JP2009287076A - スパッタリング方法及び装置 - Google Patents

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    • H01J37/3455Movable magnets

Abstract

【課題】スパッタリング方法及び装置において、ターゲットへの再付着膜の堆積量を減少可能とすることを目的とする。
【解決手段】基板に所望の膜を成膜するスパッタリング方法において、ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御することで、前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去する。
【選択図】図4

Description

本発明は、スパッタリング方法及び装置に係り、特にマグネトロンスパッタリング等に好適なスパッタリング方法及び装置に関する。
図1は、従来のスパッタリング方法を説明する図である。図1において、マグネットベース1に設けられたマグネット2,3は、モータ(図示せず)によりターゲット8に対して回転する。ターゲット8の外周部分は、スパッタリング装置の真空室内においてターゲット押さえ9により保持されている。
スパッタリング装置の真空室内でスパッタリング中のスパッタリング原子11の一部は、所望の膜をスパッタリングにより成膜するべき基板(図示せず)へ到達する過程においてArガス等のプロセスガスの散乱によりターゲット8の表面に再付着する再付着原子12となり、ターゲット8の表面に再付着膜を形成する。一方、ターゲット8の表面のスパッタリングレートは、主にターゲット8の表面に平行な磁場の強度に依存した分布となる。図1において、破線は磁場を示し、一点鎖線は磁場強度を示す。この結果、ターゲット8の表面に形成される再付着膜の体積は、スパッタリングレートと再付着膜の堆積レートのバランスにより決まる。
一般に、マグネトロンスパッタリングに使用される磁気回路、具体的にはロータリーカソードマグネットは、ターゲット8以外のターゲット押さえ9等をスパッタリングしないように、ターゲット8の外周部分の磁場強度が弱くなるように設計されている。このため、ターゲット8の外周部分では、スパッタリングレートに対して再付着膜の堆積レートが高くなり、再付着膜が堆積してしまう。
図2は、ターゲット8の表面に平行な磁場の強度が強い箇所でのスパッタリングレートと再付着膜の堆積レートの関係を示す図である。又、図3は、ターゲット8の表面に平行な磁場の強度が弱い箇所でのスパッタリングレートと再付着膜の堆積レートの関係を示す図である。図2及び図3において、SQはスパッタリング原子11のスパッタリング量を示し、RDは再付着原子12の再付着量を示す。図3の場合、再付着量RDがスパッタリング量SQと比べて多い。
再付着原子12の堆積量RD、即ち、再付着膜の膜厚が一定値以上になると、熱応力の変化等により再付着膜の剥離が発生し易くなる。再付着膜の剥離が発生すると、再付着膜の成分が基板に付着して欠陥の原因となったり、真空室内においてカソードとグランドを短絡してスパッタリング装置の稼働障害を引き起こしたりする。
特許文献1乃至4からもわかるように、従来より各種スパッタリング装置が提案されている。
特開平11−61401号公報 特開2000−1776号公報 特開平4−63271号公報 特開平4−63273号公報
従来のスパッタリング方法では、ターゲットの表面に平行な磁場の強度が弱いターゲットの外周部分での再付着膜の堆積量が多くなり、再付着膜の剥離が発生し易いという問題があった。
そこで、本発明は、ターゲットへの再付着膜の堆積量を減少可能なスパッタリング方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、基板に所望の膜を成膜するスパッタリング方法であって、ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御ステップを有し、前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去するスパッタリング方法が提供される。
本発明の一観点によれば、基板に所望の膜を成膜するスパッタリング装置であって、真空室内でディスク形状のターゲットを保持するターゲット押さえと、回転可能なマグネットベース上に、前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生させる第1、第2及び第3のマグネットと、前記ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御部を備え、前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去するスパッタリング装置が提供される。
開示のスパッタリング方法及び装置によれば、ターゲットへの再付着膜の堆積量を減少可能となる。
開示のスパッタリング方法及び装置では、実稼働時又は生産時にターゲットの表面に平行な磁場の強度が弱いターゲットの部分等を、アイドル時又は非生産時には強い磁場強度に制御することで、実稼働時又は生産時にはスパッタリングされないターゲットの部分等をスパッタリングして再付着膜を除去する。アイドル時又は非生産時に除去される再付着膜は、実稼働又は生産前の排気処理等によりスパッタリング装置外に排出されるので、実稼働時又は生産時の基板上の成膜への影響は防止できる。
以下に、本発明のスパッタリング方法及び装置の各実施例を、図2以降と共に説明する。
図4は、本発明の第1実施例におけるスパッタリング装置の実稼働時又は生産時(以下、単に実稼働時と言う)の動作を説明する図である。図4において、マグネットベース21には、マグネット22を支持する第1の支持部211、マグネット23を支持する第2の支持部212及びマグネット24を支持する第3の支持部213が設けられている。マグネット22,23,24は、いずれも永久磁石である。第1の支持部211は、マグネットベース21に固定されている。一方、第2の支持部212は、モータ31及び移送機構32により、マグネットベース21及びターゲット28に対して移動可能に設けられている。又、第3の支持部213は、モータ33及び移送機構34により、マグネットベース21及びターゲット28に対して移動可能に設けられている。第2の支持部212及び第3の支持部213は、互いに別々に移動可能である。マグネットベース21は、モータ(図示せず)によりターゲット28に対して回転する。ターゲット28の外周部分は、スパッタリング装置の真空室内においてターゲット押さえ(又は、シールド)29により保持されている。
図4中、破線は磁場を示す。尚、図4に示すマグネット24,22,23のN,S,N極の関係は、これとは逆のS,N,S極の関係となっていても良い。
本実施例では、ターゲット28がディスク形状を有しこのディスク形状の外周側から内周側に向かってマグネット24,22,23がこの順序で配置されている。
スパッタリング装置の実稼働時には、磁気記録媒体等の製品に使用する基板(図示せず)上に所望の膜をスパッタリングにより成膜する。この場合、マグネット22,23による磁場を用いてスパッタリングをするため、制御部(図示せず)はモータ31を制御して第2の支持部212を図4に示す上昇した位置まで移動してターゲット28に近づける。一方、制御部はモータ33を制御して第3の支持部213を図4に示す下降した位置まで移動してターゲット28から遠ざける。これにより、マグネット24,22による磁場は、ターゲット28から漏れない程度の磁場強度に抑えられ、マグネット24,22による磁場でスパッタリングが発生することはない。尚、図4では、マグネット24,22による磁場がターゲット28を通る場合が図示されているが、マグネット24は、マグネット24,22による磁場がターゲット28から漏れず、且つ、ターゲットを通らない程度にターゲット28から遠ざけるようにしても良い。
図5は、実稼働時のターゲット28の表面に平行な磁場の強度を示す図である。図5中、縦軸は水平方向の磁場強度を任意単位で示し、横軸はターゲット28の位置を任意単位で示す。図5の左側がターゲット28の外周部分に相当する。図5からもわかるように、実稼働時には、スパッタリングに寄与する磁場はマグネット22,23によるものであり、マグネット24,22による磁場はターゲット28から漏れないのでスパッタリングに寄与しない。このため、ターゲット28の外周部分にあるターゲット28以外のターゲット押さえ29等がスパッタリングされることはない。又、図4に示すようにマグネット24,22による磁場がターゲット28を通る場合には、ターゲット押さえ29を含むターゲット28の外周部分では、スパッタリングレートに対して再付着膜の堆積レートが図1に示す従来例の場合と比較すると低くなり、再付着膜の堆積を抑えることができる。
図6は、第1実施例におけるアイドル時又は非生産時(以下、単にアイドル時と言う)の動作を説明する図である。
スパッタリング装置のアイドル時には、製品に使用される基板上に所望の膜をスパッタリングにより成膜することはないが、ダミーの基板等に所望の膜をスパッタリングにより成膜するようにしても良い。この場合、マグネット22,23による磁場の強度を上記実稼働時よりも弱くするため、制御部はモータ31を制御して第2の支持部212を図6に示す下降した位置まで移動してターゲット28から遠ざける。一方、制御部はモータ33を制御して第3の支持部213を図6に示す上昇した位置まで移動してターゲット28に近づける。これにより、マグネット24,22による磁場の強度は、マグネット22,23による磁場の強度以上に制御され、マグネット24,22による磁場でスパッタリングが発生する。この状態では、マグネット22,23による磁場でのスパッタリングは最小限に抑えられる。マグネット24,22による磁場で発生するスパッタリングにより、実稼働時にターゲット28の外周部分やターゲット28以外のターゲット押さえ29等に付着した再付着膜を除去することができる。又、実稼働時にはあまりスパッタリングされないターゲット28の外周部分がスパッタリングされるので、図1に示す従来例と比較するとターゲット28の表面をより均一に利用することができる。
図7は、アイドル時のターゲット28の表面に平行な磁場の強度を示す図である。図7中、縦軸は水平方向の磁場強度を任意単位で示し、横軸はターゲット28の位置を任意単位で示す。図7の左側がターゲット28の外周部分に相当する。図7からもわかるように、アイドル時には、スパッタリングに寄与する磁場は主にマグネット24,22によるものであり、マグネット22,23による磁場は実稼働時程はスパッタリングに寄与しない。このため、ターゲット28の外周部分やターゲット28以外のターゲット押さえ29等もスパッタリングされる。これにより、実稼働時にターゲット28の外周部分やターゲット28以外のターゲット押さえ29等に付着した再付着膜を除去することができる。アイドル時に除去される再付着膜は、実稼働前の排気処理等によりスパッタリング装置外に排出されるので、実稼働時の基板上の成膜への影響は防止できる。
図8は、本発明の第1実施例におけるスパッタリング装置を示す断面図である。図8に示すスパッタリング装置51−1は、ロータリーカソードマグネットを用いたマグネトロンスパッタリングを行う。図8中、図4及び図6と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この例では、2つのターゲット28を用いる。
図8に示すスパッタリング装置51−1には、真空室52に2つのロータリーカソードマグネット部53−1及び真空ポンプ54が設けられている。2つのロータリーカソードマグネット部53−1は、同じ構成を有し、マグネットベース22を回転させるモータ533を有する。
真空室52内には、基板61を支持するキャリア56が設けられ、キャリア56は搬送ユニット55により搬送される。搬送ユニット55は、所望の膜を成膜するべき基板61を真空室52外から真空室52内へ搬送し、所望の膜が成膜された基板61を真空室52内から真空室52外へ搬送する。真空室52には、Arガス等のプロセスガスを導入するガス導入口57が設けられている。
制御部59は、スパッタリング装置51−1の各部を制御する。図8では便宜上、制御部59から各部への信号線の図示は省略する。制御部59は、モータ31,33,533、搬送ユニット55、真空ポンプ54、ガス導入口57からのプロセスガスの真空室52への導入、真空室52の排気口(図示せず)からの排気等を制御する。本実施例では、制御部59はスパッタリング装置51−1全体を制御する単一のプロセッサであるが、制御部59が複数のプロセッサで構成されている場合には、スパッタリング装置51−1の各部を別々のプロセッサで制御するようにしても良い。
図9は、図8中楕円で示すターゲット28の部分を拡大して示す図である。スパッタリング装置51−1の実稼働時に真空室52内でスパッタリング中のスパッタリング原子11の一部は、所望の膜をスパッタリングにより成膜するべき基板61へ到達する過程においてArガス等のプロセスガスの散乱によりターゲット28やターゲット押さえ29の表面に再付着する再付着原子12となり、ターゲット28やターゲット押さえ29の表面に再付着膜を形成する。一方、ターゲット28の表面のスパッタリングレートは、主にターゲット28の表面に平行な磁場の強度に依存した分布となる。図9において、破線は磁場を示し、一点鎖線は磁場強度を示す。この結果、ターゲット28やターゲット押さえ29の表面に形成される再付着膜の体積は、スパッタリングレートと再付着膜の堆積レートのバランスにより決まる。
本実施例では、たとえ実稼働時にターゲット28やターゲット押さえ29の表面に再付着膜が形成されても、アイドル時のスパッタリングにより除去されるので、剥離した再付着膜の成分が基板61に付着して欠陥の原因となったり、真空室52内においてカソードとグランドを短絡してスパッタリング装置51−1の稼働障害を引き起こしたりすることがない。
尚、アイドル時にスパッタリング装置51−1を完全にオフ状態とせずに最低限のスパッタリング継続するのは、連続して複数の基板に対する成膜を行う場合、基板が代わる度にスパッタリング装置51−1を毎回完全なオフ状態からオン状態(即ち、実稼働状態)へ立ち上げるのでは時間がかかり、生産効率が非常に低下してしまうからである。このため、スパッタリング装置51−1は、基板61に対して実際に成膜処理を行う成膜モード(即ち、実稼働状態)と、基板61に対する成膜処理を行わない待機モード(即ち、アイドル状態)の2つの動作モードを有する。
図10は、本発明の第2実施例におけるスパッタリング装置を示す断面図である。図10中、図4、図6及び図8と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図10に示すスパッタリング装置51−2には、真空室52に2つのロータリーカソードマグネット部53−2及び真空ポンプ54が設けられている。2つのロータリーカソードマグネット部53−2は、同じ構成を有し、マグネットベース22を回転させるモータ533を有する。マグネット22,23は、マグネットベース22に固定されている。
図11は、図10中楕円で示すのターゲット28の部分を拡大して示す図である。又、図12は、図10のターゲット押さえ29の部分を拡大して示す図である。ターゲット押さえ29は、移動可能なシールドベース291に設けられている。シールドベース291は、一対のモータ71x及び一対の移送機構72xにより、マグネットベース21に対してx方向に移動可能に設けられると共に、一対のモータ71y及び一対の移送機構72yにより、マグネットベース21に対してy方向に移動可能に設けられている。尚、シールドベース291は、x方向或いはy方向の一方のみに移動可能な構成としても良い。モータ71x,71yは、制御部59により制御される。
図13は、ターゲット28の表面に平行な磁場の強度とターゲット28の移動を示す図である。図13中、縦軸は水平方向の磁場強度を任意単位で示し、横軸はターゲット28の位置を任意単位で示す。図13の左側がターゲット28の外周部分に相当する。制御部59は、スパッタリング装置51−2の実稼働時にはターゲット28が図13中Iで示す位置でマグネット22,23と対向するようにモータ71x,71yを制御し、アイドル時にはターゲット28が図13中IIで示す位置でマグネット22,23と対向するようにモータ71x,71yを制御する。IIに示す位置では、マグネット22,23はターゲット28の外周部分に対向する。この結果、ターゲット28の表面に平行な磁場の強度は、ターゲット28がIIで示す位置にあってもIで示す位置と同じ強度に制御される。つまり、アイドル時には、ターゲット28の外周部分やターゲット28以外のターゲット押さえ29等もスパッタリングされる。これにより、実稼働時にターゲット28の外周部分やターゲット28以外のターゲット押さえ29等に付着した再付着膜を除去することができる。アイドル時に除去される再付着膜は、実稼働前の排気処理等によりスパッタリング装置外に排出されるので、実稼働時の基板上の成膜への影響は防止できる。
本実施例では、たとえ実稼働時にターゲット28やターゲット押さえ29の表面に再付着膜が形成されても、アイドル時のスパッタリングにより除去されるので、剥離した再付着膜の成分が基板61に付着して欠陥の原因となったり、真空室52内においてカソードとグランドを短絡してスパッタリング装置51−2の稼働障害を引き起こしたりすることがない。
尚、本発明は、以下に付記する発明をも包含するものである。
(付記1)
基板に所望の膜を成膜するスパッタリング方法であって、
ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御ステップを有し、
前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去する、スパッタリング方法。
(付記2)
前記成膜モード中、第2の強度の磁場は、前記ターゲットから漏れない程度の磁場である、付記1記載のスパッタリング方法。
(付記3)
前記ターゲットはディスク形状を有し、回転可能なマグネットベースに設けられた第1、第2及び第3のマグネットは前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生し、
前記制御ステップは、前記成膜モードでは前記第1のマグネットを前記ターゲットから遠ざけると共に前記第2及び第3のマグネットを前記ターゲットに近づけて前記第1及び第2のマグネットによる磁場を前記第2の強度に制御し、前記待機モードでは前記第1及び第2のマグネットを前記ターゲットに近づけると共に前記第3のマグネットを前記ターゲットから遠ざけて前記第1及び第2のマグネットによる磁場を前記第1の強度以上に制御する、付記1又は2記載のスパッタリング方法。
(付記4)
前記第1及び第3のマグネットは前記マグネットベースに移動可能に設けられ、前記第2のマグネットは前記マグネットベースに固定されている、付記3記載のスパッタリング方法。
(付記5)
前記ターゲットはディスク形状を有し、回転可能なマグネットベースに設けられた第1及び第2のマグネットは前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生し、
前記制御ステップは、前記待機モードでは前記第1及び第2のマグネットが前記成膜モードよりも前記ターゲットの外周部分に対向するように前記ターゲットを移動する、付記1記載のスパッタリング方法。
(付記6)
基板に所望の膜を成膜するスパッタリング装置であって、
真空室内でディスク形状のターゲットを保持するターゲット押さえと、
回転可能なマグネットベース上に、前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生させる第1、第2及び第3のマグネットと、
前記ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御部を備え、
前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去する、スパッタリング装置。
(付記7)
前記制御部は、前記成膜モード中、第2の強度の磁場を、前記ターゲットから漏れない程度の磁場に制御する、付記6記載のスパッタリング装置。
(付記8)
前記第1及び第3のマグネットは前記マグネットベースに移動可能に設けられ、前記第2のマグネットは前記マグネットベースに固定されている、付記6又は7記載のスパッタリング装置。
(付記9)
基板に所望の膜を成膜するスパッタリング装置であって、
真空室内でディスク形状のターゲットを保持するターゲット押さえと、
回転可能なマグネットベース上に、前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生させる第1及び第2のマグネットと、
前記ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御部を備え、
前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去する、スパッタリング装置。
(付記10)
前記制御部は、前記待機モードでは前記第1及び第2のマグネットが前記成膜モードよりも前記ターゲットの外周部分に対向するように前記ターゲットを移動する、付記9記載のスパッタリング装置。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
従来のスパッタリング方法を説明する図である。 ターゲットの表面に平行な磁場の強度が強い箇所でのスパッタリングレートと再付着膜の堆積レートの関係を示す図である。 ターゲットの表面に平行な磁場の強度が弱い箇所でのスパッタリングレートと再付着膜の堆積レートの関係を示す図である。 本発明の第1実施例における実稼働時の動作を説明する図である。 実稼働時のターゲットの表面に平行な磁場の強度を示す図である。 本発明の第1実施例におけるアイドル時の動作を説明する図である。 アイドル時のターゲットの表面に平行な磁場の強度を示す図である。 本発明の第1実施例におけるスパッタリング装置を示す断面図である。 図8のターゲットの部分を拡大して示す図である。 本発明の第2実施例におけるスパッタリング装置を示す断面図である。 図10のターゲットの部分を拡大して示す図である。 図10のターゲット押さえの部分を拡大して示す図である。 ターゲットの表面に平行な磁場の強度とターゲットの移動を示す図である。
符号の説明
21 マグネットベース
22,23,24 マグネット
28 ターゲット
29 ターゲット押さえ
31,33,71x,71y,533 モータ
32,34,72x,72y 移送機構
52 真空室
59 制御部
61 基板
211,212,213 支持部

Claims (5)

  1. 基板に所望の膜を成膜するスパッタリング方法であって、
    ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御ステップを有し、
    前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去する、スパッタリング方法。
  2. 前記ターゲットはディスク形状を有し、回転可能なマグネットベースに設けられた第1及び第2のマグネットは前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生し、
    前記制御ステップは、前記待機モードでは前記第1及び第2のマグネットが前記成膜モードよりも前記ターゲットの外周部分に対向するように前記ターゲットを移動する、請求項1記載のスパッタリング方法。
  3. 基板に所望の膜を成膜するスパッタリング装置であって、
    真空室内でディスク形状のターゲットを保持するターゲット押さえと、
    回転可能なマグネットベース上に、前記ディスク形状の外周側から内周側に向かって配置されて前記ターゲットに磁場を発生させる第1、第2及び第3のマグネットと、
    前記ターゲットの表面に平行な磁場が、前記基板に対して実際に成膜処理を行う成膜モード中はスパッタリングされる前記ターゲットの他の部分の第1の強度と比較して弱い第2の強度であるターゲットの部分を、前記成膜処理を行わない待機モード中は前記第1の強度以上の磁場に制御する制御部を備え、
    前記成膜モード中に前記ターゲットの部分に付着した再付着膜を前記待機モード中のスパッタリングにより除去する、スパッタリング装置。
  4. 前記制御部は、前記成膜モード中、第2の強度の磁場を、前記ターゲットから漏れない程度の磁場に制御する、請求項3記載のスパッタリング装置。
  5. 前記第1及び第3のマグネットは前記マグネットベースに移動可能に設けられ、前記第2のマグネットは前記マグネットベースに固定されている、請求項3又は4記載のスパッタリング装置。
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