JP2002256431A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低ダメージで高密度の成膜が可能
で、且つターゲットの利用効率の高いマグネトロンスパ
ッタ装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 スパッタリングされるためのターゲット
と、該ターゲットの表面に磁場を発生すべく裏面側に設
けられた磁界発生手段とを有するマグネトロンスパッタ
装置において、ターゲットの裏面側に複数の第１磁界発
生手段を設け、且つターゲットの縁側に位置する第１磁
界発生手段の近傍、又は後方側に第１磁界発生手段と極
の相反する第２磁界発生手段をヨークを介して設けるこ
とでターゲット表面側にアンバランスな磁場を形成する
ことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置に関し、詳しくは、ターゲット表面側にプラズ
マを封じ込めるためのアンバランスな磁場を形成するこ
とのできるマグネトロンスパッタ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ターゲットの裏面側（非スパ
ッタ面側、又は後方側（背後））に磁石（中央にＳ極、
その両側、又はＳ極を取り囲ようにＮ極を配置）を設
け、その磁力線によってスパッタ面近傍に磁界を形成
し、真空チャンバ内に導入したアルゴンガスなどの希ガ
スとターゲットから放出される二次電子を効率よく閉じ
込めて衝突頻度を高めて、雰囲気ガスのイオンを数多く
生成して（イオン密度の高いプラズマを形成して）成膜
速度を高めて、ターゲットをスパッタリングするマグネ
トロンスパッタ装置が知られている。

【０００３】この方法により、例えばＩＴＯ（酸化イン
ジウム）、シリコンなどの非磁性体からなるターゲット
をスパッタする際は、磁石の磁力線が非磁性体からなる
ターゲットを通過して、ターゲット表面に所望（ターゲ
ット表面から垂直方向に湧き出す形状…トンネル状）の
磁場を形成する。この磁場はプラズマのイオン密度を高
めるのに十分であり、スムーズにスパッタを行うことが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなマグネトロンスパッタ装置では、以下のような問
題点があった。

【０００５】即ち、Ｎ極からＳ極への一対の磁場を形成
するために、ターゲットのエロージョン領域が狭いとと
もに、エロージョン部分の消耗が激しい等ターゲットと
の利用効率が悪いという欠点があった。

【０００６】また、磁石の磁力線がターゲット表面から
垂直方向に湧き出すために、スパッタ時における基板へ
のダメージが大きいという欠点があった。

【０００７】そこで、本発明は、このような問題点を鑑
みてなされたものであり、低ダメージで高密度の成膜が
可能で、且つターゲットの利用効率の高いマグネトロン
スパッタ装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は上記のよ
うな課題を解決するために、請求項１において、スパッ
タリングされるためのターゲットと、該ターゲットの表
面に磁場を発生すべくターゲットの裏面側に設けられた
磁界発生手段とを有するマグネトロンスパッタ装置にお
いて、ターゲットの裏面側に複数の第１磁界発生手段を
設け、且つターゲットの縁側に位置する第１磁界発生手
段の近傍、又は後方側に第１磁界発生手段と極の相反す
る第２磁界発生手段をヨークを介して設けることでター
ゲット表面側にアンバランスな磁場を形成することを特
徴とする。

【０００９】具体的には、請求項２に記載のように、第
１磁界発生手段がターゲットの裏面側で、第１ヨーク上
に直接設けられ、且つ第２磁界発生手段が第２ヨーク上
に設けられた構成にすることである。

【００１０】また、請求項３に記載のように、第１磁界
発生手段がターゲットの中央部分、及びターゲットの縁
側に沿ってそれぞれ設けられ、且つ中央部分と縁側との
極が相反するように設けられている。

【００１１】さらに、請求項４に記載のように、ターゲ
ットの裏面側に凹部を形成し、該凹部に第１磁界発生手
段が設けられていることである。

【００１２】

【作用】即ち、本発明は、ターゲットの裏面側（非スパ
ッタ面側）に設けられた第１磁界発生手段と、ターゲッ
トの縁側に位置する第１磁界発生手段の近傍、又は後方
側に設けられた第１磁界発生手段と極の相反する第２磁
界発生手段とにより、ターゲットの表面側に第１磁界発
生手段間、及び縁側に位置する第１磁界発生手段と第２
磁界発生手段間とにそれぞれアンバランスな磁場を形成
することができる。これにより、エロージョン領域をタ
ーゲットのスパッタ面全体に拡げることができ、イオン
密度が効果的に高められ（高密度）、高い成膜速度でス
パッタリングすることが可能となる。

【００１３】この際、第１磁界発生手段をターゲットの
裏面側で、第１ヨーク上に直接設け、且つ第２磁界発生
手段を第２ヨーク上に設けた構成（二重のヨークを使
用）にすることで、より強い磁場を形成することができ
る。そして、第１磁界発生手段をターゲットの中央部
分、及びターゲットの縁側に沿ってそれぞれ設け、そし
て中央部分と縁側との極が相反するように設けることに
より、ターゲット表面全体に均一な磁場を形成すること
ができる。

【００１４】また、ターゲットの裏面側に凹部を形成
し、該凹部に第１磁界発生手段を設けることにより、例
えば厚い磁性体からなるターゲットを用いても、ターゲ
ット表面に磁場を形成することができ、効率のよいスパ
ッタを可能にする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を、以
下、図面に基づいて説明する。

【００１６】図１および図２は、それぞれ本発明の第１
の実施の形態のマグネトロンスパッタ装置の構成を示す
概略断面模式図である。この装置は、真空チャンバ（図
示せず）内に、スパッタによって成膜される基板（図示
せず）が水平に設けられ、ターゲット１であるＴｉ（チ
タン）からなる平板状の円形ターゲット１がこの基板に
対向して配置されている。

【００１７】このターゲット１の裏面側（後方側）に
は、ターゲット１の裏面中央部に配置された磁石３ａ
と、その磁石３ａの周縁側に円弧状に等間隔で配置され
た磁石３ｂによって、第１磁界発生手段が形成されてい
る。前記磁石３ａはターゲット１に対してＮ極面を向
け、四方に配置された磁石３ｂはターゲット１に対して
Ｓ極面を向けた状態で配置され、これらの磁石３ａ、３
ｂは第１ヨーク６によって固定されている。

【００１８】また、磁石３ｂ後方側には、ターゲット１
に対してＮ極面を向けた第２磁界発生手段としての磁石
４が第２ヨーク７上に設けられている。この際、磁石３
ｂの外側面と、磁石４の内側面が直線状（図２）となる
ように設けることで、磁石３ｂと磁石４との磁場をより
効果的（強い磁場）に形成することが可能となる。

【００１９】この磁場は、図３に示すように、ターゲッ
ト１裏面に設けられたＮ極面を向けた中央の磁石３ａの
磁力線は、図中の矢印によって示すように、ターゲット
１を貫きターゲット１のスパッタ面側に現れ、ターゲッ
ト１裏面のＳ極面を向けた磁石３ｂ側に向かう。即ち、
ターゲット１表面から垂直方向に湧き出す形状の磁力線
となる。一方、磁石４においては、図中の矢印によって
示すように、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線が形成され
る。即ち、ターゲット１表面に水平方向に湧き出す形状
の磁力線となる。さらにこの磁石４のＮ極からの磁力線
は、ターゲット裏面側に設けたＳ極をターゲット１に向
けた磁石３ｂに向かう。これらの磁場により、図１に示
すような連続したアンバランスな合成磁界が形成されて
いる。即ち、ターゲット裏面に設けた磁石３と磁石４に
よって、それぞれの磁石によって形成される磁界と、こ
れらの磁石によって形成された合成磁界による磁力線
は、相互に磁場を強くすることで、成膜速度を飛躍的に
早くすることができるとともに、エロージョン領域をタ
ーゲット表面に均一にしかもほぼ全面に広げることがで
きる。

【００２０】なお、図示していないが、真空チャンバ内
を排気する真空ポンプ、真空チャンバ内に導入する放電
ガスの供給源を、真空チャンバ外部に設ける。

【００２１】以上にように本発明のマグネトロンスパッ
タ装置は構成されている。この装置を用いて例えば、Ｔ
ｉターゲットを用いる場合について説明する。

【００２２】先ず、真空ポンプを駆動させ、真空チャン
バ内を所定の真空度とし、放電ガス供給源から放電ガス
を真空チャンバ内に供給する。そして、ターゲット電極
によりターゲット１に１３．５６ＭＨｚの高周波電源
（又は、直流電源）により電圧を印加させることで、タ
ーゲット１材の表面近傍にプラズマを発生させる。

【００２３】そして、ターゲット１の裏面側に設けた磁
石３と磁石４によって形成される合成磁界（アンバラン
スな磁界）により、空間部１０の磁場を相互に強くする
ことで、形成されるプラズマがターゲット１表面から垂
直方向に湧き出す形状となり、基板近傍をプラズマによ
り活性化することとなるので、成膜速度を飛躍的に早く
することができる。しかも、磁場が円形のターゲット１
の表面に均一にしかもほぼ全面に広がるために、広いエ
ロージョン領域を形成してスパッタを行い、ターゲット
１の広い範囲からのスパッタ粒子が基板２に到達し、基
板２表面には均一なＴｉの薄膜が形成されることとな
る。

【００２４】尚、上記実施例では、第１磁界発生手段を
ターゲット１の裏面側に設置したが、例えば磁性体ター
ゲットの場合、図４に示すようにターゲット１の裏面側
に凹部を形成して該凹部に第１磁界発生手段を設けるこ
とも可能である。

【００２５】また、上記実施例では、ターゲット１が円
形状であるために、中央に磁石３ａを設け、その縁側に
円弧状に磁石３ｂを配置したが、ターゲット１の形状が
長方形状である場合は、磁石３ａを中央に一列状に設
け、その縁側に磁石３ｂを設けることも可能である。要
は、ターゲット１の形状に応じて配置すればよい。

【００２６】さらに、上記実施例では、磁石３ｂの外側
面と、磁石４の内側面が直線状に設けタが、本発明の磁
石３ｂと磁石４との位置関係はこれに限定されるもので
ない。要は、アンバランスな磁場を形成すべく配置すれ
ばよい。

【００２７】また、上記実施例では、磁石３ａをＮ極と
し、磁石３ｂをＳ極とし、磁石４をＮ極としてターゲッ
ト１側に向かうようなアンバランスな磁場を形成した
が、磁石３ａをＳ極とし、磁石３ｂをＮ極とし、磁石４
をＳ極とすることで、ターゲット１の外側へ向かうよう
なアンバランスな磁場を形成することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマグネト
ロンスパッタ装置によれば、第１磁界発生手段と第２磁
界発生手段とによりターゲット表面にアンバランスな磁
場を形成し、ターゲットのエロージョン領域をスパッタ
面全体に拡げることができ、効率のよいスパッタを可能
にすることができ、さらに低ダメージでイオン密度が効
果的に高められることとなるという顕著な効果を得るこ
とができた。

【００２９】また、その構成が容易であり、コストの面
においても経済性に富んだ装置として製造することがで
きるという利点を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明のマグネトロンスパッタ装置の一実
施例を示す概略断面模式図である。

【図２】は、第１磁界発生手段と第２磁界発生手段との
位置関係を示す概略説明図である。

【図３】は、本発明による、ターゲット上への磁力線を
示す表である。

【図４】は、本発明のマグネトロンスパッタ装置の他実
施例を示す概略断面模式図である。

【符号の説明】

１…ターゲット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングされるためのターゲット
   と、該ターゲットの表面に磁場を発生すべくターゲット
   の裏面側に設けられた磁界発生手段とを有するマグネト
   ロンスパッタ装置において、ターゲットの裏面側に複数
   の第１磁界発生手段を設け、且つターゲットの縁側に位
   置する第１磁界発生手段の近傍、又は後方側に第１磁界
   発生手段と極の相反する第２磁界発生手段をヨークを介
   して設けることでターゲット表面側にアンバランスな磁
   場を形成することを特徴とするマグネトロンスパッタ装
   置。
2. 【請求項２】 第１磁界発生手段がターゲットの裏面側
   で、第１ヨーク上に直接設けられ、且つ第２磁界発生手
   段が第２ヨーク上に設けられた構成である請求項１記載
   のマグネトロンスパッタ装置。
3. 【請求項３】 第１磁界発生手段がターゲットの中央部
   分、及びターゲットの縁側に沿ってそれぞれ設けられ、
   且つ中央部分と縁側との極が相反するように設けられて
   いる請求項１又は２に記載のマグネトロンスパッタ装
   置。
4. 【請求項４】 ターゲットの裏面側に凹部を形成し、該
   凹部に第１磁界発生手段が設けられている請求項１乃至
   ３いずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置。