横轴为靶径，纵轴为TS对靶径的百分比。图28的右侧(虚线)的图表bl是对晶片直径为450mm的情况也进行与上述的模拟同样的模拟，并且同样将膜厚分布为3%时的靶径和TS对靶径的百分比的关系各自作为横轴和纵轴而绘制的图表。在量产300mm直径的晶片的现场所使用的祀径一般为450mnT500mm,因此,450mm直径晶片的祀假定为300mm晶片时的相似形,将祀径设定为50mnT700mm。根据图28的实线可知，对于300mm直径晶片，膜厚分布为3%的TS是靶径为450mm时的靶径的约2. 4% (=约Ilmm),祀径为500mm时的祀径的约5.5% (=约27.5mm)。根据图26的虚线可知，对于450mm直径晶片，膜厚分布为3%的TS是靶径为650mm时的靶径的约2. 5% (=约16臟)，靶径为700mm时的靶径的约5. 3% (=约37mm)。所以，膜厚分布为3%以下的TS (mm)对祀径(mm)的比率(百分比)在300mm直径晶片时为图28的图表al的下方侧区域,在450mm直径晶片时为同图的图表bl的下方侧区域。设上述比率((TS/R)X100%)S Y%，设靶径为R (_)，图表al、bl以Y和R的近似式进行表示时各自为式(1)、(2)。300mm 直径晶片…Y=O. 0006151R2-0. 5235R+113. 4... (I)450mm 直径晶片…Υ=0· 0003827R2-0. 4597R+139. 5... (2)从而，当是优选膜厚分布为3%以下的处理(process)时，为了进行该优选的处理，在300mm直径晶片中，式(I')的关系成立，在450mm直径晶片中，式(2')的关系成立即可。
Y 彡 O. 0006151R2-0. 5235R+113. 4... (I')Y ^ O. 0003827R2-0. 4597R+139. 5— (2')但是，(I')式、(2')式为近似式，多少具有误差。另外，对于已溅射在晶片上的薄膜，即使以所述的式子定义的膜厚分布多少超过3%，也能够说对膜厚分布为良好的评价没有影响。进而，基于将TS改变为数字时的模拟获得的图27的结果，求得图28的图表(所述的近似式(I))。若将这些综合起来，则很难说仅依赖于所述的近似式(I)、(2)决定能够获得膜厚分布为良好的效果的TS的上限值(边界值)是最适合的。例如，当晶片直径为300mm、靶径为500mm时，如果由(I)式计算膜厚分布为3%以下的TS的上限值，则为27. 125mm。但是，当TS为30mm时，根据图27的图表，虽然膜厚分布多少超过3%，但是能够评价为膜厚分布为良好。另外，当晶片直径为300mm、祀径为450mm时,如果由(I)式计算膜厚分布为3%以下的TS的上限值，则为10. 722臟。但是，即使在TS为12mm时，根据图27的图表，虽然膜厚分布多少超过3%，但是超过的量微乎其微，因此，其效果与膜厚分布为3%的效果在本质上是不变的。另外，当晶片直径为450mm、靶径为700mm时，如果由(2)式计算膜厚分布为3%以下的TS的上限值，则为36. 631mm。但是，TS为40mm时，虽然膜厚分布也多少超过3%，但是能够认为膜厚分布为良好。于是，作为决定用于膜厚分布为良好的TS的上限值的指标有效利用(I)、(2)式，并通过对获得的TS的值给予一些裕度(margin)，从而给上限值(边界值)的决定带来恰当性。当该裕度过大时，难以获得发明的效果，但是作为说明书的性质要求使发明明确化，从这一点出发，在对获得本发明的目的不产生怀疑的范围中决定出裕度。具体而言，在晶片为300mm的情况下，在由(I)求得的TS的值上增加了 10%的值作为上限值，在晶片为450mm的情况下，在由(2)求得的TS的值上增加了 10%的值作为上限值。

若将其含义用式子来表示时，在晶片为300_的情况下，适当的TS (mm)的值能够由下式求得。Y= (TS' /R) X 100 (%) =0. 0006151R2-0. 5235R+113. 4TS (1.1Ts'…(3)TS'为根据(I)式求得的晶片和靶之间的适当的相隔距离，TS为在该TS'上赋予10%的裕度的适当的相隔距离的上限值。另外,在晶片为450mm的情况下,适当的TS的值能够由下式求得。Y= (TS' /R) X 100 (%) =0. 0003827R2-0. 4597R+139. 5TS (1.1TS'…(4)虽然没有规定TS的下限值，但是，稍微比上限值小时还能够得到本发明的效果，因此认为，准确地规定下限值是没有意义的。另外，本发明人推测，若将溅射的机制等进行综合，如果TS比5mm大，则能够获得例如与图28所示的各结构中的TS的值同等的效果。另一方面，从提高成膜速度的方面出发，对成膜速度和TS的关系也进行了模拟。具体而言，在晶片直径为300mm和450mm的情况中,各自使用三个种类的直径不同的祀,模拟了成膜速度对TS的依赖性。图29上表示获得的结果。(a2)为晶片直径为300mm的模拟的结果，(b2)为晶片直径为450mm的模拟的结果。在300mm直径晶片的情况下，现有一般将TS设定为70mm的情况较多，因此，以TS=70mm时的成膜速度作为基准进行评价。另外，在450mm直径晶片的情况下，单纯以相似进行考虑，TS是以1. 5倍的105mm时的成膜速度作为基准进行评价的。根据图29 (a2)的图表，若求得能够获得TS=70mm时的成膜速度的1. 5倍的成膜速度的TS，则为约35mm。同样，以图29 (b2)的图表，在450mm直径晶片的情况下，若求得能够获得TS=105mm时的成膜速度的1. 5倍的成膜速度的TS，则为约55mm。所以，相对于评价基准能够获得1. 5倍以上的成膜速度的TS的距离，在晶片直径为300mm的情况下为35mm以下，在450mm的情况下为55mm以下。若将该TS的距离换算为比率(TS/靶径)，则在晶片直径为300mm的情况下，若靶径为450mm，则TS/靶径为约8%以下。在晶片直径为450mm的情况下，若靶径为700mm，则TS/靶径为约8%以下。此结果意味着，若为图28的图表al和bl的下方侧区域，则对于成膜速度，也能够获得评价基准的成膜速度的1. 5倍的成膜速度。所以，若比率Y (TS/靶径R)和靶径R的关系满足已述的式子(Γ )和(2')，则能够兼顾膜厚分布为3%以下和成膜速度为1. 5倍以上的成膜。 进而，通过使用本实施方式的磁控溅射装置调整工作压力，能够高速地对低电阻的线路(包含导电路或电极)进行成膜。若说明该方法，则将磁体组调整为靶表面中的磁场强度例如为100G以上。而且，处理压力设定为13. 3Pa (IOOmTorr)以上，并且从电源部33(参照图1)对靶31施加直流电力，将其电力值设定为除以靶的面积之后的放电电力密度例如为3W/cm2以上的值。另外，对靶31施加的电压例如设为300V以下，从高频电源部41对载置部4施加的高频电力例如设定为500W 2000W。若在该条件下进行溅射，则如后述的实验例的研究中详细说明的那样，靶和基板(被处理基板)的距离狭窄以及如后面所述由磁体在基板的整个面进行放电，所以即使在基板附近也能够保持离子密度高的状态，并且通过在13. 3Pa以上的高压力条件下以大的成膜速度成膜W膜，能够兼顾高速且高效率的溅射和所成膜的膜的低电阻化。以上，本发明的磁控溅射装置也适用于半导体晶片以外的液晶或太阳能电池用玻璃、塑料等的被处理基板的溅射处理。实施例(实施例1)在具有图11的磁体排列体511的磁控溅射装置中，在已述的处理条件下进行成膜处理，并评价对靶电极3施加的直流电压和电力密度的关系。此时，靶31和晶片10之间的距离设为30mm。另外，对磁体排列体511中没有设置返回用磁体531的构成(比较例I)、图23所示的使用现有的磁控溅射装置的构成(比较例2)、不使用磁体而通过施加直流电压进行放电的结构(比较例3)，也同样进行评价。图16表示该结果。图中横轴表示对靶电极3施加的直流电压，纵轴表示靶31和晶片10之间的电流密度，对实施例1用□、对比较例I用 、对比较例2用Λ、对比较例3用X，各自进行了描绘。其结果，电流密度在实施例1中为2 4mA/cm2，在比较例I中为O. 2^0. 5mA/cm2,能够确认通过设置返回用磁体，电流密度提高相当多。由此，能够理解，通过返回用磁体的排列能够抑制电子损失，能够增大等离子体密度。另外，能够确认实施例1与比较例2相比，即使在施加电压较小时也能够确保高的电流密度。另外，确认通过施加400W的电力，能够获得约100nm/min的成膜速度。(实施例2)
在具有图2的磁体排列体5的磁控溅射装置中，不使磁体排列体5旋转，而在已述的处理条件下各自进行成膜处理，并求出晶片直径方向上的成膜速度分布。另外，对于代替图2的磁体排列体5而设置有图10的磁体排列体5A的情况，也同样测定成膜速度。对于该结果，图17表示设置有磁体排列体5的构成，图18表示设置有磁体排列体5A的构成。在此，磁体排列体5和磁体排列体5A的差异仅在于构成磁体61、62的磁体单元63的个数，但是已确认，通过调整该磁体单元63的个数，能够改变晶片10的径向的成膜速度分布。由此，能够知道，通过调整磁体单元63的个数，调整一个磁体61、62的磁力，其结果，能够控制成膜速度的面内均匀性。另外，磁体排列体5的N极和S极的个数相同，从排列中心O开始位于同一半径上的磁体单元63的数目相同，并且，构成为，磁体单元63的数目随着远离排列中心O而减少，但是，从图17的结果能够确认，通过采用磁体排列体5的构成，成膜速度在晶片10的径向上一致，面内均匀性提高。并且，在使全部的磁体61、62的磁体单元63的个数相等的情况下，从图18的结果能够确认晶片10的径向上的周缘部的一侧的成膜速度变大。据推测，这是因为，在内侧磁体组54A的四个角部的磁体61a飞Id中，如上所述，与相邻的磁体之间的磁通量变多，该部分的水平磁场比取得内侧的磁通量的平衡的区域强。但是，通过调整内侧磁体54A的最外周的外侧磁体和返回用磁体的距离、靶31和晶片10的距离，或通过使磁体排列体5A在铅直轴周围旋转，这种成膜速度分布能够接近于更加均匀的分布。

(实施例3)在具有图2的磁体排列体5的磁控溅射中，将靶31和晶片10的距离设定为20mm，不使磁体排列体5旋转而在已述的处理条件下各自进行成膜处理，并求出了晶片径向的成膜速度分布。另外，对将靶31和晶片10的距离设定为50mm的情况，也同样测定了成膜速度。该结果与磁体排列体5的磁体组5的排列和靶31的腐蚀的情况一起表示在图19。此夕卜，在此实施例3中，使用比磁体排列体5的磁体组52大的靶31。由此，能够确认，当靶31和晶片10的距离为20mm时，与50mm时相比，成膜速度的面内均匀性高。另外，已确认，当上述距离为20mm时，以约4kWh的电力对靶电极3施加有直流电压时的成膜速度为300nm/min，与50mm时相比，平均的成膜速度变大。并且，能够确认，成膜速度的晶片10的径向上的分布，呈稍微凹凸的形状，但是，在晶片10的径向上以一定的周期形成有凹凸。腐蚀形成在相互为不同极的磁体彼此的中间部，因此，能够理解成膜速度反映腐蚀形状。进而，能够确认，当上述距离为50mm时，晶片10的外周部的成膜速度急剧下降。据推测，这是因为，在靶31外周部所溅射的粒子飞散到外方侧，导致到达晶片10的粒子变少，从而成膜效率降低。此外，在晶片10的中央侧，成膜速度的凹凸变弱，被认为这是因为离靶31的距离大，粒子扩散，从而难以受到腐蚀的影响。根据该实施例3认为，本发明的磁体排列体5，当使靶31和晶片10接近时，能够确保成膜速度的均匀性，并且确认能够实现兼顾膜速度的均匀性和成膜效率。(实施例4)在具有图2的磁体排列体5的磁控溅射装置中，将靶31和晶片10的距离设定为20mm,使磁体排列体5旋转并在所述的处理条件下各自进行成膜处理，并求出了晶片径向的成膜速度分布。此时，磁体排列体5以从基体51的中心偏心25_的位置为中心在铅直轴周围旋转。图20中用实线表示该结果，并在同图中，将不使磁体排列体5旋转而使其静止于某个位置从而进行溅射处理时的数据用点划线、将使其静止于从该位置旋转1/4的位置而进行溅射处理时的数据用虚线(点线)，一并表示。根据该结果，能够确认，在使磁体排列体5静止时的成膜速度分布中，在晶片10的径向上，周期性地形成有凹凸，但是，通过使其从基体51的中心偏心旋转，上述凹凸被抵消，其结果，能够实现成膜速度分布的均匀化。(实施例5)在具有图2的磁体排列体5的磁控溅射装置中，将靶31和晶片10的距离设定为20mm,使磁体排列体5旋转并在已述的处理条件下进行各自的成膜处理，并求出了晶片径向的成膜速度分布。磁体排列体5的偏心量设定得与实施例4相同。这时，各自评价将内侧磁体组54的最外周的外侧磁体和返回用磁体53的相隔距离L3设定为5mm的情况Pl和设定为30mm的情况P2。图21表示该结果，用实线表示P1，用虚线表示P2。由此，能够确认，如果改变上述相隔间隔L3，则成膜速度分布就会改变，并能够理解，通过调整磁体的位置，能够控制腐蚀位置。这样，能够确认，通过使磁体的大小或排列、磁体彼此的间隔最优化，能够形成所希望的腐蚀，能够实现成膜速度分布的最优化。(实施例6)在具有图2的磁体排列体5的磁控溅射装置中，将直径为400mm的靶31和300mm晶片10的距离设定为20mm，在图2所示的装置中使磁体排列体5旋转并进行成膜处理，并求出了晶片径向的成膜速度分布。投入电力密度为投入电力除以靶的面积而获得的值，在这些为4. 5W/cm2、3. 2ff/cm2以及1. 6ff/cm2的条件下实施。图30表示该结果。横轴为真空容器2内的压力，纵轴为成膜速度。用实线表示投入电力为4. 5ff/cm2的情况，用点线表示3. 2ff/cm2的情况，用虚线表示1. 6ff/cm2的情况，用点划线表示图33所示的溅射装置的情况。施加在靶上的电力越大，成膜速度越良好，在4. 5W/cm2的情况,至13. 3Pa( IOOmTorr)附近,成膜速度与压力一起增大，当成膜速度达到450mm/min之后，大致保持固定。另外，在3. 2ff/cm2的情况，直到13. 3Pa (IOOmTorr)附近，成膜速度与压力一起增大，当成膜速度达到300mm/min之后,大致成为固定。另一方面，图33所示的装置中的现有技术的溅射(靶-基板间距离=50mm)中，压力超过一定值时成膜速度下降。对于该结果的不同点的研究，与实施例7 —并讨论。(实施例7)通过实施例6中所使用的磁控溅射装置，改变各种工作压力，求出在每个压力下的靶电压(对靶施加的直流电压)和在靶中流动的电流密度的关系。作为处理压力设定有O. 91,3. 59,13. 0,19. 6,23. 3Pa (7、27、98、147、175mTorr)的五种。图31表示该结果。横轴为靶电压，纵轴为在靶中流动的电流密度(参照凡例)。即使对靶31供给的电力相同，在压力高的条件下，也变为电流密度高、电压低的状态。从描绘能够确认，对于同一靶电压，在高压下，电流密度变高，另一方面，在低压下，电流密度降低。另外，若在高压力下使靶电力增大，则与低压力下的情况不同，几乎不使靶电压增加，就能够增加靶电流密度。该电流高的状态对应于等离子体中的Ar离子增大的情况。若压力高则电子和氩原子的碰撞频率变高，强烈地进行电离，因此，氩离子的数目增加，在靶中流动的电流增大。在压力高的情况下，所溅射的原子和氩离子或溅射原子彼此的碰撞激烈，引起扩散，不仅朝向垂直于靶面的方向的基板方向，而且朝向与靶面水平的方向的周围的壁，溅射原子也扩散，因此成膜速度降低。该现象在靶和基板间距离大时变得显著是当然的，在现有的溅射技术中，在6.65Pa (50mTorr)以上的压力下，成膜速度降低，但是，在本发明的窄缝隙(narrow gap)中,在更高的压力下,成膜速度也不降低。另外,在实施例6中,在3. 2W/cm2能够获得充分的成膜速度，因此，能够推测，电力密度为3W/cm2以上就能充分达到本发明的目的。即使在此高压条件下，成膜速度高而且不降低是因为其为窄缝隙，并且，通过本发明的磁体,在靶整个面上进行放电。(实施例8)通过使用实施例6的磁控溅射装置，将靶投入电力密度设定为4. 5W/cm2、3. 2ff/cm2和1. 6W/cm2三种，并按各设定条件，对工作压力和形成在晶片10上的W膜的电阻率的关系进行了研究。图32表示该结果。横轴为工作压力，纵轴为W膜的电阻率。用实线表示投入电力为4. 5ff/cm2的情况，用点线表示3. 2ff/cm2的情况，用虚线表示1. 6ff/cm2的情况。从图表可知，在投入电力密度为4. 5ff/cm2的情况和3. 2ff/cm2的情况中，W膜的电阻率与压力一起下降至10 μ Ω · cm附近,而在1. 6W/cm2的情况中，仅下降至11 μ Ω · cm左右。被认为，电阻率与压力一起下降的原因之一在于，当压力增大时，Ar离子的数目也增大，入射到晶片10侧的Ar离子的数目增加的结果，对W膜表面给予能量，从而W粒子的表面扩散被促进。作为其它的理由，能够推测，与压力增大一起，上述的反冲Ar原子丧失能量，无法到达晶片10。若与图32的图表 一并研究，则真空容器2内的压力的上限为W膜能够在低电阻例如10μ Ω · cm附近成膜的压力即可，在该情况下，例如为约200mTorr。投入电力密度的上限也同样，若能够在例如10μ Ω · cm附近形成膜即可，则能够推测投入电力密度的上限值例如为I Off/cm2 O在此，进一步推想W粒子的表面扩散。在非专利文献2中提案有用于在溅射中由入射粒子引起膜表面的表面扩散的条件。据此，提出了当入射到膜表面的能量的总和比W的结合能的总和大时，W粒子能够移动的意思的解释。即，W 的结合能的总和<(J+/Jm) XVd。··. (5)在此，J+、Jffl以及Vd。各自是入射粒子全部为离子的情况下的离子的数目、相同情况下的W原子的数目以及从高频电源部41对形成在基板的正上方的鞘层施加的直流电压。如上所述，若使对基板施加的高频电力变大，则会对成膜的W膜带来破坏，因此，与使Vd。变大相比，更优选使J+变大。W膜的溅射阈值为33eV，W的金属结合能为9eV。所以，由(5)(J+/Jm) X33eV > 9eV... (6)成立。若W膜的成膜速度为300nm/min，则Jm=3 X 1016/cm2sec，因此，离子入射量J+最低也应为J+=8X IO1Vcm2sec。若J+确定，则空间离子密度也确定。该密度比J+相比低IO4的量级，所以空间离子密度的量级最低也为10n/Cm2。另外，若增大压力，则离子密度增大，所以成膜速度也增大。另外，在靶-基板间距离比30mm宽的通常的溅射装置的条件下，成为低压气体环境，因此空间离子密度的量级为107cm2。因此，在通常的溅射装置中，需要增大Vd。相当于离子密度减小的量，但是，如上所述，具有过剩能量的Ar离子被引入到W膜，在所成膜的W膜上产生缺陷。W的溅射阈值为33eV，因此，离子的能量应为数十eV左右的量级。在此，在单位靶面积的直流电力投入密度为4. 5ff/cm2的情况下，若直流电压设为300V，则算出电子漂移部的电流密度为15mA/cm2。靶的面积比这小，因此，靶附近的电力密度比该值大，所以靶附近的离子密度为约IXlO1Vcm3以上。根据非专利文献3，能够通过以下的式子算出此时的J+。J+=0. 61e · Iii · uB··· (7)在此，e是一个电子的电荷，Iii是离子密度，uB是玻姆速度。在本实施例中，靶和基板间的距离为20mm的近距离，因此，离子密度在基板附近和靶附近的密度之间没有大的差异，能够推定为IO1Vcm3左右的数据。所以，能够推测，与现有技术的溅射相比，离子密度提高了两个量级左右。如上所述，为了降低W膜的电阻率，重要的是提高离子密度和将￥(1。抑制得较低。但是，现有的磁控溅射装置中，保证高速的成膜速度并满足这样的条件是困难的。因此，W膜的电阻率提闻。当具体说明时，在现有的磁控溅射装置中，靶和基板间的距离长，因此，基板上的例子密度为107cm3左右，较低，放电也不均匀只能断断续续地产生离子，因此，认为存在只能局部地等离子化的部分。在基板上没有等离子化的部分，所溅射的W飞来，但是由于不存在离子，因此，飞来的W粒子在基板表面不能良好地成膜。另一方面，在已等离子化的部分存在离子，因此，飞来的W粒子在基板表面良好地成膜。因此，W粒子的状态良好的部分和低劣的部分层叠，整体上形成条件不好的膜。作为结果，所形成的W膜的电阻率变高。

另一方面，在本发明中，靶和基板间的距离为20mm的窄缝隙，并始终满足上述的式子(5)W的结合能的总和< (J+/Jm) XVdc,除此之外，由于是整个面放电，因此即使磁体旋转，粒子也高密度地连续地照射，所以，在整个基板能够良好地层积W粒子，作为结果，能够形成电阻率低的膜。另外，成膜速度也维持400nm/min以上的高速性。对于W以外的Ta、T1、Mo、Ru、Hf、Co、Ni的成膜也是同样的。
权利要求
1.一种磁控溅射装置，以与载置于真空容器内的被处理基板相对的方式配置靶，并且在该靶的背面侧设置有磁体，该磁控溅射装置的特征在于，包括 电源部，其对所述靶施加电压； 磁体排列体，其在基体上排列有磁体组；和 旋转机构，其用于使该磁体排列体在与被处理基板正交的轴的周围旋转， 所述磁体排列体，沿构成磁体组的多个N极和S极与靶相对的面，相互隔开间隔地排列，以使得基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体， 所述磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外， 溅射时的所述靶和被处理基板的距离为30mm以下。
2.一种磁控溅射装置，以与载置于真空容器内的被处理基板相对的方式配置靶，在该靶的背面侧设置有磁体，对作为直径300mm的半导体晶片的被处理基板进行磁控溅射处理，该磁控溅射装置的特征在于，包括 电源部，其对所述靶施加电压； 磁体排列体，其在基体上排列有磁体组；和 旋转机构，其用于使该磁体排列体在与被处理基板正交的轴的周围旋转， 所述磁体排列体，沿构成磁体组的多个N极和S极与靶相对的面，相互隔开间隔地排列，以使得基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体， 所述磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外， 当设靶的直径为R (mm)、靶和被处理基板的距离为TS (mm)时，所述距离(TS)被设定为(TS' /R) XlOO (%) =0. 0006151R2-0. 5235R+113. 4，且 TS 彡1.1TS'。
3.—种磁控溅射装置，以与载置于真空容器内的被处理基板相对的方式配置靶，在该靶的背面侧设置有磁体，对作为直径450mm的半导体晶片的被处理基板进行磁控溅射处理，该磁控溅射装置的特征在于，包括 磁体排列体，其在基体上排列有磁体组；和 旋转机构，其用于使该磁体排列体在与被处理基板正交的轴的周围旋转， 所述磁体排列体，沿构成磁体组的多个N极和S极与靶相对的面，相互隔开间隔地排列，以使得基于会切磁场引起的电子的漂移产生等离子体， 所述磁体组中的位于最外周的磁体排列为线状，以阻止电子摆脱会切磁场的束缚而飞出到会切磁场之外， 当设靶的直径为R (mm)、靶和被处理基板的距离为TS (mm)时，所述距离(TS)被设定为(TS' /R) XlOO (%)=0.0003827R2-0.4597R+139.5，且 TS 彡1.1TS'。
4.如权利要求广3中任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于 所述磁体排列体以使得在被处理基板的整个投影区域产生等离子体的方式排列有构成磁体组的多个N极和S极。
5.如权利要求广3中任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于所述磁体排列体包括主磁体组和辅助磁体组，所述主磁体组的N极和S极配置在所述靶面的法线方向上，所述辅助磁体组的N极和S极配置在与所述靶面水平的方向上，并且设定为在靶侧与辅助磁体的一边相邻的主磁体的磁极和该辅助磁体的一边侧的磁极为同极。
6.如权利要求广3中任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于，包括 电极，其设置于所述被处理基板的与靶相反的一侧；和 高频电源部，其对该电极供给高频电力。
7.如权利要求广3中任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于 当将所述位于最外周的磁体称为返回用磁体时，在除返回用的磁体之外的磁体组之中，位于最外周的外侧磁体中的至少一个磁体的磁力，比与该外侧磁体相比位于内侧的磁体的磁力小。
8.如权利要求7所述的磁控溅射装置，其特征在于 与所述返回用的磁体相比位于内侧的磁体，被分割为多个磁体单元而构成，并能够通过磁体单元的集合数目调整磁体的磁力。
9.如权利要求7所述的磁控溅射装置，其特征在于 与所述返回用的磁体相比位于内侧的磁体组的、与N极对应的磁体的强度的合计和与S极对应的磁体的强度的合计一致。
10.如权利要求7所述的磁控溅射装置，其特征在于 与所述返回用的磁体相比位于内侧的磁体组，通过将磁体排列为矩阵状而构成。
11.一种磁控派射方法,其特征在于 使用权利要求广10中任一项所述的磁控溅射装置， 将处理压力设定为13.3Pa (IOOmTorr)以上，将对靶的投入电力除以靶的面积而获得的投入电力密度设定为3W/cm2以上，在被处理基板形成金属膜。
全文摘要
本发明提供一种磁控溅射装置，其确保成膜速度的面内均匀性，并且提高成膜效率，提高靶的使用效率。以与载置于真空容器(2)内的晶片(10)相对的方式配置靶(31)，并在该靶(31)的背面侧设置磁体排列体(5)。该磁体排列体(5)具有内侧磁体组(54)，其矩阵状地排列有磁体(61、62)；和返回用的磁体(53)，其设置于该内侧磁体组(54)的周围，阻止电子的飞出。由此，在靶(31)的正下方，基于会切磁场引起的电子的漂移产生高密度的等离子体，另外，腐蚀的面内均匀性提高。因此，能够使靶(31)和晶片(10)接近进行溅射，能够确保成膜速度的面内均匀性，并且提高成膜效率，提高靶的使用效率。
文档编号C23C14/35GK103031529SQ20121037611
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月29日 优先权日2011年9月30日
发明者水野茂, 户岛宏至, 五味淳, 宫下哲也, 波多野达夫, 水泽宁 申请人:东京毅力科创株式会社