JP2008255427A - 成膜源、スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用効率が高く、ノジュールが形成されない成膜源を提供する。
【解決手段】ターゲット２２の裏面に複数の磁気回路２５₁、２５₂が配置され、ターゲット２２の表面では、各磁気回路２５₁、２５₂に対応する位置に、磁場の垂直成分のゼロ点ｐがリング状に形成されている。マグネトロン磁石装置２４の片道移動距離Ｌを、ゼロ点ｐのリングの往復移動方向に沿った径Ｄ₁以上にし、また、隣接する磁気回路２５₁、２５₂のリング間の距離Ｄ₂以上にすると、リング内周の領域や、隣接する磁気回路２５₁、２５₂の領域上をゼロ点ｐが通過し、スパッタされる。
【選択図】図２

Description

本発明はスパッタ装置の技術分野に係り、特に、スパッタ装置の成膜源に関する。

マグネトロンスパッタ装置は、半導体や液晶表示素子の量産に広く用いられている装置であり、ターゲット表面に半ドーナツ状の磁場を形成し、電子を螺旋運動させ、形成される高密度プラズマによってターゲットを高効率でスパッタしているが、ターゲットの表面は、磁場の垂直成分がゼロの位置でスパッタされやすく、深い溝が形成される反面、垂直成分がゼロの位置以外ではスパッタ速度が遅く、ノジュール(掘れ残り)が発生し、ターゲットの使用効率が低下する。
特に、ＩＴＯ薄膜をスパッタリング法で形成するために、Ｉｎ₂Ｏ₃を含有するターゲットをスパッタリングする場合には、掘れ残った部分には、Ｉｎ₂Ｏ₃が還元された絶縁性のＩｎＯが生成され、アーキングやパーティクル発生の原因となる。

また、一旦凸状のノジュールが形成されると、スパッタリング粒子がノジュール部分に付着し、ノジュール部分がスパッタされにくいことから、付着物の堆積が進行し、ノジュールが成長してしまう。
ターゲット裏面のマグネトロン磁石装置を移動させる方法も提案されているが、ノジュール発生を防止できていない。
特開平９−２４１８４０号公報 特開２００２−１４６５２８号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、ノジュールが形成されない成膜源及びスパッタ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、リング状磁石と、前記リング状の磁石の中央に配置された中央磁石とを有する一乃至複数個の磁気回路がターゲットの裏面に配置され、前記リング状磁石とその中央の前記中央磁石とで異なる極性の磁極が前記ターゲットに向けられ、前記ターゲット表面に、垂直成分がゼロの点がリング状に配置された磁場が形成され、前記各磁気回路が、前記ターゲット表面と平行な方向に往復移動するように構成された成膜源であって、前記往復移動の片道移動距離は、前記垂直成分がゼロの点が形成するリングの前記往復移動の方向に沿った方向の径以上の大きさにされた成膜源である。
また、本発明は、前記磁気回路を二個以上有し、各磁気回路は同じ方向に同じ距離往復移動する成膜源であって、前記各磁気回路の前記片道移動距離は、隣接する前記磁気回路間の、前記リング間の距離以上の大きさにされた成膜源である。
また、真空槽内に上記いずれかの成膜源が配置されたスパッタ装置である。

ノジュールが形成されず、ターゲットの使用効率が向上する。また、ＩＴＯターゲットの場合、アーキングやパーティクル発生のないスパッタを行なうことができる。

図１の符号１０は、本発明の一例のスパッタ装置を示している。
このスパッタ装置１０は、搬入室１１とスパッタ室１２と搬出室１３を有している。
スパッタ室１２内には、成膜源１５が配置されている。各室１１〜１３に接続された真空排気系４１〜４３を動作させ、各室１１〜１３の内部を真空排気しておき、搬入室１１に配置された成膜対象物１６をスパッタ室１２内に搬入し、成膜源１５内のターゲット２２をスパッタしながら、ターゲット２２と対面する位置を通過させ、成膜対象物１６の表面に薄膜を成長させるように構成されている。図１(及び図３)の符号３８は、成膜対象物１６の搬送方向を示している。成膜後の成膜対象物１６は搬出室１３内に搬入した後、大気に取り出す。

成膜源１５の内部構造を説明すると、成膜源１５は、図２に示すように、バッキングプレート２１とマグネトロン磁石装置２４とを有しており、ターゲット２２は、バッキングプレート２１の表面に取り付けられ、マグネトロン磁石装置２４はバッキングプレート２１の裏面に配置されている。

マグネトロン磁石装置２４は、複数(ここでは２個)の磁気回路２５₁、２５₂を有している。
各磁気回路２５₁、２５₂は同じ構造であり、リング磁石３１₁、３１₂と、中央磁石３２₁、３２₂と、ヨーク３６₁、３６₂をそれぞれ有している。
リング磁石３１₁、３１₂は細長形状であり、中央磁石３２₁、３２₂は棒状である。

ヨーク３６₁、３６₂は高透磁率の板であり、ターゲット２２と平行に配置されており、各磁気回路２５₁、２５₂のリング磁石３１₁、３１₂は、ヨーク３６₁、３６₂のターゲット２２側の表面に配置されており、リング磁石３１₁、３１₂の幅方向の中央位置に、リング磁石３１₁、３１₂の長手方向と平行に、中央磁石３２₁、３２₂が配置されている。

リング磁石３１₁、３１₂と中央磁石３２₁、３２₂は厚み方向の両端の底面側と先端側に磁極が形成されており、底面側の磁極はヨーク３６₁、３６₂に密着され、先端側の磁極は、バッキングプレート２１を挟んでターゲット２２に向けられている。

リング磁石３１₁、３１₂の先端の磁極と、中央磁石３２₁、３２₂の先端の磁極は、反対極性であり、例えば、ターゲット２２に、リング磁石３１₁、３１₂のＮ極が向けられていれば、中央磁極３２₁、３２₂はＳ極が向けられ、リング磁石３１₁、３１₂がＳ極が向けられていれば、中央磁極３２₁、３２₂はＮ極が向けられている。
従って、隣接するリング磁石３１₁、３１₂と中央磁石３２₁、３２₂のうち、Ｎ極の方の磁極から出た磁力線は、ターゲット２２表面に漏洩し、Ｓ極の磁極に入る山形になる。

図２の符号ｇは、その磁力線を示しており、山形の磁力線の頂点では、磁場のターゲット２２表面と平行な水平成分が最大値となり、ターゲット表面に垂直な垂直成分が最小値であるゼロとなる。符号ｐは垂直成分がゼロであるゼロ点を示しており、ターゲットの、ゼロ点ｐの真下位置の部分がスパッタされやすい。
なお、ヨーク３６₁、３６₂に向けられた磁極も、同様に、互いに反対極性であり、隣接するリング磁石３１₁、３１₂と中央磁石３２₁、３２₂のうち、Ｎ極から出た磁力線はヨーク３６₁、３６₂内を通ってＳ極に入る。

図３は、マグネトロン磁石装置２４の平面図である。
中央磁石３２₁、３２₂とリング磁石３１₁、３１₂は、長手方向が搬送方向３８に対して垂直になるように配置されており、搬送方向３８は、中央磁石３２₁、３２₂とリング磁石３１₁、３１₂の中心軸線と直交している。

ゼロ点ｐをリング磁石３１₁、３１₂の内周に沿って結んだ曲線はリング状であり、図３の符号Ｄ₁は、その搬送方向３８に平行な方向の大きさ、即ち、搬送方向３８に平行な方向の径を示している。各磁気回路２５₁、２５₂は同じ大きさに形成されており、ゼロ点ｐのリングの搬送方向３８に対して平行な方向の径Ｄ₁は、各磁気回路２５₁、２５₂で同じ大きさにされている。

各磁気回路２５₁、２５₂は、連結部品２７に固定されており、連結部品２７は、モータ４５に接続されている。マグネトロン磁石装置２４は、バッキングプレート２１に対して相対移動可能なように離間されており、モータ４５を動作させると、マグネトロン磁石装置２４は、ターゲットの間の距離が一定な状態で、搬送方向３８と平行な方向に繰り返し往復移動するように構成されている。即ち、磁気回路２５₁、２５₂が形成する磁力線は、連結部品２７と共に、搬送方向３８と平行な方向に、繰り返し往復移動する。

従って、磁場の垂直成分のゼロ点ｐも、ターゲット２２の表面上で繰り返し往復移動し、ゼロ点ｐが通過した部分はスパッタされるので、往復移動の片道移動距離Ｌ範囲だけスパッタされる(磁気回路上の一点が位置Ａと位置Ｂの間を往復移動する場合、片道移動距離は、位置Ａと位置Ｂの間の距離である)。

搬送方向３８と、往復移動方向は平行であるから、ゼロ点ｐが形成するリングの内側領域をゼロ点ｐが通過するためには、片道移動距離Ｌは、少なくとも、ゼロ点ｐのリングの搬送方向３８に沿った方向の径Ｄ₁以上にすればよい(Ｌ≧Ｄ₁)。

次に、複数の磁気回路２５₁、２５₂と片道移動距離Ｌの関係について説明すると、各磁気回路２５₁、２５₂は、マグネトロン磁石装置２４の往復移動方向、即ち、搬送方向３８に沿って、各磁気回路２５₁、２５₂の中心が搬送方向３８に沿って一直線になるように並べられている。

図３の符号Ｄ₂は、隣接する磁気回路２５₁、２５₂のゼロ点ｐのリング間の距離を示しており、リング間の領域をスパッタするためには、片道移動距離Ｌは、リング間距Ｄ₂以上の大きさにするとよい。

図５、６は、二個の磁気回路２５₁、２５₂を往復移動させた場合のターゲット２２表面の形状のシミュレーション結果を示すグラフであり、深い程スパッタ量が多い。図４は、図５、図６が得られた磁気回路２５₁、２５₂の磁極間距離を示す図面であり、図５は、図４のＷ＝４５であって、Ｌ＝６５、Ｄ₁＜Ｌ＜Ｄ₂の場合である。図６は 図４のＷ＝３５であって、Ｌ＝７５、Ｄ₁＜Ｌ且つＤ₂＜Ｌの場合である。図４の単位はｍｍである。

図５のＤ₁＜Ｌ＜Ｄ₂の場合では、磁気回路２５₁、２５₂の内側領域がスパッタリングされているものの、ゼロ点ｐが磁気回路２５₁、２５₂の中央位置を通っていないため、ターゲット２２の中央位置のスパッタ量は少ない。
図６の、Ｄ₁＜Ｌ且つＤ₂＜Ｌの場合は、ゼロ点ｐが磁気回路２５₁、２５₂の中央位置を通るため、中央位置もスパッタ量が多くなっている。

なお、上記ターゲット２２は、搬送方向２０と平行な方向の長さが、各磁気回路２５₁、２５₂の搬送方向３８と平行な方向の長さよりも長いものが用いられているが、それに限定されるものではない。

マグネトロン磁石装置２４の往復移動の周期は数秒〜十数秒であり、ゼロ点ｐがターゲット２２の表面を通り、広い領域がスパッタされ、ノジュールが発生しないようになっている。
また、上記実施例では、マグネトロン磁石装置２４は、搬送方向３８と平行な方向に繰り返し往復移動したが、搬送方向３８と垂直な方向に移動する成分を有し、搬送方向に加え、搬送方向と垂直な方向にも往復移動してもよい。

上記実施例では、ゼロ点ｐのリングの搬送方向３８に対して平行な方向（リングの往復移動方向に沿った方向）の径Ｄ₁は、各磁気回路２５₁、２５₂で同じ大きさにされている場合について説明したが、複数の磁気回路２５₁、２５₂のゼロ点ｐのリングが、搬送方向３８に対して平行な方向（リングの往復移動方向に沿った方向）に異なる大きさであった場合、片道移動距離Ｌは、搬送方向３８に対して平行な方向の最大の径Ｄ₁max以上にすればよい。
また、リング間距離についても同様であり、片道移動距離Ｌは、搬送方向３８に対して平行な方向（リングの往復移動方向に沿った方向）の最大のリング間距離Ｄ₂max以上にすればよい。

従来では、ターゲットの使用効率を上げるため、できるだけターゲットのエロージョンが均一になるように磁石の配置および移動が行われた。たとえば、ターゲットの使用効率を上げるため、部分的に深堀されることを防いでいる。すなわち、最深部ができるだけ広くなるようにし、深堀される位置が重複して部分的な最深部ができないようにしていた。すなわち、部分的な最深部が発生するとターゲットを掘り抜いて製品に不良品が発生するため、安全を考慮して深部が重ならない箇所に多少の鋭角な凸部が残るように制御されてきた。しかし、本発明では、ノジュールの発生を防ぎ、できるだけ鋭角凸部が発生しない様に、磁石の配置および移動を行っている。このため、本願では敢えて隣り合うゼロ点Ｐが重複する位置を設けて凹部を発生させる場合を含む。

このため本願において複数の磁気回路を設置した場合、Ｄ₁間の凹部と、Ｄ₂間の凹部が発生する。図６に記載のようにＤ₁間の深部よりＤ₂間の凹部が浅くなるように磁気回路を移動させることが、鋭角な凸部を発生させず、かつ、ターゲットの使用効率を上げるために好ましい。このため、磁気回路の移動量は、Ｄ₁間の深部とＤ₂間の凹部が重ならない範囲が好ましい。

具体的には、ＬがＤ₁＋Ｄ₂より大きいと、深部の重なりが大きく、ターゲット使用効率が著しく低下するため、本願の磁気回路の片道移動距離Ｌは、Ｌ＞Ｄ₁、Ｌ＞Ｄ₂、かつ、Ｌ＜Ｄ₁＋Ｄ₂であることが好ましい。

本発明のスパッタ装置を説明するための図 本発明の成膜源を説明するための図 磁場の垂直成分のゼロ点ｐの位置関係を説明するための図 測定に用いた磁石装置の磁石間距離を説明するための図面 Ｄ₁＜Ｌ＜Ｄ₂の場合のシミュレーション結果 Ｄ₁＜Ｌ且つＤ₂＜Ｌの場合のシミュレーション結果

符号の説明

１０……スパッタ装置
１５……成膜源
２２……ターゲット
２４……マグネトロン磁石装置
２５₁、２５₂……磁気回路
３１₁、３１₂……リング状磁石
３２₁、３２₂……中央磁石
ｐ……磁場の垂直成分がゼロの点
Ｌ……片道移動距離

Claims (3)

1. リング状磁石と、前記リング状の磁石の中央に配置された中央磁石とを有する一乃至複数個の磁気回路がターゲットの裏面に配置され、
   前記リング状磁石とその中央の前記中央磁石とで異なる極性の磁極が前記ターゲットに向けられ、前記ターゲット表面に、垂直成分がゼロの点がリング状に配置された磁場が形成され、
   前記各磁気回路が、前記ターゲット表面と平行な方向に往復移動するように構成された成膜源であって、
   前記往復移動の片道移動距離は、前記垂直成分がゼロの点が形成するリングの前記往復移動の方向に沿った方向の径以上の大きさにされた成膜源。
2. 前記磁気回路を二個以上有し、各磁気回路は同じ方向に同じ距離往復移動する請求項１記載の成膜源であって、
   前記各磁気回路の前記片道移動距離は、隣接する前記磁気回路間の、前記リング間の距離以上の大きさにされた成膜源。
3. 真空槽内に請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜源が配置されたスパッタ装置。

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