JP2001271163A - 磁気中性線放電スパッタ装置 - Google Patents
磁気中性線放電スパッタ装置Info
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- JP2001271163A JP2001271163A JP2000084760A JP2000084760A JP2001271163A JP 2001271163 A JP2001271163 A JP 2001271163A JP 2000084760 A JP2000084760 A JP 2000084760A JP 2000084760 A JP2000084760 A JP 2000084760A JP 2001271163 A JP2001271163 A JP 2001271163A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】容量結合型の新しいＮＬＤプラズマ生成方式に
よるスパッタ装置を提供する。 【解決手段】本スパッタ装置は、スパッタターゲットを
横切って同軸上に配列した同磁力線方向の対を成した磁
場発生手段を複数組設け、隣接した組の磁場発生手段に
よる磁力線方向が互いに逆向きになるようにし、磁場発
生手段の隣接した組の中間においてスパッタターゲット
の面に対して垂直方向に磁場ゼロの線を形成するように
構成したスパッタ電極を有する。
よるスパッタ装置を提供する。 【解決手段】本スパッタ装置は、スパッタターゲットを
横切って同軸上に配列した同磁力線方向の対を成した磁
場発生手段を複数組設け、隣接した組の磁場発生手段に
よる磁力線方向が互いに逆向きになるようにし、磁場発
生手段の隣接した組の中間においてスパッタターゲット
の面に対して垂直方向に磁場ゼロの線を形成するように
構成したスパッタ電極を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体や電子部品及
び機械部品の表面を改質するスパッタ装置に関するもの
である。
び機械部品の表面を改質するスパッタ装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来のスパッタ装置としては、ターゲッ
ト裏面に電磁石や永久磁石を配置し、ターゲット面上に
ターゲットと平行な磁力線を形成し、リング状のマグネ
トロン放電を発生させるようにしたものが知られてい
る。マグネトロン放電は、ターゲット表面に形成される
シース電場と直行する磁場が印加されたとき発生し、磁
力線に対し右方向に電子のＥ×Ｂドリフトが起こりリン
グ状の濃いプラズマが形成される。ターゲッ
トと平行な磁場が形成される個所のプラズマ密度が大
きくなるため、その部位のエロージョン速度が大きく、
リング状の溝が形成される。
ト裏面に電磁石や永久磁石を配置し、ターゲット面上に
ターゲットと平行な磁力線を形成し、リング状のマグネ
トロン放電を発生させるようにしたものが知られてい
る。マグネトロン放電は、ターゲット表面に形成される
シース電場と直行する磁場が印加されたとき発生し、磁
力線に対し右方向に電子のＥ×Ｂドリフトが起こりリン
グ状の濃いプラズマが形成される。ターゲッ
トと平行な磁場が形成される個所のプラズマ密度が大
きくなるため、その部位のエロージョン速度が大きく、
リング状の溝が形成される。
【０００３】このようにマグネトロン放電は大変効率の
良い放電方式である。しかしながら、２成分以上の元素
を含む物質をスパッタし、合金や化合物を成膜するとき
には組成に応じてターゲットを交換するという不便さが
あった。
良い放電方式である。しかしながら、２成分以上の元素
を含む物質をスパッタし、合金や化合物を成膜するとき
には組成に応じてターゲットを交換するという不便さが
あった。
【０００４】ところで、半導体やコーティング分野等の
薄膜製造工程では、プラズマを用いて基板の一部分ある
いは基板上に形成した薄膜の一部分を選択的に除去する
エッチング工程と、こうしてできた表面に配線用の薄膜
や絶縁性薄膜を形成するデポジション工程が繰り返し施
される。 最近の半導体デバイスの作製においては、最
小線幅0.1 μｍの超微細加工技術と共に、ウエハの大口
径化が急速に進められている。そのため、大面積での均
一なプロセスを行うことができるプラズマ源が求められ
ている。磁気中性線放電（ＮＬＤ）プラズマは、磁場ゼ
ロ周りでの電子が非線型な運動を行うため、電子の加熱
が効率的に起こり、低ガス圧で低電子温度・高密度のプ
ラズマが得られる。
薄膜製造工程では、プラズマを用いて基板の一部分ある
いは基板上に形成した薄膜の一部分を選択的に除去する
エッチング工程と、こうしてできた表面に配線用の薄膜
や絶縁性薄膜を形成するデポジション工程が繰り返し施
される。 最近の半導体デバイスの作製においては、最
小線幅0.1 μｍの超微細加工技術と共に、ウエハの大口
径化が急速に進められている。そのため、大面積での均
一なプロセスを行うことができるプラズマ源が求められ
ている。磁気中性線放電（ＮＬＤ）プラズマは、磁場ゼ
ロ周りでの電子が非線型な運動を行うため、電子の加熱
が効率的に起こり、低ガス圧で低電子温度・高密度のプ
ラズマが得られる。
【０００５】このようなＮＬＤプラズマは、既にエッチ
ングプロセスには利用されており、高アスペクト比の超
微細加工ができ、優秀な新プラズマ源として注目されて
いる。（例えば特開平７−２６３１９２公報参照）。
ングプロセスには利用されており、高アスペクト比の超
微細加工ができ、優秀な新プラズマ源として注目されて
いる。（例えば特開平７−２６３１９２公報参照）。
【０００６】一方、デポジション工程では、上述のよう
に現在マグネトロンやＥＣＲプラズマ等を用いるスパッ
タデポジション方式により低温、高速成膜や低ガス圧で
の高品質成膜作製などが実現されているが、まだ他のコ
ーティングに比べて低いデポジション速度やターゲット
の局部的な侵食や大面積成膜での限界等、改善しなけれ
ばならない問題点がある。
に現在マグネトロンやＥＣＲプラズマ等を用いるスパッ
タデポジション方式により低温、高速成膜や低ガス圧で
の高品質成膜作製などが実現されているが、まだ他のコ
ーティングに比べて低いデポジション速度やターゲット
の局部的な侵食や大面積成膜での限界等、改善しなけれ
ばならない問題点がある。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】そこで、本発明者等は
高効率プラズマ源として期待されているＮＬＤプラズマ
を用いたスパッタデポジション分野への新しい応用につ
いて研究を重ねてきた結果、ＮＬＤプラズマをスパッタ
用プラズマ源として適用するには、まず、ターゲット表
面上に高効率の磁気中性線又は磁気中性点放電を生成さ
せることがキーポイントとなる。そのためには、ＮＬＤ
の複雑な電磁界構造やアンテナの存在等の問題点を解決
する必要がある。
高効率プラズマ源として期待されているＮＬＤプラズマ
を用いたスパッタデポジション分野への新しい応用につ
いて研究を重ねてきた結果、ＮＬＤプラズマをスパッタ
用プラズマ源として適用するには、まず、ターゲット表
面上に高効率の磁気中性線又は磁気中性点放電を生成さ
せることがキーポイントとなる。そのためには、ＮＬＤ
の複雑な電磁界構造やアンテナの存在等の問題点を解決
する必要がある。
【０００８】従って、本発明は、容量結合型の新しいＮ
ＬＤプラズマ生成方式によるスパッタ装置を提供するこ
とを目的としている。
ＬＤプラズマ生成方式によるスパッタ装置を提供するこ
とを目的としている。
【０００９】上記の目的を達成するために、本発明によ
れば、スパッタターゲットを横切って同軸上に配列した
同磁力線方向の対を成した磁場発生手段を複数組設け、
隣接した組の磁場発生手段による磁力線方向が互いに逆
向きになるようにし、磁場発生手段の隣接した組の中間
においてスパッタターゲットの面に対して垂直方向に磁
場ゼロの線を形成するように構成したスパッタ電極を有
することを特徴とする磁気中性線放電スパッタ装置が提
供される。
れば、スパッタターゲットを横切って同軸上に配列した
同磁力線方向の対を成した磁場発生手段を複数組設け、
隣接した組の磁場発生手段による磁力線方向が互いに逆
向きになるようにし、磁場発生手段の隣接した組の中間
においてスパッタターゲットの面に対して垂直方向に磁
場ゼロの線を形成するように構成したスパッタ電極を有
することを特徴とする磁気中性線放電スパッタ装置が提
供される。
【００１０】スパッタターゲットは、好ましくは対の磁
場発生手段の組数と同数の多数のターゲット材から成り
得る。この場合、各ターゲット材として傾斜材料を使用
し、各対の磁場発生手段を動かすことにより組成制御で
きるように構成され得る。好ましくは、各対の磁場発生
手段は永久磁石から成り得、一方の永久磁石を他方の永
久磁石に対して同軸線上で動くように構成され得る。
場発生手段の組数と同数の多数のターゲット材から成り
得る。この場合、各ターゲット材として傾斜材料を使用
し、各対の磁場発生手段を動かすことにより組成制御で
きるように構成され得る。好ましくは、各対の磁場発生
手段は永久磁石から成り得、一方の永久磁石を他方の永
久磁石に対して同軸線上で動くように構成され得る。
【００１１】また本発明のスパッタ装置においては、タ
ーゲットに直接ＲＦ電力を印加して各磁場ゼロの線に沿
って容量性ＲＦ電場をかけるように構成され得る。
ーゲットに直接ＲＦ電力を印加して各磁場ゼロの線に沿
って容量性ＲＦ電場をかけるように構成され得る。
【００１２】本発明の別の特徴によれば、スパッタター
ゲットはドーナツ状に成し、各対の磁場発生手段の一方
がドーナツ状ターゲットの内径内にまた他方がドーナツ
状ターゲットの外径外に放射状かつ同軸上に配列され
る。
ゲットはドーナツ状に成し、各対の磁場発生手段の一方
がドーナツ状ターゲットの内径内にまた他方がドーナツ
状ターゲットの外径外に放射状かつ同軸上に配列され
る。
【００１３】エロージョン領域を変えるために、ドーナ
ツ状ターゲットの外径外に配列された磁場発生手段の径
を変えることができるように構成され得る。
ツ状ターゲットの外径外に配列された磁場発生手段の径
を変えることができるように構成され得る。
【００１４】好ましくは、ドーナツ状ターゲットは対の
磁場発生手段の組数と同数に分割した多数のターゲット
材から成り得、各ターゲット材は傾斜組成を持つ材料で
構成され得る。
磁場発生手段の組数と同数に分割した多数のターゲット
材から成り得、各ターゲット材は傾斜組成を持つ材料で
構成され得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１には本発明の磁気
中性線放電スパッタ装置の一つの実施の形態を概略的に
示し、１は真空チャンバで、この真空チャンバ１内に、
処理すべき基板２及びスパッタ電極３が対向して配置さ
れている。
の実施の形態について説明する。図１には本発明の磁気
中性線放電スパッタ装置の一つの実施の形態を概略的に
示し、１は真空チャンバで、この真空チャンバ１内に、
処理すべき基板２及びスパッタ電極３が対向して配置さ
れている。
【００１６】スパッタ電極３はアノード本体４を備え、
このアノード本体４は図示実施の形態では円形の中央部
分４ａと環状の周囲部分４ｂとで構成され、それぞれシ
ールド材で覆われている。中央部分４ａと周囲部分４ｂ
との間には、ドーナツ状（環状）のターゲット支持部５
が画定され、このターゲット支持部５にドーナツ状のタ
ーゲット６が装着されている。ターゲット支持部５の周
囲壁はテフロン（登録商標）のような絶縁体で形成さ
れ、その内側には、アノード本体４の中央部分４ａの外
周壁及びアノード本体４の周囲部分４ｂの内周壁との間
に1〜２mm程度のパッシェンミニマム以下の微小間極７
を画定するように陰極反射壁８が設けられている。また
ターゲット支持部５のドーナツ状のターゲット６の裏側
部分には図示していないがターゲット６の固定及び交換
用冶具、冷却手段並びにＲＦ電力印加手段が組込まれて
いる。当然、冷却手段はアノード本体４にも設けられて
いる。ＲＦ電力印加手段はマッチングボックス（図示し
ていない）を介して適当なＲＦ電源に接続されている。
このアノード本体４は図示実施の形態では円形の中央部
分４ａと環状の周囲部分４ｂとで構成され、それぞれシ
ールド材で覆われている。中央部分４ａと周囲部分４ｂ
との間には、ドーナツ状（環状）のターゲット支持部５
が画定され、このターゲット支持部５にドーナツ状のタ
ーゲット６が装着されている。ターゲット支持部５の周
囲壁はテフロン（登録商標）のような絶縁体で形成さ
れ、その内側には、アノード本体４の中央部分４ａの外
周壁及びアノード本体４の周囲部分４ｂの内周壁との間
に1〜２mm程度のパッシェンミニマム以下の微小間極７
を画定するように陰極反射壁８が設けられている。また
ターゲット支持部５のドーナツ状のターゲット６の裏側
部分には図示していないがターゲット６の固定及び交換
用冶具、冷却手段並びにＲＦ電力印加手段が組込まれて
いる。当然、冷却手段はアノード本体４にも設けられて
いる。ＲＦ電力印加手段はマッチングボックス（図示し
ていない）を介して適当なＲＦ電源に接続されている。
【００１７】アノード本体４の中央部分４ａ及び周囲部
分４ｂには、永久磁石９ａ、９ｂが対を成して放射状か
つ同軸上に設けられ、図示構成では図２に示すように全
部で八組の永久磁石９ａ、９ｂが実質的に等間隔に配列
されている。隣接した各対の永久磁石９ａ、９ｂは、磁
力線方向が互いに逆向きになるように配列され、またア
ノード本体４の周囲部分４ｂに設けられた各永久磁石９
ｂは、対を成す永久磁石９ａに対して軸線上を離れる方
向に動くことができるように構成され得る。また、各対
の永久磁石９ａ、９ｂの磁気回路は、図２に符号１０で
示すように磁力線がターゲット支持部５における対向し
た陰極反射壁８の一方から出て他方へ又は他方から出で
一方へ入るように構成され、それによりターゲット６上
に空間的に一様でない磁場分布となり、対の永久磁石９
ａ、９ｂの隣接した組の中間においてターゲット６の面
に対して垂直方向に磁場ゼロの領域１１が形成される。
なお、各陰極反射壁８の頂端はターゲット６の面より若
干上方までのびている。また各微小間極７上にはスパッ
タリングされた粒子が各微小間極７内へ流入するを防止
するガードリング１２が取り外し可能に設けられ、各微
小間極７内における膜の形成を防止している。
分４ｂには、永久磁石９ａ、９ｂが対を成して放射状か
つ同軸上に設けられ、図示構成では図２に示すように全
部で八組の永久磁石９ａ、９ｂが実質的に等間隔に配列
されている。隣接した各対の永久磁石９ａ、９ｂは、磁
力線方向が互いに逆向きになるように配列され、またア
ノード本体４の周囲部分４ｂに設けられた各永久磁石９
ｂは、対を成す永久磁石９ａに対して軸線上を離れる方
向に動くことができるように構成され得る。また、各対
の永久磁石９ａ、９ｂの磁気回路は、図２に符号１０で
示すように磁力線がターゲット支持部５における対向し
た陰極反射壁８の一方から出て他方へ又は他方から出で
一方へ入るように構成され、それによりターゲット６上
に空間的に一様でない磁場分布となり、対の永久磁石９
ａ、９ｂの隣接した組の中間においてターゲット６の面
に対して垂直方向に磁場ゼロの領域１１が形成される。
なお、各陰極反射壁８の頂端はターゲット６の面より若
干上方までのびている。また各微小間極７上にはスパッ
タリングされた粒子が各微小間極７内へ流入するを防止
するガードリング１２が取り外し可能に設けられ、各微
小間極７内における膜の形成を防止している。
【００１８】以上のように構成した装置の作用について
説明する。まず実験で使用した装置の各部の詳細につい
て例示する。真空チャンバ1内の条件として動作圧力は
５ｍTorr以下、ベース圧力は１０− ６Torr以下、平均自
由行程は数ｃｍ以上となるように設定した。スパッタ電
極３は直径２７５mm、厚さ８０mmで、アノード本体４の
中央部分４ａの直径は４５mmとし、また周囲部分４ｂの
幅は３５mmとし、ターゲット支持部５の幅は７５mmと
し、各微小間極７の間隔は２．５mmとした。
説明する。まず実験で使用した装置の各部の詳細につい
て例示する。真空チャンバ1内の条件として動作圧力は
５ｍTorr以下、ベース圧力は１０− ６Torr以下、平均自
由行程は数ｃｍ以上となるように設定した。スパッタ電
極３は直径２７５mm、厚さ８０mmで、アノード本体４の
中央部分４ａの直径は４５mmとし、また周囲部分４ｂの
幅は３５mmとし、ターゲット支持部５の幅は７５mmと
し、各微小間極７の間隔は２．５mmとした。
【００１９】ドーナツ状ターゲット６としては外径２０
０mm、厚さ約５mmの銅のターゲットを使用した。磁場発
生手段としての永久磁石は、表面磁束密度が２ｋＧ、各
対の永久磁石９ａ、９ｂの対向距離が約８〜１０mm、タ
ーゲット６上に０〜数百ガウスの一様でない磁場が形成
されるように構成した。容量性ＲＦ放電用のＲＦ電源の
出力は０〜１ｋＷとし、ターゲット６上に永久磁石９
ａ、９ｂによって形成された磁場の磁力線に対して垂直
方向のＲＦ電場が印加されるようにした。
０mm、厚さ約５mmの銅のターゲットを使用した。磁場発
生手段としての永久磁石は、表面磁束密度が２ｋＧ、各
対の永久磁石９ａ、９ｂの対向距離が約８〜１０mm、タ
ーゲット６上に０〜数百ガウスの一様でない磁場が形成
されるように構成した。容量性ＲＦ放電用のＲＦ電源の
出力は０〜１ｋＷとし、ターゲット６上に永久磁石９
ａ、９ｂによって形成された磁場の磁力線に対して垂直
方向のＲＦ電場が印加されるようにした。
【００２０】図２に示すようにターゲット６及び磁場形
成用の八対の永久磁石９ａ、９ｂを配置して構成した場
合には、八つの磁気中性点１３が対になった隣接磁石組
の中間に形成される。この場合対の永久磁石のうちター
ゲット６の外側に配置した永久磁石９ｂを外方へ遠ざけ
ると、磁気中 性点１３の位置は外方へ変位
する。
成用の八対の永久磁石９ａ、９ｂを配置して構成した場
合には、八つの磁気中性点１３が対になった隣接磁石組
の中間に形成される。この場合対の永久磁石のうちター
ゲット６の外側に配置した永久磁石９ｂを外方へ遠ざけ
ると、磁気中 性点１３の位置は外方へ変位
する。
【００２１】図３には、コンピュータシミュレーション
による四つの永久磁石により一つの磁場ゼロの領域が形
成される様子を示している。
による四つの永久磁石により一つの磁場ゼロの領域が形
成される様子を示している。
【００２２】また図４〜図７には、各対の二つの永久磁
石９ａ、９ｂ間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石９
ａ、９ｂ間の距離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変え
たときの磁場の形成状態をコンピュータシミュレーショ
ンで示す。
石９ａ、９ｂ間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石９
ａ、９ｂ間の距離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変え
たときの磁場の形成状態をコンピュータシミュレーショ
ンで示す。
【００２３】図８には、半径（Ｌ）１cmの磁場ゼロの領
域におけるプラズマの電子挙動を示し、電磁場の方向が
同じであるので、電子挙動の特性はほとんど変わらな
い。
域におけるプラズマの電子挙動を示し、電磁場の方向が
同じであるので、電子挙動の特性はほとんど変わらな
い。
【００２４】このようにして形成された磁気中性点１３
に沿って、ターゲット６に直接印加されたＲＦ電力によ
る容量性ＲＦ電場の作用で点状の濃いプラズマが形成さ
れる。
に沿って、ターゲット６に直接印加されたＲＦ電力によ
る容量性ＲＦ電場の作用で点状の濃いプラズマが形成さ
れる。
【００２５】また、本発明によれば、磁場形成用の永久
磁石９ａ、９ｂの組数と同数に分割した傾斜材料（図１
及び図２に示す実施の形態では八つの扇型傾斜材料）で
ターゲットを形成し、永久磁石を回転できるように構成
することにより成膜の組成を制御できるようにすること
ができる。図９には、八分割された傾斜材料の一つを径
方向に沿った側面図で示す。磁場とターゲットの相対的
な角度を変えて磁気中性点の形成される位置を、例え
ば、アノード本体４の中央部分４ａに近い位置すなわち
Ａ物質組成百分率１００の位置にすればＡ物質の組成が
大きな膜を基板２上に形成することができる。これに対
して磁気中性点の位置をアノード本体４の周囲部分４ｂ
に近い位置すなわちＢ物質組成百分率１００の位置に形
成できるようにすればＢ物質の組成が大きな膜を基板２
上に形成することができる。また、各対の永久磁石９
ａ、９ｂの位置をその軸線上に沿って相対的に変位させ
ることにより、Ａ、Ｂ両物質の所望の組成をもつ膜を基
板２上に形成することができる。
磁石９ａ、９ｂの組数と同数に分割した傾斜材料（図１
及び図２に示す実施の形態では八つの扇型傾斜材料）で
ターゲットを形成し、永久磁石を回転できるように構成
することにより成膜の組成を制御できるようにすること
ができる。図９には、八分割された傾斜材料の一つを径
方向に沿った側面図で示す。磁場とターゲットの相対的
な角度を変えて磁気中性点の形成される位置を、例え
ば、アノード本体４の中央部分４ａに近い位置すなわち
Ａ物質組成百分率１００の位置にすればＡ物質の組成が
大きな膜を基板２上に形成することができる。これに対
して磁気中性点の位置をアノード本体４の周囲部分４ｂ
に近い位置すなわちＢ物質組成百分率１００の位置に形
成できるようにすればＢ物質の組成が大きな膜を基板２
上に形成することができる。また、各対の永久磁石９
ａ、９ｂの位置をその軸線上に沿って相対的に変位させ
ることにより、Ａ、Ｂ両物質の所望の組成をもつ膜を基
板２上に形成することができる。
【００２６】本発明によるスパッタ装置による成膜特性
を従来のマグネトロンスパッタ装置及び磁場なしスパッ
タ装置の場合と比較して下表に示す。なお成膜条件とし
てＲＦ電力は400ワット、ターゲット材料はＣｕ、基板
とターゲットとの距離は１５cmとした。 動作ガス圧 ２ｍTorr １０ｍTorr 本発明のスパッタ装置 0.3 〜0.4 μｍ 1.2〜1.5μｍ マグネトロンスパッタ装置 0.25〜0.35μｍ １ 〜1.2μｍ 磁場なしスパッタ装置 0.12〜0.15μｍ 0.4〜0.5μｍ ここで上記数値は一定の時間スパッタした時の相対的ス
パッタ速度である。上記表から、本発明のスパッタ装置
は従来の方式との装置に比べて成膜速度が約３倍程度と
大幅に増大されていることが判る。また成膜の均一性で
も優れていることが認められた。また図１及び図２に示
すスパッタ装置の動作においてプラズマ発光について観
察した結果、図１０に示すように八個のヌル放電の強い
発光が ０〜10ガウス領域に観測された。
を従来のマグネトロンスパッタ装置及び磁場なしスパッ
タ装置の場合と比較して下表に示す。なお成膜条件とし
てＲＦ電力は400ワット、ターゲット材料はＣｕ、基板
とターゲットとの距離は１５cmとした。 動作ガス圧 ２ｍTorr １０ｍTorr 本発明のスパッタ装置 0.3 〜0.4 μｍ 1.2〜1.5μｍ マグネトロンスパッタ装置 0.25〜0.35μｍ １ 〜1.2μｍ 磁場なしスパッタ装置 0.12〜0.15μｍ 0.4〜0.5μｍ ここで上記数値は一定の時間スパッタした時の相対的ス
パッタ速度である。上記表から、本発明のスパッタ装置
は従来の方式との装置に比べて成膜速度が約３倍程度と
大幅に増大されていることが判る。また成膜の均一性で
も優れていることが認められた。また図１及び図２に示
すスパッタ装置の動作においてプラズマ発光について観
察した結果、図１０に示すように八個のヌル放電の強い
発光が ０〜10ガウス領域に観測された。
【００２７】ところで図１及び図２に示す実施の形態で
はドーナツ状のターゲットに適用するように装置を構成
しているが、当然、他の形状のターゲットを用いること
もでき、例えば図１１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す
ような形状のターゲットを使用することができ、その場
合にはいずれも磁場形成用の各対の永久磁石はターゲッ
トを横切って同一軸線上に配列されしかも隣接した永久
磁石対の間隔は実質的に等間隔にされ得る。
はドーナツ状のターゲットに適用するように装置を構成
しているが、当然、他の形状のターゲットを用いること
もでき、例えば図１１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す
ような形状のターゲットを使用することができ、その場
合にはいずれも磁場形成用の各対の永久磁石はターゲッ
トを横切って同一軸線上に配列されしかも隣接した永久
磁石対の間隔は実質的に等間隔にされ得る。
【００２８】また図１２及び図１３には、スパッタ電極
の別の実施の形態を示し、図１２の実施の形態ではター
ゲット１４は四条を成し、各ターゲット条を挟んで永久
磁石１５が対を成して配列され、隣接したターゲット条
間に配列された永久磁石１５は隣接した二つのターゲッ
ト条における永久磁石対に共通して設けられている。ま
た各永久磁石１５の設けられているアノード部分１６は
ターゲット条の幅に比べて狭く構成されている。図１３
の実施の形態ではターゲット１４は三条を成し、各永久
磁石１５の設けられているアノード部分１６の幅とター
ゲット条の幅はほぼ等しく構成されており、その他の構
成は図１２の場合と実質的に同じで ある。
の別の実施の形態を示し、図１２の実施の形態ではター
ゲット１４は四条を成し、各ターゲット条を挟んで永久
磁石１５が対を成して配列され、隣接したターゲット条
間に配列された永久磁石１５は隣接した二つのターゲッ
ト条における永久磁石対に共通して設けられている。ま
た各永久磁石１５の設けられているアノード部分１６は
ターゲット条の幅に比べて狭く構成されている。図１３
の実施の形態ではターゲット１４は三条を成し、各永久
磁石１５の設けられているアノード部分１６の幅とター
ゲット条の幅はほぼ等しく構成されており、その他の構
成は図１２の場合と実質的に同じで ある。
【００２９】さらに、図示の各実施の形態では、磁場発
生手段として永久磁石を用いているが、当然必要により
電磁石を用いることもできる。また図１及び図２に示す
実施の形態において永久磁石の組数を八対以上又は以下
にすることができ、その場合ターゲットの分割数も相応
して選択され得る。
生手段として永久磁石を用いているが、当然必要により
電磁石を用いることもできる。また図１及び図２に示す
実施の形態において永久磁石の組数を八対以上又は以下
にすることができ、その場合ターゲットの分割数も相応
して選択され得る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、スパッタターゲットを横切って同軸上に配列した同
磁力線方向の対を成した磁場発生手段を複数組設け、隣
接した組の磁場発生手段による磁力線方向が互いに逆向
きになるようにし、磁場発生手段の隣接した組の中間に
おいてスパッタターゲットの面に対して垂直方向に磁場
ゼロの線を形成するように構成しているので、ターゲッ
トの形状や大きさに制約されることなく、ターゲット表
面上に高効率の磁気中性線又は磁気中性点放電を生成さ
せてターゲット上で密度の濃いすなわち高効率のプラズ
マを容易に位置制御可能に形成することができ、高速ス
パッタが可能となり、その結果、成膜速度、均一性に優
れた特性が得られるだけでなく、ターゲットの全面がス
パッタされ、通常マグネトロン方式の３０％位の利用効
率に比べてターゲット面積の利用効率を大幅（80％以
上）に高めることができる。膜の均一性に関しては、夕
一ゲットの幅や永久磁石の配置や強さなど制御すること
でマグネトロン方式の装置の場合より良い結果がもたら
され得る。
ば、スパッタターゲットを横切って同軸上に配列した同
磁力線方向の対を成した磁場発生手段を複数組設け、隣
接した組の磁場発生手段による磁力線方向が互いに逆向
きになるようにし、磁場発生手段の隣接した組の中間に
おいてスパッタターゲットの面に対して垂直方向に磁場
ゼロの線を形成するように構成しているので、ターゲッ
トの形状や大きさに制約されることなく、ターゲット表
面上に高効率の磁気中性線又は磁気中性点放電を生成さ
せてターゲット上で密度の濃いすなわち高効率のプラズ
マを容易に位置制御可能に形成することができ、高速ス
パッタが可能となり、その結果、成膜速度、均一性に優
れた特性が得られるだけでなく、ターゲットの全面がス
パッタされ、通常マグネトロン方式の３０％位の利用効
率に比べてターゲット面積の利用効率を大幅（80％以
上）に高めることができる。膜の均一性に関しては、夕
一ゲットの幅や永久磁石の配置や強さなど制御すること
でマグネトロン方式の装置の場合より良い結果がもたら
され得る。
【００３１】また、ターゲット面積と内側のアノ一ド面
積の比率を制御することで、大面積の均一な薄膜作製が
可能となる。また本発明のスパッタ装置においては、磁
場発生用の永久磁石がターゲットの外側に設けられてい
るため、ターゲットの加熱による磁石への影響が少ない
だけでなく、ターゲットの形状や大きさを自由に設定す
ることが可能となる。また本発明のスパッタ装置におい
ては、傾斜材料をターゲット材として用いることにより
成膜物質の組成制御が可能となる効果を奏するものであ
る。さらに、本発明のスパッタ装置においては、ターゲ
ット部と磁石が配置されたアノード部の幅、距離と磁石
の強さなどを制御することによって大面積の均一成膜が
可能となる。例えば大きなターゲットでも無理なく放電
できるように構成することにより、数ｍ台の基板面積で
も対応可能であると考えられる。すなわち、本発明は、
大面積スパッタを用いた薄膜プロセスへの応用が期待さ
れ、例えば、ＰＤＰ プロセスのＭｇＯ や誘電体成膜、
半導体のSl系成膜に応用され得る。
積の比率を制御することで、大面積の均一な薄膜作製が
可能となる。また本発明のスパッタ装置においては、磁
場発生用の永久磁石がターゲットの外側に設けられてい
るため、ターゲットの加熱による磁石への影響が少ない
だけでなく、ターゲットの形状や大きさを自由に設定す
ることが可能となる。また本発明のスパッタ装置におい
ては、傾斜材料をターゲット材として用いることにより
成膜物質の組成制御が可能となる効果を奏するものであ
る。さらに、本発明のスパッタ装置においては、ターゲ
ット部と磁石が配置されたアノード部の幅、距離と磁石
の強さなどを制御することによって大面積の均一成膜が
可能となる。例えば大きなターゲットでも無理なく放電
できるように構成することにより、数ｍ台の基板面積で
も対応可能であると考えられる。すなわち、本発明は、
大面積スパッタを用いた薄膜プロセスへの応用が期待さ
れ、例えば、ＰＤＰ プロセスのＭｇＯ や誘電体成膜、
半導体のSl系成膜に応用され得る。
【図１】本発明の一つの実施の形態によるスパッタ装置
の概略線断面図。
の概略線断面図。
【図２】図１に示すスパッタ装置のスパッタ電極の概略
平面図。
平面図。
【図３】図１に示すスパッタ装置において四つの永久磁
石により一つの磁場ゼロの領域が形成される様子をコン
ピュータシュミレーションにより示す図。
石により一つの磁場ゼロの領域が形成される様子をコン
ピュータシュミレーションにより示す図。
【図４】図１に示すスパッタ装置において各対の二つの
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度のある一定の条件にお
ける磁場の形成状態をコンピュータシュミレーションで
示す図。
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度のある一定の条件にお
ける磁場の形成状態をコンピュータシュミレーションで
示す図。
【図５】図１に示すスパッタ装置において各対の二つの
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変えたときの磁場の
形成状態をコンピュータシュミレーションで示す図。
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変えたときの磁場の
形成状態をコンピュータシュミレーションで示す図。
【図６】図１に示すスパッタ装置において各対の二つの
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変えたときの磁場の
形成状態をコンピュータシュミレーションで示す図。
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変えたときの磁場の
形成状態をコンピュータシュミレーションで示す図。
【図７】図１に示すスパッタ装置において各対の二つの
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変えたときの磁場の
形成状態をコンピュータシュミレーションで示す図。
永久磁石間の距離（Ｙ）、隣接した対の永久磁石間の距
離（Ｘ）及び磁石の表面磁場強度を変えたときの磁場の
形成状態をコンピュータシュミレーションで示す図。
【図８】図１に示すスパッタ装置において、半径（Ｌ）
１cmの磁場ゼロの領域におけるプラズマの電子挙動を示
すグラフ。
１cmの磁場ゼロの領域におけるプラズマの電子挙動を示
すグラフ。
【図９】八分割されたターゲットの傾斜材料の一つの径
方向に沿った側面図。
方向に沿った側面図。
【図１０】図１に示すスパッタ装置の動作におけるプラ
ズマ発光状態の写真をしめす図。
ズマ発光状態の写真をしめす図。
【図１１】本発明において使用され得る種々の形状のタ
ーゲットを示す概略平面図。
ーゲットを示す概略平面図。
【図１２】本発明の別の実施の形態によるスパッタ装置
の概略線断面図。
の概略線断面図。
【図１３】本発明のさらに別の実施の形態によるスパッ
タ装置の概略線断面図。
タ装置の概略線断面図。
１：真空チャンバ ２：処理すべき基板 ３：スパッタ電極 ４：アノード本体 ４ａ：アノード本体４の中央部分 ４ｂ：アノード本体４の周囲部分 ５：ターゲット支持部 ６：ターゲット ７：微小間極 ８：陰極反射壁 ９ａ：永久磁石 ９ｂ：永久磁石 １０：磁力線 １１：磁場ゼロの領域 １２：ガードリング １３：磁気中性点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 岱二郎 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 株式会社 アルバック・コーポレートセンター内 (72)発明者 林 俊雄 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社半導体技術研究所内 (72)発明者 伊藤 正博 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社半導体技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BD01 DC12 DC16 DC35 DC40 DC43 DC45 4M104 DD37 EE16 5F103 AA08 BB22 BB60 DD16 DD30 LL13 LL14 RR10
Claims (8)
- 【請求項１】スパッタターゲットを横切って同軸上に配
列した同磁力線方向の対を成した磁場発生手段を複数組
設け、隣接した組の磁場発生手段による磁力線方向が互
いに逆向きになるようにし、磁場発生手段の隣接した組
の中間においてスパッタターゲットの面に対して垂直方
向に磁場ゼロの線を形成するように構成したスパッタ電
極を有することを特徴とする磁気中性線放電スパッタ装
置。 - 【請求項２】スパッタターゲットが対の磁場発生手段の
組数と同数の多数のターゲット材から成ることを特徴と
する請求項1に記載の磁気中性線放電スパッタ装置。 - 【請求項３】各ターゲット材が傾斜材料から成り、各対
の磁場発生手段を動かすことにより組成制御できるよう
に構成したことを特徴とする請求項２に記載の磁気中性
線放電スパッタ装置。 - 【請求項４】各対の磁場発生手段が永久磁石から成り、
一方の永久磁石を他方の永久磁石に対して同軸線上で動
くように構成したことを特徴とする請求項1に記載の磁
気中性線放電スパッタ装置。 - 【請求項５】ターゲットに直接ＲＦ電力を印加して各磁
場ゼロの線に沿って容量性ＲＦ電場をかけるように構成
したことを特徴とする請求項1に記載の磁気中性線放電
スパッタ装置。 - 【請求項６】スパッタターゲットがドーナツ状に成し、
各対の磁場発生手段の一方がドーナツ状ターゲットの内
径内にまた他方がドーナツ状ターゲットの外径外に放射
状かつ同軸上に配列されていることを特徴とする請求項
1に記載の磁気中性線放電スパッタ装置。 - 【請求項７】ドーナツ状ターゲットの外径外に配列され
た磁場発生手段の位置を軸線上に沿って変えることによ
りエロージョン領域を変えるように構成したことを特徴
とする請求項６に記載の磁気中性線放電スパッタ装置。 - 【請求項８】ドーナツ状ターゲットが対の磁場発生手段
の組数と同数に分割した多数のターゲット材から成り、
各ターゲット材が傾斜組成を持つ 材料で構
成されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気中
性線放電スパッタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084760A JP4533499B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 磁気中性線放電スパッタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084760A JP4533499B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 磁気中性線放電スパッタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001271163A true JP2001271163A (ja) | 2001-10-02 |
| JP4533499B2 JP4533499B2 (ja) | 2010-09-01 |
Family
ID=18601199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000084760A Expired - Lifetime JP4533499B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 磁気中性線放電スパッタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4533499B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008059814A1 (fr) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Ulvac, Inc. | Electrode de pulvérisation de magnétron et dispositif de pulvérisation muni de l'électrode de pulvérisation de magnétron |
| JP2008127601A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Ulvac Japan Ltd | マグネトロンスパッタ電極及びマグネトロンスパッタ電極を備えたスパッタリング装置 |
| JP2008127602A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Ulvac Japan Ltd | マグネトロンスパッタ電極及びマグネトロンスパッタ電極を備えたスパッタリング装置 |
| WO2009020129A1 (ja) | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Ulvac, Inc. | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
| US8840116B2 (en) | 2008-12-10 | 2014-09-23 | Ulvac, Inc. | Seal mechanism and treatment apparatus |
| US9017493B2 (en) | 2009-08-12 | 2015-04-28 | Ulvac, Inc. | Method of manufacturing a sputtering target and sputtering target |
| DE10326136B4 (de) | 2002-06-12 | 2019-06-13 | Ulvac, Inc. | Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit magnetischer neutraler Linie |
| CN114086144A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-02-25 | 盛吉盛(宁波)半导体科技有限公司 | 一种物理气相沉积用磁控溅射装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641736A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング電極 |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000084760A patent/JP4533499B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641736A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング電極 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10326136B4 (de) | 2002-06-12 | 2019-06-13 | Ulvac, Inc. | Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit magnetischer neutraler Linie |
| WO2008059814A1 (fr) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Ulvac, Inc. | Electrode de pulvérisation de magnétron et dispositif de pulvérisation muni de l'électrode de pulvérisation de magnétron |
| JP2008127601A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Ulvac Japan Ltd | マグネトロンスパッタ電極及びマグネトロンスパッタ電極を備えたスパッタリング装置 |
| JP2008127602A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Ulvac Japan Ltd | マグネトロンスパッタ電極及びマグネトロンスパッタ電極を備えたスパッタリング装置 |
| US8172993B2 (en) | 2006-11-17 | 2012-05-08 | Ulvac, Inc. | Magnetron sputtering electrode, and sputtering apparatus provided with magnetron sputtering electrode |
| WO2009020129A1 (ja) | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Ulvac, Inc. | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
| US8840116B2 (en) | 2008-12-10 | 2014-09-23 | Ulvac, Inc. | Seal mechanism and treatment apparatus |
| US9017493B2 (en) | 2009-08-12 | 2015-04-28 | Ulvac, Inc. | Method of manufacturing a sputtering target and sputtering target |
| CN114086144A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-02-25 | 盛吉盛(宁波)半导体科技有限公司 | 一种物理气相沉积用磁控溅射装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4533499B2 (ja) | 2010-09-01 |
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