JP2000345336A

JP2000345336A - マグネトロンスパッタリング装置

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Publication number: JP2000345336A
Application number: JP11157711A
Authority: JP
Inventors: Yuka Tatsumi; 由佳巽; Taisuke Tomiyama; 泰輔冨山
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲット表面の被スパッタ量を、より詳細
かつ精密に制御する。【解決手段】成膜対象である基板３に対向して設けら
れているターゲット５の裏側に、回転軸Ｐを中心に回転
する磁石機構７を設ける。ターゲット５の表面は、この
磁石機構７の形成する磁界Ｂに応じて、スパッタされ
る。磁石機構７は、その平面形状が概略楕円形の内周磁
石７１と、この内周磁石７１の周囲を一定の間隔を隔て
て取り囲む中空部を有する外周磁石７２と、を備えてい
る。これら楕円形の各磁石７１、７２の長軸と短軸との
比率、即ち縦横比と、この磁石機構７自体の中心位置と
上記回転軸Ｐとの距離、所謂偏心距離ｂと、を任意に調
整することによって、ターゲット５表面の各部分におけ
る被スパッタ量、即ち浸食量を、詳細かつ精密に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲットの表面
に、スパッタ用のイオン照射に伴って発生する電界と略
直交する磁界を形成することにより、スパッタ効率を向
上させるマグネトロンスパッタリング装置（以下、単に
スパッタリング装置という。）に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなスパッタリング装置とし
て、従来、例えば図１に示すようなものが知られてい
る。同図に示すように、この装置は、真空チャンバ１内
の上方側に、基板台２を備えており、この基板台２の下
部に、成膜対象となる例えば概略円板状の基板３が、そ
の被成膜面を下方に向けた状態で固定される。

【０００３】一方、真空チャンバ１内の下方側には、カ
ソード部４が設けられている。このカソード部４は、膜
の原料となる例えばアルミニウム（Ａｌ）製のターゲッ
ト５と、このターゲット５を支持する支持台６と、で構
成されている。なお、ターゲット５は、例えばやや厚み
のある円板状のもので、その一面を基板３に対向させ、
かつその中心を基板３の中心に略一致させた状態で、支
持台６に支持されている。

【０００４】更に、カソード部４の下方には、磁石機構
７が設けられている。この磁石機構７は、図５に示すよ
うに、円柱状の永久磁石（以下、これを内周磁石と言
う。）７１と、この内周磁石７１の外周壁を一定の距離
ｄを隔てて取り囲む肉厚ｔが一定の中空円柱状の永久磁
石（以下、これを外周磁石と言う。）７２と、これら各
磁石７１、７２が一面に固定された円板状のヨーク７３
と、で構成されている。各磁石７１、７２は、それぞれ
の高さ寸法が略同等とされており、それぞれの中心を一
致させ（即ち同心とし）、かつ、それぞれの磁極の向き
を異にする、例えば内周磁石７１の上面側（ヨーク７３
に固定されている側とは反対側）をＳ極、底面側をＮ極
とし、外周磁石７２の上面側をＮ極、底面側をＳ極とし
た状態で、ヨーク７３に固定されている。

【０００５】上記磁石機構７は、各磁石７１、７２の各
上面を支持台６の底面（ターゲット５を支持している側
とは反対側の面）に近接させた状態で、支持台６の底面
に垂直な軸Ｐを中心として例えば図示しないモータ等の
駆動力により回転可能とされている。なお、上記回転軸
Ｐは、例えば、ターゲット５の中心を通り、かつ、磁石
機構７の中心位置（各磁石７１、７２の各中心位置）Ｏ
からその径方向に後述する所定の距離ｂだけずれた位置
に設けられている。

【０００６】このスパッタリング装置による成膜処理
は、次の手順による。まず、チャンバ１の排気口１１に
接続された図示しない真空ポンプ等の真空排気系によ
り、チャンバ１内を所定の真空度にまで排気する。そし
て、マスフローコントローラ８１とコンダクタンスバル
ブ８２とを備えたガス導入系８から、チャンバ１内に、
例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等のスパッタガスを導入す
る。この状態で、図示しない直流電源装置により、基板
３を含む基板台２側を陽極とし、カソード部４側を陰極
として、これら両者間に直流の高電圧を印加する。する
と、チャンバ１内にプラズマ放電が発生して、上記スパ
ッタガスであるアルゴンガスが正イオン化する。この正
のアルゴンイオン（Ａｒ⁺）は、上記陽陰極間に掛かる
電界によって加速されて、陰極であるカソード部４、即
ちターゲット５の表面（図１における上面）に衝突す
る。これにより、ターゲット５の表面がスパッタされ
て、そのスパッタ粒子が、ターゲット５に対向して配置
された基板３に向かって蒸発し、基板３表面（図１にお
ける下方の面）に堆積して、ターゲット５を原料とする
組成膜が形成される。

【０００７】ところで、このスパッタリング装置では、
上述したように、ターゲット５の底面（図１における下
方側の面）側に、支持台６を介して上記磁石機構７を設
けている。よって、この磁石機構７を構成する各磁石７
１、７２の各磁極の配置関係から、ターゲット５の表面
（被スパッタ面）には、図１に矢印７４、７４で示すよ
うに、外周磁界７２に対向する部分からターゲット５の
表面に沿って内周磁界７１に対向する部分に向かう磁界
Ｂが形成される。このように、ターゲット５の表面に沿
う方向、即ち、上記電界と略直交する方向に、磁界Ｂを
形成することによって、ターゲット５の表面近傍に上記
プラズマを閉じ込めることができる。これにより、その
領域におけるアルゴンイオンの衝突機会が増加して、ス
パッタ効率が向上する。

【０００８】ただし、上記磁界Ｂの影響の少ない部分に
ついては、スパッタ効率が低く、場合によっては、全く
スパッタされない部分も生じ得る。例えば、磁石機構７
を或る位置に固定した状態で、スパッタリングを実施す
ると、ターゲット５表面の上記磁界Ｂの影響を受ける部
分のみが浸食される。具体的には、ターゲット５表面を
これに対向する側から見たとき、図６に斜線部分５１で
示すように、磁石機構７を構成する各磁石７１、７２の
各径に応じた内周半径ｒ_iと外周半径ｒ_Oとを有する浸
食幅Ｗが略一定の概略円形の環状に浸食される。これで
は、ターゲット５を効率よく使用する（消耗させる）こ
とができないばかりか、ターゲット５表面のスパッタさ
れない部分、若しくはスパッタ効率の低い部分に、一度
蒸発したスパッタ粒子が再付着して、これがチャンバ１
内のパーティクルの原因になることがある。また、この
ようにターゲット５の特定部分のみをスパッタするので
は、基板３表面に形成される膜の膜厚分布も偏ってしま
う。

【０００９】そこで、上述したように、磁石機構７を、
その中心位置Ｏからずれた位置にある回転軸Ｐを中心に
回転させる。このようにすれば、ターゲット５表面の磁
界Ｂが移動して、ターゲット５表面の被スパッタ領域が
拡大し、ターゲット５の使用効率を向上させることがで
きる。また、ターゲット５表面のスパッタされない部
分、若しくはスパッタ効率の低い部分が、減少するの
で、ターゲット５に対するスパッタ粒子の再付着量も減
少し、その分、チャンバ１内のパーティクルの発生量を
抑制できる。更に、ターゲット５は、上記回転軸Ｐを中
心として一様にスパッタされるので、基板３表面の膜厚
分布の偏りを改善できる。

【００１０】更に、上記磁石機構７の中心位置Ｏと回転
軸Ｐとの間の距離、所謂偏心距離ｂを調整すれば、ター
ゲット５の径方向における各部分での浸食量、即ち被ス
パッタ量を制御できる。従って、ターゲット５の使用効
率をより向上させたり、或いは、ターゲット５の表面全
体を満遍なくスパッタするという所謂全面エロージョン
化（浸食化）を実現できる。この全面エロージョン化に
よれば、ターゲット５に対するスパッタ粒子の再付着を
防止でき、チャンバ１内におけるパーティクルの発生を
より効果的に抑制できる。また、基板３表面の膜厚分布
の更なる均一化をも実現できる。

【００１１】上記磁石機構７を構成する各磁石７１、７
２の各寸法、特に外径寸法は、ターゲット５の半径Ｒに
応じて定められる。例えば、外周磁石７２の外径寸法
は、これに応じて定まる上記浸食部分（エロージョン）
５１の外周半径ｒ₀が、ターゲット５の半径Ｒの１／２
以上、ターゲット５の半径Ｒと略同等以下、の寸法の範
囲内（Ｒ／２≦ｒ_O≦Ｒ）となるように設定される。こ
のように、浸食部分５１の外周半径ｒ_Oの最小寸法をＲ
／２以上とするのは、これが、上記全面エロージョン化
を実現するための必要条件であるからである。また、上
記外周半径ｒ_Oの最大寸法をＲ以下と定めるのは、この
外周半径ｒ_Oをターゲット５の半径Ｒよりも大きくする
と、ターゲット５の周囲を保護する図示しないシールド
体までをもスパッタしてしまう等の様々な弊害が生じる
からである。例えば、外周磁石７２の外径寸法は、上記
浸食部分５１の外周半径ｒ_Oが、ターゲット５の半径Ｒ
の７０％乃至９０％程度の寸法となるように定められ
る。

【００１２】一方、内周磁石７１の外径寸法は、ターゲ
ット５表面のスパッタ効率を向上させるという意味で
は、極力小さくした方が好ましい。なぜなら、この内周
磁石７１の外径寸法を大きくすると、その分、上記浸食
部分５１の内周半径ｒ_i、即ち磁石機構７が非回転時の
スパッタされない領域が増えて、スパッタ効率が低下す
るからである。ただし、この内周磁石７１をあまり小さ
くし過ぎると、上記磁界Ｂとして、スパッタ効率を向上
させるのに必要な磁束密度強度が得られなくなる。従っ
て、この内周磁石７１の外径寸法については、少なくと
も、スパッタ効率を向上させるのに必要な磁界Ｂを十分
に得られる程度の大きさとし、例えば、その半径をター
ゲット５の半径Ｒの２０％前後の寸法とする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、図１の
スパッタリング装置によれば、回転軸Ｐを中心として磁
石機構７を回転させると共に、その偏心距離ｂを調整す
ることにより、ターゲット５の使用効率を向上させた
り、ターゲット５の全面エロージョン化を実現したり、
或いは、基板３表面の膜厚分布の均一化を図ることがで
きる。しかし、磁石機構７として、図５に示すような言
わば円形のもの、換言すれば、非回転時におけるターゲ
ット５の浸食部分５１の形状が円形の環状になるもの、
を使用する従来の装置では、上記ターゲット５の使用効
率の向上及び全面エロージョン化、更には膜厚分布の均
一化という、理想的な条件を、全て同時に満足すること
はできない。

【００１４】例えば、今、基板３の直径が６インチ乃至
８インチ、ターゲット５の直径２Ｒが１０インチであ
り、換言すれば、基板３の半径が、ターゲット５の半径
Ｒの約６０％乃至８０％程度の寸法であるとする。この
状態で、基板３表面の膜厚分布の均一化を図るとする。
これを実現するには、ターゲット５の径方向において、
その中心から半径Ｒの１／２の地点を境にして、この境
目よりも若干外側にスパッタ効率が最大となるポイント
を置き、上記境目よりも外側の領域の方が上記境目より
も内側の領域に比べてスパッタ効率が少し高めになるよ
うにすればよいことが知られている。そこで、磁石機構
７の中心位置Ｏを回転軸Ｐの位置から少しだけずらし、
例えば、上記偏心距離ｂを上記浸食部分５１の内周半径
ｒ_Oよりも小さい範囲内（ｂ＜ｒ_O）で設定する。この
状態で、磁石機構７を回転させながらスパッタリングを
実施したときの、ターゲット５の非浸食状態を、図７に
示す。

【００１５】同図は、ターゲット５をその中心から任意
の半径Ｒ方向に向けて切断した（と仮定した）ときの縦
端面を表す図であり、横軸は、ターゲット５の中心（回
転軸Ｐの位置）からターゲット５の周縁端（半径Ｒ）ま
での距離を表し、縦軸は、ターゲット５の上面から底面
までの深さ、即ち浸食の深さ（エロージョン深さ）を表
す（単位はいずれも任意である）。同図によれば、ター
ゲット５の半径Ｒの１／２の地点よりも若干外側に、最
も浸食の深い部分が位置し、即ちこの部分でのスパッタ
効率が最大であることが判る。そして、上記半径Ｒの１
／２の地点を境目にして、その内側の領域と外側の領域
とにおける各浸食の度合いを比較すると、外側の領域の
方が内側の領域に比べて、少し浸食の度合いが大きく、
即ちスパッタ効率が高い。この条件によれば、基板３表
面の膜厚分布は、図示しないが、比較的に均一性のとれ
た良好な分布となる。なお、このときのターゲット５全
体の使用効率（即ち、浸食された部分の容積を浸食前の
ターゲット５全体の体積で除した値の百分率）は、４０
％乃至４５％である。

【００１６】しかし、図７によれば、ターゲット５表面
の中心付近及び周縁近傍に、全くスパッタされない領域
が存在することが判る。このようにスパッタされない領
域が存在すると、上述したように、一度蒸発したスパッ
タ粒子が、上記スパッタされない領域に再付着して、こ
れがチャンバ１内のパーティクルの原因になる。

【００１７】そこで、今度は、上記パーティクルの発生
を抑制すべく、ターゲット５の全面エロージョン化を図
るとする。これを実現するには、磁石機構７の回転軸Ｐ
を上述した内周半径ｒ_iの外側に設ければよく、即ち上
記偏心距離ｂを上記内周半径ｒ_iよりも大きく（ｂ＞ｒ
_i）設定する。この状態で、磁石機構７を回転させなが
らスパッタリングを実施したときの、ターゲット５の非
浸食状態を、図８に示す。

【００１８】同図によれば、ターゲット５の表面（上
面）全体がスパッタされており、即ち全面エロージョン
化が実現されていることが判る。これにより、ターゲッ
ト５へのスパッタ粒子の再付着を防止でき、ひいてはチ
ャンバ１内のパーティクルの発生を防止できる。

【００１９】しかし、この場合、同図に示すように、タ
ーゲット５が最も浸食される部分、即ちスパッタ効率が
最大となる領域が、ターゲット５の半径Ｒの１／２の地
点よりも内側に位置し、全体として、上記ターゲット５
の半径Ｒの１／２の地点よりも内側寄りの領域が大きく
浸食される。従って、図示しないが、基板３に向かって
蒸発するスパッタ粒子は、基板３の中心付近に集中し、
その結果、基板３表面の膜厚分布は、中心付近が最も厚
い山形の不均一な分布となる。また、上記のように、浸
食部分の大半が、ターゲット５の中心寄りに偏るので、
ターゲット５全体の使用効率も、２０％乃至３０％と悪
化する。

【００２０】そこで、本発明は、ターゲット５の使用効
率の向上、パーティクルの発生を防止すべくターゲット
５の全面エロージョン化、及び基板３表面の膜厚分布の
均一化という、理想的な条件を、全て同時に満足できる
スパッタリング装置を提供することを目的とする。ま
た、このような理想的なスパッタリング装置を、既存の
装置により極めて簡単に実現できるようにすることも、
本発明の目的とするところである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、一面側を成膜対象物に対向させて配置さ
れる概略平板状のターゲットと、このターゲットの一面
側にイオンを照射するイオン照射手段と、上記ターゲッ
トの他面側に設けられ、上記ターゲットの一面側に、上
記イオン照射手段によるイオン照射に伴って発生する電
界と略直交する磁界を形成する磁界形成手段と、この磁
界形成手段を上記ターゲットの一面または他面に略垂直
な軸を中心として回転させる磁界回転手段と、を具備
し、上記磁界形成手段は、上記磁界回転手段を非回転と
した状態で上記イオン照射手段により上記ターゲットの
一面側にイオンを照射したとき、このイオン照射によ
り、上記ターゲットの一面側が、該一面をこれに対向す
る側から見たときに略一定の浸食幅で概略楕円形の環状
に浸食される状態に、上記磁界を形成するよう構成され
たものである。

【００２２】なお、磁界形成手段は、ターゲットの他面
に近接し該他面沿って概略楕円形の輪郭を有する例えば
永久磁石構成の第１の磁極部分と、上記ターゲットの他
面に近接し該他面に沿って上記第１の磁極部分の周縁を
該周縁から略一定の距離を隔てて取り囲む概略楕円形の
開口部を有する例えば永久磁石構成の第２の磁極部分
と、を備え、少なくとも第１及び第２の各磁極部分の一
方からターゲットの一面に沿って他方の磁極部分に至る
磁界を形成するもの、によって構成できる。

【００２３】また、上記磁界形成手段を非回転とした状
態で上記イオン照射によりターゲットの一面側を浸食し
たときの該ターゲットの上記概略楕円形の環状に浸食さ
れる部分の該楕円形の長軸と短軸との比を、磁界形成手
段の形成する磁界により任意に変更できるようにしても
よい。例えば、磁界形成手段が、上記第１及び第２の各
磁極部分を備えたものである場合には、第１の磁極部分
の輪郭である上記概略楕円形の長軸と短軸との比率を変
更すると共に、これに応じて、第２の磁極部分の開口部
の形状である概略楕円形の長軸と短軸との比率を変更す
ればよい。

【００２４】更に、上記磁界形成手段の回転軸を、この
磁界形成手段における上記ターゲットの概略楕円形の環
状に浸食される部分の該楕円形の中心に対応する位置か
ら、ターゲットの一面に沿う方向に、所定の距離だけ離
れた位置に設け、この所定の距離を任意に変更してもよ
い。

【００２５】即ち、本発明によれば、ターゲットの一面
側には、上記イオン照射に伴って発生する電界と略直交
する磁界が、磁界形成手段により形成される。従って、
ターゲット表面の上記磁界の影響する領域においては、
高いスパッタ効率が得られる。なお、磁界形成手段は、
これを上記磁界回転手段により回転させずに或る位置に
固定した状態でスパッタリングを実施したとき、ターゲ
ット表面が、これを正面から見たときに略一定の浸食幅
で概略楕円形の環状に浸食されるように、換言すれば、
上述した図６に示す浸食部分５１の縦横比を異ならせた
ものと略等価な形状に浸食されるように、上記磁界を形
成する。そして、この磁界形成手段を、磁界回転手段で
回転させれば、その回転軸を中心とする円周方向におい
て、ターゲット表面を一様にスパッタできる。

【００２６】ここで、ターゲットの表面に沿う方向にお
いて、上記磁界形成手段の回転軸の位置を変更すれば、
ターゲット表面の上記回転軸を中心とする円の径方向に
おける被スパッタ量を制御できる。また、本発明におい
ては、上記のように、磁界形成手段を固定してスパッタ
リングを実施したときのターゲット表面の浸食部分の形
状が、概略楕円形の環状となるように磁界形成手段を構
成している。従って、上記浸食部分が描く概略楕円形の
環状の長軸と短軸との比率を変更するように磁界形成手
段が形成する磁界の形体を変更することによっても、タ
ーゲット表面の上記回転軸を中心とする円の径方向にお
ける被スパッタ量を制御できる。従って、本発明によれ
ば、ターゲット５の表面の各部分における被スパッタ量
を制御するのに回転軸Ｐの位置（偏心距離ｂ）の調整に
しか頼らざるを得ない上述した従来のスパッタリング装
置に比べて、より詳細かつ精密にターゲット表面の各部
分における被スパッタ量を制御できる。

【００２７】また、上記磁界形成手段を固定してスパッ
タリングを実施したときのターゲット表面の浸食部分の
形状は、概略楕円形の環状であるので、一般に知られて
いる楕円の計算式に基づいて、ターゲット表面の各部分
におけるスパッタ量や、ターゲットの使用効率及び成膜
対象物表面の膜厚分布等を、比較的に容易に算出でき
る。特に、磁界形成手段を、永久磁石構成の上記第１及
び第２の各磁極部分により実現すれば、これら永久磁石
の寸法及び形状や、回転軸の位置等を、上記楕円の式に
基づいて比較的に容易に算出できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明に係るスパッタリング装置
の一実施の形態について、図１から図４を参照して説明
する。なお、本実施の形態では、図１における磁石機構
７として、上述した図５に示す従来のものに代えて、図
２に示すものを用いる。これ以外については、従来の装
置と同様であるので、ここでは、その詳細な説明は省略
する。

【００２９】図２に示すように、本実施の形態における
磁石機構７も、図５に示す従来のものと同様に、内周磁
石７１と、この内周磁石７１の周囲を取り囲む中空の外
周磁石７２と、これら各磁石７１、７２を連結固定する
ヨーク７３と、から成る。ただし、本実施の形態に係る
磁石機構７は、その平面形状が言わば楕円形のもので、
この点が、従来の言わば円形のものと大きく異なる。

【００３０】詳しく説明すると、本実施の形態における
内周磁石７１は、水平方向（図２（ａ）において紙面に
沿う方向）に沿う断面が楕円形の柱状のものである。そ
して、外周磁石７２は、水平方向に沿いかつ内周磁石７
１の中心を通る全ての方向において、その中空部の内周
壁から内周磁石７１の外周壁までの距離ｄが略一定であ
り、また、上記方向における肉厚ｔも一定のものであ
る。なお、各磁石７１、７２の各高さ寸法は、従来のも
のと同様、例えば互いに略同等である。また、各磁石７
１、７２の各磁極の向きも、従来のものと同様であり、
即ち、内周磁石７１については上面側がＳ極、底面側が
Ｎ極で、外周磁石７２については上面側がＮ極、底面側
がＳ極である。

【００３１】従って、上記図２に示す磁石機構７を用い
た本実施の形態のスパッタリング装置によれば、磁石機
構７を或る位置に固定した状態で、スパッタリングを実
施すると、ターゲット５表面は、この表面をこれに対向
する側から見たとき、図３に斜線部分５０で示すよう
に、各磁石７１、７２の平面形状に応じた浸食幅Ｗが略
一定の概略楕円形の環状に浸食される。具体的には、タ
ーゲット５表面の内周磁石７１上面に対向する部分であ
って、内周磁石７１上面の輪郭に応じた長軸ｍ_i及び短
軸ｎ_iを有する楕円形の部分は、スパッタされない。そ
して、この長軸ｍ _i及び短軸ｎ_iを有する楕円形の外側
から、外周磁石７２上面の輪郭に応じた長軸ｍ_O及び短
軸ｎ_Oを有する楕円形の内側までの部分が、浸食され
る。

【００３２】本実施の形態においても、実際にスパッタ
リングを実施する際には、上述した回転軸Ｐを中心に上
記磁石機構７を回転させる。その際、回転軸Ｐと磁石機
構７の中心位置Ｏとの間の距離、所謂偏心距離ｂを調整
すれば、上述した従来の装置と同様に、ターゲット５の
径方向における各部分での浸食量、即ち被スパッタ量を
制御できる。

【００３３】ところで、本実施の形態では、上記のよう
に、磁石機構７として、その平面形状が言わば楕円形の
ものを使用しているので、その楕円形の長軸と短軸との
比率、所謂縦横比を変更すれば、これに応じて、上記非
回転時における浸食部分５０の縦横比（詳しくは、内周
縁と外周縁との各長短軸ｍ_i及びｎ_i、ｍ_O及びｎ_Oの
比率）も変わる。従って、この浸食部分５０の縦横比を
変更した上で、これを上記回転軸Ｐを中心に回転させる
と、ターゲット５の径方向における各部分の被スパッタ
量も当然に変化する。つまり、本実施の形態によれば、
上記浸食部分５０の縦横比によっても、ターゲット５の
径方向における各部分の被スパッタ量を制御でき、よっ
て、上記偏心距離ｂの調整にしか頼らざるを得なかった
従来の装置に比べて、より詳細かつ精密なスパッタリン
グ制御を実現できる。

【００３４】ここで、上記回転軸Ｐを、例えば上記短軸
ｎ_i（またはｎ_O）上またはその延長線上に設けるとす
る。この場合、上記浸食部分５０の内周縁と外周縁と
は、それぞれ、回転軸Ｐを原点として、次の数１に示す
一般に知られている楕円形の関数で表すことができる。

【００３５】

【数１】

【００３６】このように、上記浸食部分５０は、関数表
示できる形状であるので、例えば、ターゲット５の径方
向における各部分の被浸食量や、ターゲット５の使用効
率、或いは基板３表面の膜厚分布等について、上記関数
を用いた計算により容易に予測できる。また、ターゲッ
ト５の全面エロージョン化を実現するには、ターゲット
５の半径Ｒに応じて、概ね次の数２を満足するように、
上記被回転時における浸食部分５０の各長軸ｍ_i、
ｍ_O、及び各短軸ｎ_i、ｎ_Oを定めればよい。

【００３７】

【数２】

【００３８】従って、上記数１及び数２により、ターゲ
ット５の半径Ｒに応じて、理想的なスパッタを実現する
ための磁石機構７の条件、例えば各磁石７１、７２の縦
横比を含む寸法や、上記偏心距離ｂ等を、比較的に容易
に導出でき、即ち最適化できる。

【００３９】図４に、本実施の形態に係る磁石機構７を
用いて実際にスパッタリングを実施したときの、ターゲ
ット５の非浸食状態の一例を示す。なお、このときの磁
石機構７の条件としては、その横寸法（水平方向におけ
る外周磁石７２周縁の短軸長さ寸法）を、ターゲット５
の直径２Ｒの約８０％とし、縦寸法（水平方向における
外周磁石７２周縁の長軸長さ寸法）を、上記横寸法の約
１２０％とした。そして、外周磁石７２の周縁が、ター
ゲット５の周縁と略一致する（接する）か、若しくはタ
ーゲット５周縁よりも若干外側に食み出る程度の構成と
なるように、外周磁石７２の短軸上であって、内周磁石
７１の周縁近傍、厳密には、上記非回転時における浸食
部分５０の内周縁よりも若干外側に対応する位置に、回
転軸Ｐを設けた。

【００４０】同図によれば、上述した図７と同様に、タ
ーゲット５の半径Ｒの１／２の地点よりも若干外側に、
最も浸食の深い部分が位置し、即ちこの部分でのスパッ
タ効率が最大であることが判る。そして、上記半径Ｒの
１／２の地点を境目にして、それよりも外側の領域の方
が内側の領域に比べて、浸食の度合いが大きく、即ちス
パッタ効率が高い。従って、例えば、基板３の半径が、
ターゲット５の半径Ｒの約６０％乃至８０％程度の寸法
であるときは、図示しないが、基板３表面の膜厚分布
は、均一性のとれた良好な分布となる。

【００４１】また、図４によれば、上述した図８と同様
に、ターゲット５の表面（上面）全体がスパッタされて
おり、即ち全面エロージョン化が実現されていることが
判る。従って、ターゲット５へのスパッタ粒子の再付着
を防止でき、ひいてはチャンバ１内のパーティクルの発
生を防止できる。

【００４２】更に、図４によれば、上記図７及び図８の
場合に比べて、ターゲット５全体が大きく浸食されてお
り、即ち使用効率が高いことが判る。因みに、図４に示
すターゲット５全体の使用効率は、約６０％である。従
って、上記従来の装置に比べて、ターゲット５を有効に
使用でき、よって、このスパッタリング装置による生産
物（即ち成膜後の基板）の最終的なコストを抑制でき
る。このことは、ターゲット５として、例えばイリジウ
ム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の比較的に高価な原料を使
用する場合に、非常に有効である。

【００４３】このように、本実施の形態によれば、磁石
機構７を、図２に示すものに置き換えるだけで、ターゲ
ット５の使用効率の向上、ターゲット５の全面エロージ
ョン化、及び基板３表面の膜厚分布の均一化という、全
ての条件を同時に満足することができる。

【００４４】なお、本実施の形態においては、図３に示
すような浸食部分５０の形状を得るために、図２に示す
ような言わば楕円形の磁石機構７を用いたがこれに限ら
ない。即ち、上記図３に示す形状を得られるのであれ
ば、磁石機構７の構造を、図２に以外の構造としてもよ
い。また、磁石機構７を構成する各磁石７１、７２の各
磁極の向きを、上記図２に示す向きと反対にしてもよい
し、これら各磁石７１、７２の高さ寸法を、状況に応じ
て異にする構造としてもよい。そして、上記各磁石７
１、７２は、例えば電磁石等の永久磁石以外の手段によ
り構成してもよい。

【００４５】本実施の形態において、ターゲット５にア
ルゴンイオンを照射するために、チャンバ１内にアルゴ
ンガスを導入するガス導入系８と、基板３とターゲット
５との間に直流の高電圧を印加してプラズマ放電を発生
させる直流電源装置とが、特許請求の範囲に記載のイオ
ン照射手段に対応する。なお、上記プラズマ放電を発生
させるための電源装置は、ここで言う直流電源装置に限
らず、例えば交流電力や高周波電力、更にはパルス電力
等の他の態様の電力を供給する電源装置を用いてもよ
い。そして、本実施の形態における磁石機構７が、特許
請求の範囲に記載の磁界形成手段に対応し、この磁石機
構７を構成する内周磁石７１及び外周磁石７２の各上面
が、それぞれ、特許請求の範囲に記載の第１の磁極部分
及び第２の磁極部分に対応する。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明のスパッタリング
装置によれば、磁界形成手段を固定してスパッタリング
を実施したときのターゲット表面の浸食部分の形状が、
概略楕円形の環状となるように磁界形成手段を構成して
いる。そして、この磁界形成手段を回転させる際の回転
軸の位置、及び、上記浸食部分が描く概略楕円形の環状
の長軸と短軸との比率を変更するように磁界形成手段の
形成する磁界の形体を調整することによって、ターゲッ
ト表面の上記回転軸を中心とする円の半径方向における
被スパッタ量を制御する。従って、ターゲット５表面の
各部分における被スパッタ量を制御するのに偏心距離ｂ
の調整にしか頼らざるを得ない上述した従来のスパッタ
リング装置に比べて、より詳細かつ精密にターゲット表
面の各部分における被スパッタ量を制御できる。よっ
て、例えば、ターゲットの使用効率の向上、ターゲット
の全面エロージョン化、及び成膜対象物表面の膜厚分布
の均一化という、スパッタリング装置としての理想的な
条件を、全て同時に満足することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタリング装置の概略構成を示す図であ
る。

【図２】本発明に係るスパッタリング装置の一実施の形
態における磁石機構の概略構成を示す図で、（ａ）は、
その平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ端面図で
ある。

【図３】本実施の形態において、図２の磁石機構を用い
て、この磁石機構を或る位置に固定した状態でターゲッ
トをスパッタしたときのターゲットの浸食状態を上方か
ら見た図である。

【図４】本実施の形態において、図２の磁石機構を用い
て、この磁石機構を回転させながらターゲットをスパッ
タしたときのターゲットの浸食状態を示す一部端面図で
ある。

【図５】従来のスパッタリング装置における磁石機構の
概略構成を示す図で、（ａ）は、その平面図、（ｂ）
は、（ａ）におけるＢ−Ｂ端面図である。

【図６】図５の磁石機構を用いて、この磁石機構を或る
位置に固定した状態でターゲットをスパッタしたときの
ターゲットの浸食状態を上方から見た図である。

【図７】図５の磁石機構を用いて、この磁石機構を回転
させながらターゲットをスパッタしたときのターゲット
の浸食状態を示す一部端面図である。

【図８】図５の磁石機構を用いて、図７とは異なる条件
で磁石機構を回転させながらターゲットをスパッタした
ときのターゲットの浸食状態を示す一部端面図である。

【符号の説明】

１チャンバ３基板５ターゲット７磁石機構７１、７２永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面側を成膜対象物に対向させて配置さ
れる概略平板状のターゲットと、このターゲットの一面側にイオンを照射するイオン照射
手段と、上記ターゲットの他面側に設けられ、上記ターゲットの
一面側に、上記イオン照射手段によるイオン照射に伴っ
て発生する電界と略直交する磁界を形成する磁界形成手
段と、この磁界形成手段を上記ターゲットの一面または他面に
略垂直な軸を中心として回転させる磁界回転手段と、を
具備し、上記磁界形成手段は、上記磁界回転手段を非回転とした
状態で上記イオン照射手段により上記ターゲットの一面
側にイオンを照射したとき、このイオン照射により、上
記ターゲットの一面側が、該一面をこれに対向する側か
ら見たときに略一定の浸食幅で概略楕円形の環状に浸食
される状態に、上記磁界を形成するよう構成されたマグ
ネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】上記磁界形成手段が、上記ターゲットの
他面に近接し該他面沿って概略楕円形の輪郭を有する第
１の磁極部分と、上記ターゲットの他面に近接し該他面
に沿って上記第１の磁極部分の周縁を該周縁から略一定
の距離を隔てて取り囲む概略楕円形の開口部を有する第
２の磁極部分と、を備え、少なくとも上記第１及び第２
の各磁極部分の一方から上記ターゲットの一面に沿って
他方の磁極部分に至る磁界を形成する状態に構成された
請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】上記磁界形成手段を非回転とした状態で
上記イオン照射により上記ターゲットの一面側を浸食し
たときの該ターゲットの上記概略楕円形の環状に浸食さ
れる部分の該楕円形の長軸と短軸との比を、上記磁界形
成手段の形成する磁界により変更可能とした請求項１に
記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】上記磁界形成手段の回転軸を、該磁界形
成手段における上記ターゲットの上記概略楕円形の環状
に浸食される部分の該楕円形の中心に対応する位置か
ら、上記ターゲットの一面に沿う方向に、所定の距離だ
け離れた位置に設け、該所定の距離を変更可能とした請
求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。