JP2009149973A - スパッタリング装置およびスパッタリング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マグネトロン電極の磁気回路10を、ターゲット2の中央部から外周部へ向かって「中心垂直磁石101、内側平行磁石103、外側平行磁石104、外周垂直磁石102を配置した磁気回路10」として、内側平行磁石103をターゲット2に近づける。
【選択図】図1
Description
[1]真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記ターゲットの裏面側に設置され、垂直磁石ユニットと平行磁石ユニットとを含む磁気回路と、前記ターゲットの表面側に配置され、スパッタ膜を形成される基板を保持する基板保持具と、を有するスパッタリング装置であって、以下の特徴を有する。
まず、前記垂直磁石ユニットは、中心垂直磁石と外周垂直磁石からなり;前記中心垂直磁石と外周垂直磁石のいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略垂直であり、かつ前記中心垂直磁石と外周垂直磁石の磁場方向は互いに逆向きであり;前記中心垂直磁石は前記ターゲットの裏面の中央部に設置され、前記外周垂直磁石は前記ターゲットの裏面の外周部に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置される。
次に、前記平行磁石ユニットは、内側平行磁石と外側平行磁石からなり;前記内側平行磁石と外側平行磁石のいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略平行であり、かつ前記内側平行磁石と外側平行磁石の磁場方向は互いに同じ向きであり;前記内側平行磁石と外側平行磁石はいずれも、前記中心垂直磁石と外周垂直磁石との間に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置され、かつ前記内側平行磁石は、前記外側平行磁石よりも前記ターゲットの裏面の中心側に配置される。
さらに、前記内側平行磁石と前記ターゲット表面との間隔をD1、前記外側平行磁石と前記ターゲット表面との間隔をD2、前記外周垂直磁石と前記ターゲット表面との間隔をD3としたとき、「D1<D2≦D3」となる。
[3] [1]または[2]の装置において、前記ターゲットと、前記磁気回路との間に設けられた水冷ジャケットをさらに有し;前記磁気回路は、前記水冷ジャケットの外部に配置されていてもよい。
[4] [3]の装置において、前記水冷ジャケットの前記磁気回路側の一部に凹みの空間が形成され、前記内側平行磁石は、前記凹みの空間に設けられていてもよい。
[5] [4]の装置において、前記水冷ジャケットの前記磁気回路側の一部に形成された空間は、スリットにより複数の空間に分割されており、前記複数の空間のそれぞれに前記内側平行磁石が設けられ、
前記スリットの厚みは、前記水冷ジャケットの凹みが形成された部分の厚みよりも大きく、かつ前記スリットは水冷ジャケットの水路の一部になっていてもよい。
[6]真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記ターゲットの裏面側に設置され、垂直磁石ユニットと平行磁石ユニットとを含む磁気回路と、前記ターゲットの表面側に配置され、スパッタ膜を形成される基板を保持する基板保持具と、前記ターゲットと前記磁気回路との間に設けられた水冷ジャケットと、を有するスパッタリング装置であって、以下の特徴を有する。
まず、前記垂直磁石ユニットは中心垂直磁石と外周垂直磁石からなり;前記中心垂直磁石と外周垂直磁石のいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略垂直であり、かつ前記中心垂直磁石と外周垂直磁石の磁場方向は互いに逆向きであり;前記中心垂直磁石は前記ターゲットの裏面の中央部に設置され、前記外周垂直磁石は前記ターゲットの裏面の外周部に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置される。
次に、前記平行磁石ユニットは内側平行磁石と外側平行磁石からなり、前記内側平行磁石と外側平行磁石のいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略平行であり、かつ前記内側平行磁石と外側平行磁石の磁場方向は互いに同じ向きであり;前記内側平行磁石と外側平行磁石はいずれも、前記中心垂直磁石と外周垂直磁石との間に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置され、かつ前記内側平行磁石は、前記外側平行磁石よりも前記ターゲットの裏面の中心側に配置される。
さらに、前記内側平行磁石に対応する前記水冷ジャケットの内部に磁性体が設置されているか、または前記内側平行磁石に対応する前記水冷ジャケットの一部が磁性体とされている。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、
前記基板保持装置に、被成膜体を保持するステップと;前記スパッタリング装置の真空チャンバ内に、スパッタリングガスを導入するステップと;前記チャンバ内に配置されたターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、前記基板にパッタリング膜を形成するステップとを含む、スパッタリング方法。
本発明のスパッタリング装置は、マグネトロンスパッタ装置と称される。マグネトロンスパッタ装置とは、内部を減圧可能な真空チャンバと、真空チャンバ内部に配置されたマグネトロン電極と、スパッタ膜を形成される基板(被成膜体)を保持するための基板保持具とを有する(図1参照)。
ターゲット2の中央部に配置される中心垂直磁石101は、厳密な意味での中心に配置される必要はなく、外周垂直磁石102や、後述する平行磁石ユニットを構成する磁石(磁石103と104)によって囲まれるように、ターゲット2の中央部に配置されていればよい。
ターゲット2の外周部に配置される外周垂直磁石102は、プラズマを発生させる領域を規定する役割を有する。外周垂直磁石102をできるだけターゲットの外周に沿って配置すれば、ターゲット2の表面の全領域にプラズマを発生させやすくなるので好ましいが、一方で、プラズマがターゲット2以外の領域で発生する恐れも高まる。よって、外周垂直磁石102の配置位置は外周部に適切に配置することが必要である。
また、内側平行磁石103と外側平行磁石104は、いずれも環状に配置されているが、内側平行磁石103の方が中心側に、つまり中心垂直磁石101の近くに配置される。
この「長さX」が大きければ、ターゲット2の表面に対して略平行な磁力線を、ターゲット表面の広範囲に形成することができる。そのため、プラズマを広範囲に発生させることができ、ターゲット材料の利用効率が高まると考えられる。
一方で、ターゲットを冷却するための水冷ジャケットを有するマグネトロンスパッタ装置において、磁気回路を構成する磁石とターゲット表面との間隔を小さくすることは困難な場合がある。水冷ジャケットの厚みのために、磁気回路を充分にターゲットに近づけることができないためである。また、水冷ジャケットの内部に磁石を配置することも考えられるが、磁石の劣化やメンテナンスの負担を軽減するためには、水冷ジャケットの外部に磁気回路を配置することが求められる。
本発明のスパッタリング装置を用いれば、通常のスパッタリング手法により、基板表面に金属スパッタ膜を作製することができる。以下、図1に示されるスパッタリング装置を参照して、本発明のスパッタリング方法を説明する。
図1は、本発明の実施の形態1のスパッタリング装置の概略図である。図1に示されるスパッタリング装置は、真空チャンバ1;ターゲット2と水冷ジャケット11と磁気回路10とを含むマグネトロン電極;基板4を有する。
図8は、本発明の実施の形態2のスパッタリング装置の概略図である。図8において、図1と同じ構成要素については、同じ符号を用いているので、説明を省略する。
図9Aおよび図9Bは、本発明の実施の形態3のスパッタリング装置のうちの、マグネトロン電極(磁気回路10と水冷ジャケット11のみ)の概略図である。図9Aは水冷ジャケット11の断面図であり、図9Bはターゲット裏面の法線方向から見たときの水冷ジャケット11の上面透視図である。図9Aおよび図9Bにおいて、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
もちろん、実施の形態1のスパッタリング装置と同様に、ターゲット表面の広範囲にプラズマを形成することができるので、ターゲット材料の利用効率を向上させることができる。
図14には、実施の形態4のスパッタリング装置のマグネトロン電極(水冷ジャケット11と磁気回路10のみ)の概略図である。図14において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
2 ターゲット
3 高電圧印加電源
4 基板
4’ 基板保持具
5 ガス導入装置
6 排気装置
7 排気口
8 バルブ
9 アースシールド
10 磁気回路
11 水冷ジャケット
12 空間
13 磁気回路部品(磁性体)
14 スリット
20 パッキングプレート
101 中心垂直磁石
102 外周垂直磁石
103 内側平行磁石
104 外側平行磁石
105 ヨーク
Claims (8)
- 真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記ターゲットの裏面側に設置され、垂直磁石ユニットと平行磁石ユニットとを含む磁気回路と、前記ターゲットの表面側に配置され、基板を保持する基板保持具と、を有するスパッタリング装置において、
前記垂直磁石ユニットは中心垂直磁石と外周垂直磁石からなり、
前記垂直磁石ユニットのいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略垂直であり、かつ前記中心垂直磁石と外周垂直磁石の磁場方向は互いに逆向きであり、
前記中心垂直磁石は前記ターゲットの裏面の中央部に設置され、前記外周垂直磁石は前記ターゲットの裏面の外周部に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置され、
前記平行磁石ユニットは内側平行磁石と外側平行磁石からなり、
前記平行磁石ユニットのいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略平行であり、かつ前記内側平行磁石と外側平行磁石の磁場方向は互いに同じ向きであり、
前記前記平行磁石ユニットはいずれも、前記中心垂直磁石と外周垂直磁石との間に、前記中心垂直磁石を囲むように環状に設置され、かつ前記内側平行磁石は、前記外側平行磁石よりも前記ターゲットの裏面の中心側に配置され、
前記内側平行磁石と前記ターゲット表面との間隔をD1、前記外側平行磁石と前記ターゲット表面との間隔をD2、前記外周垂直磁石と前記ターゲット表面との間隔をD3としたとき、
D1<D2≦D3
である、スパッタリング装置。 - 前記間隔D1は30mm以下である、請求項1に記載のスパッタリング装置。
- 前記ターゲットと、前記磁気回路との間に設けられた水冷ジャケットをさらに有し、
前記磁気回路は、前記水冷ジャケットの外部に配置されている、請求項1に記載のスパッタリング装置。 - 前記水冷ジャケットの前記磁気回路側の一部に凹みの空間が形成され、前記内側平行磁石は、前記凹みの空間に設けられる、請求項3に記載のスパッタリング装置。
- 前記水冷ジャケットの前記磁気回路側の一部に形成された空間は、スリットにより複数の空間に分割されており、前記複数の空間のそれぞれに前記内側平行磁石が設けられ、
前記スリットの厚みは、前記水冷ジャケットの凹みが形成された部分の厚みよりも大きく、かつ前記スリットは水冷ジャケットの水路の一部である、
請求項4に記載のスパッタリング装置。 - 真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記ターゲットの裏面側に設置され、垂直磁石ユニットと平行磁石ユニットとを含む磁気回路と、前記ターゲットの表面側に配置され、基板を保持する基板保持具と、前記ターゲットと前記磁気回路との間に設けられた水冷ジャケットと、を有するスパッタリング装置において、
前記垂直磁石ユニットは中心垂直磁石と外周垂直磁石からなり、
前記垂直磁石ユニットのいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略垂直であり、かつ前記中心垂直磁石と外周垂直磁石の磁場方向は互いに逆向きであり、
前記中心垂直磁石は前記ターゲットの裏面の中央部に設置され、前記外周垂直磁石は前記ターゲットの裏面の外周部に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置され、
前記平行磁石ユニットは内側平行磁石と外側平行磁石からなり、
前記平行磁石ユニットのいずれの磁場方向も、前記ターゲット表面に対して略平行であり、かつ前記内側平行磁石と外側平行磁石の磁場方向は互いに同じ向きであり、
前記平行磁石ユニットはいずれも、前記中心垂直磁石と外周垂直磁石との間に、中心垂直磁石を囲むように環状に設置され、かつ前記内側平行磁石は、前記外側平行磁石よりも前記ターゲットの裏面の中心側に配置され、
前記内側平行磁石に対応する前記水冷ジャケットの内部に磁性体を設置するか、または前記内側平行磁石に対応する前記水冷ジャケットの一部を磁性体とする、請求項1に記載のスパッタリング装置。 - 請求項1に記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、
前記基板保持装置に、被成膜体を保持するステップと、
前記スパッタリング装置の真空チャンバ内に、スパッタリングガスを導入するステップと、
前記チャンバ内に配置されたターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、前記基板にパッタリング膜を形成するステップと
を含む、スパッタリング方法。 - 請求項6に記載のスパッタリング装置を用いるスパッタリング方法であって、
前記基板保持装置に、被成膜体を保持するステップと、
前記スパッタリング装置の真空チャンバ内に、スパッタリングガスを導入するステップと、
前記チャンバ内に配置されたターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、前記基板にスパッタ膜を形成するステップと
を含む、スパッタリング方法。
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