JP2009167492A - 成膜源、スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットの使用効率を向上させる成膜源、スパッタリング装置を提供する。
【解決手段】ターゲット２１には孔２６が形成され、磁石装置２０は磁石移動装置４により、ターゲット２１の孔２６の周囲を移動する。従って、磁石装置２０により形成されるエロージョン領域は、孔２６の周囲に形成され、非エロージョン領域になるべき部分にはターゲット２１が存在しないから、ターゲット２１の使用効率が高い。孔２６の底面上には接地電極２５が配置されているから、孔２６の内部に露出する部材がスパッタリングされない。
【選択図】図１

Description

本発明はスパッタリング装置の技術分野に係る。

大型の基板表面に薄膜を形成するスパッタリング装置では、ターゲット材料と対面しながらターゲット材料の正面を通過し、通過する間に薄膜が形成される通過型スパッタリング装置が用いられている。

このようなスパッタリング装置では、ターゲットのエロージョン領域を拡大するために、ターゲット裏面に配置されたマグネトロン磁石装置を移動させる構成が採用されており、例えば、ターゲット材料の裏面に長手方向に沿ってマグネトロン磁石装置の走行軌道を敷設し、走行軌道上を小径のマグネトロン磁石装置が多数走行し、ターゲット材料裏面の広い領域とマグネトロン磁石装置が向き合うことで、エロージョン領域が拡大するようにされている。
特開２００３−２９３１３０号公報 特開平７−１８４３５号公報 特開２００５−３３６５２０号公報 特開２００７−２２４３９２号公報 特許第３８８３３１６号公報

しかしながら上記のように磁石を走行させても、ターゲットの中央部分と外周部分はスパッタされ難く、ターゲットの使用効率を向上させるのにも限界がある。

上記課題を解決するために、本発明は成膜源であって、孔が形成されたターゲットと、前記孔の底面上に配置され、接地電位に接続された接地電極と、前記ターゲットの裏面側に配置された磁石装置と、前記磁石装置を、前記ターゲットの裏面側で前記孔の周囲に沿って周回移動させる磁石移動装置とを有する成膜源である。
本発明は成膜源であって、前記磁石装置は、リング状の外周磁石と、前記外周磁石のリング内側に配置された中心磁石とを有し、前記中心磁石と前記外周磁石は、Ｓ極とＮ極のうち、前記ターゲット側の面に一方の磁極が形成され、前記中心磁石と前記外周磁石は、前記ターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされた成膜源である。
本発明は成膜源であって、バッキングプレートを有し、前記ターゲットは前記バッキングプレートに密着して取り付けられ、前記バッキングプレートには、前記ターゲットの前記孔と連通する孔が形成された成膜源である。
本発明は成膜源であって、前記ターゲットと前記バッキングプレートの前記連通する孔には接地線が挿通され、前記接地電極は、前記接地線を介して接地電位に接続された成膜源である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記成膜源と、真空槽とを有し、前記成膜源のうち、少なくとも前記ターゲットは前記真空槽内部に配置されたスパッタリング装置である。

本発明は上記のように構成されており、磁石装置はターゲットの孔の周囲を周回移動するため、ターゲットのエロージョン領域（ターゲット表面が多量にスパッタリングされ、表面が深く掘れる領域）は孔の周囲に沿って移動し、エロージョン領域がリング状になる。

エロージョン領域のリング内側にターゲットが存在しても、その部分は非エロージョン領域（ターゲット表面のスパッタリングされる量が少なく、表面が浅く掘れる領域）となり、ターゲットの使用効率が悪い。本発明では、エロージョン領域のリング内側は、孔の内部空間であり、ターゲットが存在しないため、ターゲットの使用効率が高い。

エロージョン領域が移動するため、ターゲットの広い領域がスパッタリングされる。非エロージョン領域に当たる部分はターゲットが存在しないため、ターゲットの使用効率が高い。

図１は本発明のスパッタリング装置１０の一例であり、該スパッタリング装置１０は真空槽１７と、成膜源（スパッタ源）３とを有している。
真空槽１７の内部には基板移動軌道１２が設けられている。基板移動軌道１２には、基板ホルダ１９が設けられており、図示しないモータ等の駆動装置を動作させると、基板ホルダ１９は真空槽１７内を、基板移動軌道１２に沿って移動するように構成されている。

成膜源３は、バッキングプレート１８と、ターゲット２１と、接地電極２５と、磁石装置２０と、磁石移動装置４とを有している。
バッキングプレート１８は板状であって、真空槽１７内部の基板移動軌道１２と面する位置で、表面を基板移動軌道１２に向けて配置されている。

ターゲット２１は板状であって、表面を基板移動軌道１２に向けた状態で、裏面がバッキングプレート１８の表面に密着して取り付けられている。基板ホルダ１９に保持された基板８は、基板ホルダ１９と一緒に基板移動軌道１２に沿って移動し、ターゲット２１上を通過するようにされている。

ターゲット２１とバッキングプレート１８には、表面から裏面まで貫通する孔２６、２８がそれぞれ形成され、ターゲット２１をバッキングプレート１８に取り付けた状態では、それらの孔２６、２８は連通している。

ここでは、バッキングプレート１８は平面形状がターゲット２１よりも大きく、かつ、その孔２８はターゲット２１の孔２６よりも小さくされ、ターゲット２１は、バッキングプレート１８からはみ出ず、かつ、その孔２６の全周がバッキングプレート１８の孔２８よりも外側に位置するよう取り付けられている。
従って、ターゲット２１の裏面全部がバッキングプレート１８に密着し、ターゲット２１の孔２６の底面２７にはバッキングプレート１８の表面が露出している。

接地電極２５はステンレス板等の金属板であって、ターゲット２１の孔２６の底面２７上で、ターゲット２１及びバッキングプレート１８と接触しないように配置されている。
ターゲット２１とバッキングプレート１８の連通する孔２６、２８には、接地線２９が、ターゲット２１及びバッキングプレート１８から絶縁された状態で挿通され、接地線２９の一端は真空槽１７と同じ接地電位に接続され、他端は接地電極２５に接続されている。従って、接地電極２５はターゲット２１及びバッキングプレート１８からは絶縁され、真空槽１７と同じ接地電位に接続されている。

ここでは、接地電極２５は、平面形状がターゲット２１の孔２６よりも大きく、接地電極２５は全周が孔２６よりも外側にはみ出している。そのため、孔２６は接地電極２５で覆われ、孔２６の内部は露出しない。

磁石移動装置４は、取付板２３と、駆動装置１３とを有している。
取付板２３はターゲット２１の裏面側の、ターゲット２１の表面と平行な平面内に配置されている。
駆動装置１３は、取付板２３をターゲット２１の表面と平行な平面内で、孔２６を通る回転中心軸線を中心として回転させる。

磁石装置２０は一個又は二個以上が、取付板２３のターゲット２１側の表面に配置されている。各磁石装置２０の中心は、取付板２３の回転中心軸線から離間している。
磁石装置２０が複数の場合、磁石装置２０はターゲット２１表面と平行な平面内で、互いに離間した状態で、回転中心軸線の周囲に並べられている。

取付板２３が回転すると、各磁石装置２０は並べられた順番を変えずに、ターゲット２１裏面側のターゲット２１の表面と平行な平面内で、回転中心軸線を中心とする円周上を移動する。回転中心軸線は孔２６を通るから、各磁石装置２０は孔２６の周囲（外周）に沿って移動することになる。

図２の符号３１は磁石装置２０の中心が移動する中心移動軌跡を示している。図２では取付板２３と、バッキングプレート１８と、後述する金属ヨークは省略されている。

ここでは、各磁石装置２０の中心から回転中心軸線までの距離はそれぞれ等しく、ターゲット２１は円盤状であり、孔２６は円形であり、回転中心軸線はターゲット２１の中心と孔２６の中心を通る。従って、ターゲット２１と孔２６と、中心移動軌跡３１は同心円状である。
各磁石装置２０の中心から回転中心軸線までの距離、即ち中心移動軌跡３１の半径は、孔２６の半径よりも大きく、中心移動軌跡３１は孔２６の外側に位置する。

ターゲット２１の外周から孔２６外周までを幅Ｗとすると、ここでは、中心移動軌跡３１は幅Ｗの中央、即ちターゲット２１外周と孔２６外周の中間を通るから、各磁石装置２０は一部又は全部がターゲット２１と対面しながら移動する。

図３に示すように、磁石装置２０は、リング状の外周磁石４６と、外周磁石４６のリング内側に、該外周磁石４６と離間して配置された中心磁石４５とを有している。ここでは中心磁石４５もリング状であり、中心磁石４５と外周磁石４６のリング中心が一致するように、中心磁石４５と外周磁石４６のリング形状の一底面が板状の金属ヨーク４０の表面に接触して取り付けられている。

中心磁石４５と外周磁石４６はリングの一方の底面にＮ極が形成され、他方の底面にＳ極が形成されている。中心磁石４５のＮ極と外周磁石４６のＳ極がターゲット２１表面が位置する平面に向けられているか、中心磁石４５のＳ極と外周磁石４６のＮ極がターゲット２１表面が位置する平面に向けられている。

上述したように、磁石装置２０はターゲット２１と対面するから、中心磁石４５と外周磁石４６は互いに異なる極性の磁極がターゲット２１に向けられ、ターゲット２１表面にリング状の磁力線トンネルが形成される。

その磁力線は、中心磁石４５と外周磁石４６の間の中間位置で水平磁場成分がゼロになり、その部分が最も強くスパッタリングされる。
中心磁石４５と外周磁石４６はリング状だから、その中間位置もリング状になる。そのリングの直径は、ターゲット２１外周から孔２６外周までの幅Ｗよりも小さくされ、水平磁場成分がゼロとなる部分は孔２６内側にもターゲット２１の外側にもはみ出さず、ターゲット２１表面が強くスパッタリングされる。

磁石装置２０が静止していると、強くスパッタリングされる領域（エロージョン領域）も静止するから、狭い範囲しかスパッタリングされない。磁石装置２０を移動させながらスパッタリングすれば、エロージョン領域も移動するから、ターゲット２１の広い範囲がスパッタリングされ、使用効率があがる。
エロージョン領域の外側には孔２６があり、孔２６にはターゲット２１が存在しないから、ターゲット２１に非エロージョン領域が形成されず、使用効率が高い。

本発明のスパッタリング装置１０は上記のように構成されており、薄膜を形成する際には、真空排気系１５によって真空槽１７内を真空排気すると共に、ガス導入系１６から真空槽１７内にスパッタリングガスを導入し、所定圧力の真空雰囲気を形成する。
該真空雰囲気を維持し、スパッタ電源１４によって、バッキングプレート１８を介して、ターゲット２１に電圧を印加し、ターゲット２１をスパッタリングする。

接地電極２５とターゲット２１との間の距離は、接地電極２５とターゲット２１間で放電が起こらない程短くされており、ターゲット２１がスパッタリングされる際に異常放電が起こらない。

接地電極２５は真空槽１７と同じ接地電位に接続されているから、接地電極２５はスパッタリングされない。上述したように、孔２６は接地電極２５で覆われているから、バッキングプレート１８等、孔２６の内部に露出する部材もスパッタリングされない。

ターゲット２１をスパッタリングしながら、基板ホルダ１９に保持させた基板８を移動させ、ターゲット２１上を通過させると、ターゲット２１から飛び出したスパッタリング粒子が基板８表面に到達し、薄膜が形成される。上述したように、接地電極２５や他の部材はスパッタリングされないから、薄膜に汚染物質が混入しない。
スパッタリングの際に、磁石装置２０を移動させると、ターゲット２１表面上の磁力線が一緒に移動するから、エロージョン領域も移動し、ターゲット２１の広い領域がスパッタリングされる。

以上はターゲット２１が円盤状の場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、ターゲット２１は、平面形状が楕円、正方形、長方形等種々の形状のものを用いることができる。

図４の符号７１は他の例のターゲットを示しており、ターゲット７１は細長（長方形）であり、孔７６も細長（楕円形）になっている。
磁石装置２０の中心移動軌跡６１は孔７６よりも外側にあり、ここでは中心移動軌跡６１は、ターゲット７１長辺から孔７６までの幅Ｗａの中心と、ターゲット７１短辺から孔７６までの幅Ｗｂの中心を通る。即ち、中心移動軌跡６１はターゲット７１外周と孔７６外周との中間位置を通り、各磁石装置２０はターゲット７１と対面しながら、孔７６の周囲を周回移動する。
この場合も、水平磁場成分がゼロとなる部分がターゲット７１外周と孔７６外周との間を通るようにすれば、ターゲット７１の使用効率が高くなる。

各磁石装置２０の大きさは同じであってもよいし、異なる大きさの磁石装置２０を同じ、中心移動軌跡３１上で移動させてもよい。更に、異なる２以上の中心移動軌跡３１上で磁石装置２０を移動させてもよい。
磁石装置２０には、中心磁石４５及び外周磁石４６とは大きさの異なる１個以上のリング状の磁石を、中心磁石４５及び外周磁石４６と同心円状に配置してもよい。

中心磁石４５の形状は特に限定されず、円形、リング形状、矩形等種々の形状とすることができるが、磁力線の密度を均一にするためには、中心磁石４５の外周を、外周磁石４６のリング内周と相似形にし、かつ、中心磁石４５の中心を外周磁石４６のリング中心に位置させる。

磁石装置２０は全部がターゲット２１、７１の裏面と対向するように配置してもよい。また、水平磁場成分がゼロとなる部分が、ターゲット２１、７１外周と孔２６、７６外周の間を移動するのであれば、磁石装置２０の一部が孔２６、７６内部又はターゲット２１、７１の外側にはみ出てもよい。

中心磁石４５と外周磁石４６は特に限定されないが、電磁石よりも永久磁石を用いた方が装置構造が簡易である。
スパッタリングの際、磁石装置２０の移動速度は一定であってもよいし変化させてもよい。

接地電極２５の設置場所は、ターゲット２１、７１との間に放電が起こらない程度に、ターゲット２１、７１までの距離が短いのであれば特に限定されない。例えば、接地電極２５の平面形状をターゲット２１、７１の孔２６、７６の平面形状よりも小さくし、接地電極２５を孔２６、７６の内部に配置してもよい。

取付板２３の設置場所は、磁石装置２０により形成される磁力線がターゲット２１、７１表面を通るのであれば特に限定されない。具体的には、取付板２３を真空槽１７内部に設置し、磁石装置２０を真空槽１７内部で移動させてもよいし、取付板２３を真空槽１７外部に設置し、磁石装置２０を真空槽１７外部で移動させてもよい。取付板２３を真空槽１７外部に設置する場合には、磁石装置２０による磁力線が真空槽１７内部を通るように、真空槽１７を透磁性材料で構成する。

以上はバッキングプレート１８を介してターゲット２１、７１に電圧を印加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、バッキングプレート１８を設けず、ターゲット２１、７１にスパッタ電源１４からの電圧を直接印加してもよい。

第一の発明のスパッタリング装置の内部説明図 ターゲットと磁石装置の位置関係を説明するための平面図 磁石装置を説明するための断面図 ターゲットの他の例を説明するための平面図

符号の説明

３……成膜源 ４……磁石移動装置 １０……スパッタリング装置 １８……バッキングプレート １７……真空槽 ２０……磁石装置 ２１、７１……ターゲット ２３……取付板 ２５……接地電極 ２６、７６……ターゲットの孔 ２７……孔の底面 ２８……バッキングプレートの孔 ２９……接地線 ４５……中心磁石 ４６……外周磁石

Claims (5)

1. 孔が形成されたターゲットと、
   前記孔の底面上に配置され、接地電位に接続された接地電極と、
   前記ターゲットの裏面側に配置された磁石装置と、
   前記磁石装置を、前記ターゲットの裏面側で前記孔の周囲に沿って周回移動させる磁石移動装置とを有する成膜源。
2. 前記磁石装置は、リング状の外周磁石と、前記外周磁石のリング内側に配置された中心磁石とを有し、
   前記中心磁石と前記外周磁石は、Ｓ極とＮ極のうち、前記ターゲット側の面に一方の磁極が形成され、
   前記中心磁石と前記外周磁石は、前記ターゲット側の面の磁極の極性が互いに反対にされた成膜源。
3. バッキングプレートを有し、
   前記ターゲットは前記バッキングプレートに密着して取り付けられ、
   前記バッキングプレートには、前記ターゲットの前記孔と連通する孔が形成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜源。
4. 前記ターゲットと前記バッキングプレートの前記連通する孔には接地線が挿通され、
   前記接地電極は、前記接地線を介して接地電位に接続された請求項３記載の成膜源。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜源と、真空槽とを有し、
   前記成膜源のうち、少なくとも前記ターゲットは前記真空槽内部に配置されたスパッタリング装置。

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