JP2016023329A - マグネトロンスパッタリング装置、バッキングプレート、ターゲット組立体、及びマグネトロンスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導加熱により基板を加熱した際、異常放電の発生がなく、均一で、膜質等に優れた薄膜を形成することのできるマグネトロンスパッタリング装置を提供する。【解決手段】本発明のマグネトロンスパッタリング装置は、ターゲット１２の表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を基板１２表面に堆積させて、基板表面上に薄膜を形成する装置であって、ターゲット１２の裏面側に配置され、ターゲット１２の表面上に磁場を発生させる磁場形成部を備え、磁場形成部は、内側磁石１５と、内側磁石１５の外周を取り囲む外側磁石１６とを有し、ターゲット１２と磁場形成部との間であって、少なくとも内側磁石１５に対向する位置に、磁性体ヨーク１８ａが配設されており、磁性体ヨーク１８ａは、その外周側端部が、外側磁石１６側に突出している。【選択図】図３

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置、それに使用されるバッキングプレート及びターゲット組立体、並びにマグネトロンスパッタリング方法に関する。

マグネトロンスパッタリング装置は、高密度プラズマをターゲットの表面近傍に閉じ込めることによって、基板へのダメージが少なく、かつ、速い成膜レートで薄膜を形成することができる。

ところで、マグネトロンスパッタリング装置を用いて、基板上に形成した薄膜は、通常、非晶質であるが、膜質を向上させたり、結晶の配向性を向上させたりする目的で、薄膜形成中に、基板を加熱する場合がある（例えば、特許文献１）。

特開２００１−１０６５４０号公報

基板の加熱は、基板を保持するアノード電極にヒータを取り付けすることによって行われるが、アノード電極は、真空チャンバ内に配置されているため、アノード電極を均一に加熱することが難しい。そのため、アノード電極に保持された基板は、均一な温度に加熱されないため、膜質や結晶の配向にバラツキが生じるという問題がある。特に、マグネトロンスパッタリング装置が、シート状の基板を移動させて連続的に薄膜形成を行うロール・ツー・ロール方式を採用している場合、基板を保持するアノード電極がドラム状になっているため、アノード電極の表面を均一に加熱することは極めて難しい。

そこで、均一な加熱を行う手段として、アノード電極を磁性体で構成して、電磁誘導加熱により加熱する方法が考えられる。アノード電極は、内部に流れる誘導電流によるジュール熱により自己発熱するため、アノード電極を均一に加熱することができる。

しかしながら、本願発明者等が、電磁誘導加熱により基板を加熱しながら、マグネトロンスパッタリング装置で、薄膜を形成する方法を検討していたところ、スパッタリング中に、異常放電が発生するという現象を見出した。異常放電が発生すると、スパッタリングの均一性が低下するため、形成した薄膜の膜厚バラツキを招く。また、異常放電により、ターゲットの損傷を招くおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その主な目的は、電磁誘導加熱により基板を加熱した際、異常放電の発生がなく、均一で、膜質に優れた薄膜を形成することのできるマグネトロンスパッタリング装置を提供することである。

本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置は、基板と対向して配置されるターゲットの表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を基板表面に堆積させて、基板表面上に薄膜を形成する装置であって、ターゲットの裏面側に配置され、ターゲットの表面上に磁場を発生させる磁場形成部を備えている。磁場形成部は、内側磁石と、内側磁石と逆向きの磁化方向を有し、内側磁石の外周を取り囲む外側磁石とを備え、ターゲットと磁場形成部との間であって、少なくとも内側磁石に対向する位置に、磁性体ヨークが配設されており、磁性体ヨークは、その外周側端部が、外側磁石側に突出している。

本発明に係るバッキングプレートは、上記マグネトロンスパッタリング装置に使用されるプレートであって、ターゲットを載置する面と、バッキングプレートに埋め込まれた板状の磁性体ヨークとを有している。バッキングプレートは、マグネトロンスパッタリング装置内において、ターゲットと磁場形成部との間に配設され、磁性体ヨークは、磁場形成部を構成する内側磁石及び外側磁石のうち、少なくとも内側磁石に対向する位置に配設されており、かつ、磁性体ヨークの外周側端部が、外側磁石側に突出している。

本発明に係るターゲット組立体は、上記マグネトロンスパッタリング装置に使用される組立体であって、ターゲットと、ターゲットを載置するバッキングプレートとを有し、バッキングプレートは、板状の磁性体ヨークが埋め込まれている。ターゲット組立体は、マグネトロンスパッタリング装置内において、磁場形成部上に配設され、磁性体ヨークは、磁場形成部を構成する内側磁石及び外側磁石のうち、少なくともに内側磁石に対向する位置に配設されており、かつ、磁性体ヨークの外周側端部が、外側磁石側に突出している。

本発明に係るマグネトロンスパッタリング方法は、基板と対向して配置されるターゲットの表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を基板表面に堆積させて、基板表面上に薄膜を形成する方法であって、ターゲットの裏面側に、ターゲットの表面上に磁場を発生させる磁場形成部を配置し、ターゲットと磁場形成部との間に、板状の磁性体ヨークを配置し、磁場形成部は、内側磁石と、内側磁石と逆向きの磁化方向を有し、内側磁石の外周を取り囲む外側磁石とを備えている。磁性体ヨークは、少なくとも内側磁石に対向する位置に配設されており、かつ、磁性体ヨークの外周側端部が、外側磁石側に突出している。

本発明によれば、電磁誘導加熱により基板を加熱した際、異常放電の発生がなく、均一で、膜質に優れた薄膜を形成することのできるマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。

（ａ）は、一般的なマグネトロンスパッタリング装置の主要な構成を示した概念図で、（ｂ）は、磁石の配置を示した平面図、（ｃ）は、ターゲットの表面近傍に閉じ込められたプラズマ領域を示した平面図である。 スパッタリング中の異常放電を示した図である。 本発明の一実施形態におけるマグネトロンスパッタリング装置の主要な構成を示した概念図である。 本発明の一実施形態における磁性体ヨークの効果を説明した図で、（ａ）は、磁性体ヨークがない場合、（ｂ）は、磁性体ヨークがある場合の図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の効果を説明した図である。 本発明の一実施形態における磁性体ヨークの構成を示した図である。 （ａ）〜（ｄ）は、垂直磁場及び水平磁場の磁束密度のシミュレーション結果を示したグラフである。 垂直磁場及び水平磁場の磁束密度を測定する座標軸を示した図である。 本発明の一実施形態における磁場形成部及び磁性体ヨークの構成例を示した図である。 本発明の他の実施形態における磁性体ヨークの構成を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態における磁性体ヨークの構成を示した図である。 本発明の一実施形態におけるバッキングプレートの構成を示した図である。 本発明の一実施形態におけるターゲット組立体の構成を示した図である。

本発明の実施形態を説明する前に、本発明を想到するに至った経緯をまず説明する。

図１（ａ）は、一般的なマグネトロンスパッタリング装置の主要な構成を示した概念図である。

図１（ａ）に示すように、アノード電極１１とカソード電極１３との間にターゲット１４が配置され、ターゲット１４の背面に磁石１５、１６が配置されている。アノード電極１１とカソード電極１３との間に電圧が印加されると、ターゲット１４の表面に発生した漏洩磁束２０によって、プラズマ２１が閉じ込められ、これにより、ターゲット１４がスパッタリングされて、アノード電極１１に保持された基板１２に薄膜が形成される。

図１（ｂ）は、磁石１５、１６の配置を示した平面図で、中央に内側磁石１５が配置され、内側磁石１５と逆向きの磁化方向を有する外側磁石１６が、内側磁石１５の外周を取り囲んで配置されている。

図１（ｃ）は、ターゲット１４の表面近傍に閉じ込められたプラズマ２１の領域を示した平面図で、内側磁石１５と外側磁石１６との間に、高密度のプラズマ２１が閉じ込められる。従って、必然的に、ターゲット１４のスパッタリングは、このプラズマ領域に集中する。

しかしながら、本願発明者等が、電磁誘導加熱により基板を加熱しながら、マグネトロンスパッタリング装置で、薄膜を形成する方法を検討していたところ、電極間で異常放電が頻繁に発生するのを観察した。そして、図１（ｃ）に示すように、ターゲット１４表面に、ターゲット１４表面が溶融、飛散した痕跡２２が発生しているのを見出した。そして、この痕跡２２は、プラズマ２１が閉じ込められていない、内側磁石１５の直上のターゲット１４表面の特異な場所に発生していることが分かった。

本願発明者等が、この原因を検討していたところ、以下のような知見を得た。

図２に示すように、電磁誘導加熱により基板１２を加熱する場合、基板１２を保持するアノード電極１１は磁性体（例えば、鉄等）で構成される。そのため、ターゲット１４の背面に配置された磁石１５、１６によって形成される磁束２０のうち、アノード電極１１の表面まで伸びる磁束２０ａが発生する。その結果、内側磁石１５の直上において、垂直磁場の磁束密度が増加し、ある磁束密度を超えたときに、異常放電が発生したものと考えられる。その結果、内側磁石１５の直上のターゲット１４表面の特異な場所で、異常放電により、ターゲット１４表面が溶融、飛散したものと考えられる。特に、マグネトロンスパッタリング装置が、ロール・ツー・ロール方式を採用している場合、基板を保持するアノード電極がドラム状になっているため、内側磁石１５の直上の垂直磁場の磁束密度がより増加し、異常放電の発生がより顕在化することが分かった。

このような異常放電の発生を防止するには、垂直磁場の磁束密度を減少させるために、アノード電極１１と、磁石１５、１６との距離を長くすればよいが、アノード電極１１とターゲット１４との距離が長くなってしまうため、成膜レートが低下してしまう。また、磁石１５、１６の強さを弱くすれば、垂直磁場の磁束密度を減少させることができるが、水平磁場の磁束密度も低下するため、プラズマの閉じ込め効果が低減されてしまう。

本発明者等は、上記の知見に基づき、種々検討を行った結果、水平磁場の磁束密度を維持しながら、垂直磁場の磁束密度を低減することのできる簡単な構成を見出し、本発明を想到するに至った。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図３は、本発明の一実施形態におけるマグネトロンスパッタリング装置１０の主要な構成を示した概念図である。

図３に示すように、本実施形態におけるマグネトロンスパッタリング装置１０は、基板１２と対向して配置されるターゲット１４の表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を基板１２表面に堆積させて、基板１２表面上に薄膜を形成する装置である。

アノード電極１１とカソード電極１３との間にターゲット１４が配置され、ターゲット１４の裏面側に、ターゲット１４の表面上に磁場を発生させる磁場形成部１５、１６が配置されている。なお、アノード電極１１及びターゲット１４は、真空チャンバ（不図示）内に配置されている。

アノード電極１１は磁性体で構成されており、アノード電極１１には、電磁誘導加熱ヒータ１９が配設されている。電磁誘導加熱ヒータ１９のコイルに電流を流すことにより磁場が発生し、アノード電極１１に誘導電流を発生させることによって、アノード電極１１は電磁誘導加熱される。これにより、アノード電極１１に保持された基板１２を均一に加熱することができる。

アノード電極１１とカソード電極１３との間に電圧が印加されると、ターゲット１４表面に発生した漏洩磁束によって、プラズマが閉じ込められ、これにより、ターゲット１４がスパッタリングされて、アノード電極１１に保持された基板１２に薄膜が形成される。

磁場形成部１５、１６は、内側磁石１５と、内側磁石１５と逆向きの磁化方向を有し、内側磁石１５の外周を取り囲む外側磁石１６とを備えている。ここで、磁場形成部１５、１６は、ターゲット１４の表面上にプラズマを閉じ込める磁場を発生するものであれば、どのような構成のものであってもよい。

本実施形態におけるマグネトロンスパッタリング装置１０では、ターゲット１４と磁場形成部１５、１６との間であって、内側磁石１５及び外側磁石１６に対向する位置に、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂが配設されている。なお、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂは、ターゲット１４を載置するバッキングプレート１７に埋め込まれている。

本実施形態において、内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａは、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部が、外側磁石１６側に突出している。また、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂは、磁性体ヨーク１８ｂの内周側端部が、内側磁石１５側に突出している。

図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの効果を説明した図で、図４（ａ）は、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがない場合、図４（ｂ）は、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがある場合を示す。

図４（ａ）に示すように、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがない場合、アノード電極１１を構成する磁性体の影響を受けて、磁石１５、１６によって形成される磁束２０のうち、アノード電極１１の表面まで伸びる磁束２０ａが発生する。その結果、内側磁石１５の直上において、垂直磁場の磁束密度が増加する。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがある場合、アノード電極１１の表面まで伸びる磁束２０ａが減少し、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部から磁性ヨーク１８ｂに伸びる水平磁場の磁束密度が増加する。これは、垂直方向に伸びていた磁束の一部が、真空よりも透磁率の小さい磁性体ヨーク１８ａの内部を通過して、磁性体ヨーク１８ａの端部から水平方向に伸びる磁束に変えられたためである。

このような効果は、図５（ａ）に示すように、磁性体ヨーク１８ａの幅が、内側磁石１５の幅よりも大きい場合、すなわち、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部が、外側磁石１６側に突出している場合に発揮される。一方、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部が、外側磁石１６側に突出していない場合には、このような効果は発揮されない。

従って、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合に、スパッタリング中に異常放電が発生するのを防止するためには、図５（ａ）に示すように、内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａの外周側端部を、外側磁石１６側に突出させることが好ましい。同様に、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂの内周側端部を、内側磁石１５側に突出させることが好ましい。

本実施形態において、磁性体ヨーク１８ａの外側磁石１６側に突出している突出部３０の長さは、特に限定されず、磁石１５、１６の強さや、磁石１５、１６とアノード電極１１との距離等に応じて、適宜、決めればよい。典型的には、図６に示すように、内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａの外側磁石１６側に突出している突出部３０の長さＬは、内側磁石１５の幅Ｗの１０％以上であることが好ましい。同様に、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂの内側磁石１５側に突出している突出部３０の長さＬは、外側磁石１６の幅Ｗの１０％以上であることが好ましい。

なお、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの突出部３０の長さＬが大きすぎると、磁石１５、１６からターゲット１４に向かう磁束の多くを、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂで遮蔽してしまうため、ターゲット１４表面の磁束密度が低減されてしまう。その結果、プラズマの閉じ込め領域が減少してしまうため、成膜レートが低下する。従って、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの突出部３０の長さＬは、内側磁石１５と外側磁石１６との距離Ｄに対して、Ｄ／３以下にすることが好ましい。

また、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂのアスペクト比についても、図６に示すように、典型的には、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの幅Ｘと厚みＹとの比（Ｘ／Ｙ)が、１以上であることが好ましい。

図７（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）、（ｂ）に示した磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがない場合、及びある場合に対して、それぞれ、垂直磁場、及び水平磁場の磁束密度をシミュレーションした結果を示したグラフである。ここで、垂直磁場の磁束密度は、図８に示すように、内側磁石１５の中心に対応するターゲット１４の表面を原点として、ターゲット１４の表面に対して垂直に伸びるＹ軸方向に沿って測定し、水平磁場の磁束密度は、内側磁石１５の中心に対応するターゲット１４の表面を原点として、ターゲット１４の表面に沿って水平に伸びるＸ軸方向に沿って測定した。

図７（ａ）、（ｂ）は、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがない場合の垂直磁場、及び水平磁場の磁束密度を測定した結果を示し、図７（ｃ）、（ｄ）は、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがある場合の垂直磁場、及び水平磁場の磁束密度を測定した結果を示す。

表１は、図７（ａ）〜（ｄ）に示したグラフから、水平磁場及び垂直磁場における磁束密度の最大値（ｍＴ）を求めた結果を示した表である。

表１に示すように、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがない場合に対して、板状（水平）の磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂがある場合に、垂直磁場の磁束密度の大きさは、大幅に減少している一方、水平磁場の磁束密度は、ほとんど減少していないことが分かる。

このように、ターゲット１４と磁場形成部１５、１６との間に、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂを配設することによって、水平磁場の磁束密度を維持しながら、垂直磁場の磁束密度を低減することができる。これにより、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合に、スパッタリング中に異常放電が発生するのを抑制することができ、その結果、均一で、膜質に優れた薄膜を形成することができる。

図９（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における磁場形成部及び磁性体ヨークの構成例を示した図で、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

図９（ａ）、（ｂ）に示すように、磁場形成部は、複数の棒状の磁石が一方向に配列された内側磁石１５と、内側磁石１５の外周を取り囲むように、複数の棒状の磁石が一方向に配置された外側磁石１６とで構成されている。ターゲット１４と磁場形成部１５、１６との間には、内側磁石１５及び外側磁石１６に対向する位置に、それぞれ磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂが配設されている。そして、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部は、外側磁石１６側に突出しており、磁性体ヨーク１８ｂの外周側端部は、内側磁石１５側に突出している。

図１０は、本発明の他の実施形態における磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの構成を示した図である。図１０に示すように、内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａは、外側磁石１６側に突出している突出部を含む部位において、当該部位の面の法線方向が、ターゲット１４の面の法線方向に対して、外側磁石１６側に傾いている傾斜部３１を有している。

磁力線は、磁性体の表面に垂直な方向に出ていく性質を有しているため、磁性体ヨーク１８ａの突出部に傾斜部３１を持たすことによって、磁性体ヨーク１８ａの端部から水平方向に伸びる水平磁場の磁束密度をより強くすることができる。これにより、水平磁場の磁束密度を維持しながら、垂直磁場の磁束密度をより低減することができる。

先に示した表１に、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂに傾斜部３１を設けて場合の水平磁場及び垂直磁場における磁束密度の最大値（ｍＴ）を示している。表１に示すように、図８に示した板状（水平）の磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂに比べて、傾斜部３１を有する磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの方が、垂直磁場の磁束密度がさらに減少している一方、水平磁場の磁束密度は、ほとんど減少していないことが分かる。

本実施形態においても、磁性体ヨーク１８ａの外側磁石１６側に突出している突出部３１の長さは、特に限定されず、磁石１５、１６の強さや、磁石１５、１６とアノード電極１１との距離等に応じて、適宜、決めればよい。典型的には、図１０に示すように、内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａの外側磁石１６側に突出している突出部の長さＬは、内側磁石１５の幅Ｗの１０％以上であることが好ましい。同様に、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂの内側磁石１５側に突出している突出部の長さＬは、外側磁石１６の幅Ｗの１０％以上であることが好ましい。

また、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂのアスペクト比についても、図１０に示すように、典型的には、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの幅Ｓと厚みＴとの比（Ｓ／Ｔ)が、１以上であることが好ましい。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態における磁性体ヨークの構成を示した図である。

図１１（ａ）に例示した磁性体ヨーク１８ａは、内側磁石１５に対向する位置にのみ配設されている。すなわち、外側磁石１６に対向する位置に磁性体ヨークを配設されていなくても、本発明の効果を発揮しうる。

図１１（ｂ）に例示した磁性体ヨーク１８ａは、内側磁石１５の中央部に対向する位置に、空隙部を有している。本発明の効果を発揮するには、内側磁石１５に対向する全ての領域に、磁性体ヨーク１８ａを配設する必要はない。同様に、外側磁石１６に対向する全ての領域に、磁性体ヨーク１８ｂを配設する必要はない。

図１１（ｃ）に例示した磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂは、それぞれ外側磁石１６側または内側磁石１５側に突出している突出部及びその近傍のみに傾斜部３１を有している。本発明の効果を発揮するには、図１０に示した傾斜部３１は、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの突出部及びその近傍のみに形成されていればよい。

本発明における磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂの形状は、本実施形態で例示した形状に限定されず、種々の形状を取りうる。また、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂを構成する材料は、特に限定されず、例えば、鉄、ケイ素鋼等の軟磁性体材料を用いることができる。

また、本発明における磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂは、ターゲット１４と磁場形成部１５、１６との間に配設されていれば、どのような形態であってもよい。例えば、図３に示したように、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂをバッキングプレート１７に埋め込む代わりに、バッキングプレート１７の表面に、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂを貼り付けた形態であってもよい。また、バッキングプレート１７がない場合には、ターゲット１４の裏面に、磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂを直接貼り付けた形態であってもよい。

図１２は、本発明の一実施形態におけるバッキングプレートの構成を示した図である。本実施形態におけるバッキングプレートは、マグネトロンスパッタリング装置に使用され、図１２に示すように、ターゲット１４を載置する面１７ａと、バッキングプレート１７に埋め込まれた板状の磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂとを有している。

本実施形態におけるバッキングプレート１７は、マグネトロンスパッタリング装置内において、ターゲット１４と磁場形成部１５、１６との間に配設される。内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａは、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部が、外側磁石１６側に突出しており、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂは、磁性体ヨーク１８ｂの内周側端部が、内側磁石１５側に突出している。なお、外側磁石１６に対向する位置に、磁性体ヨーク１８ｂは配設されなくてもよい。

本実施形態におけるバッキングプレート１７を、図３に示したようマグネトロンスパッタリング装置内に配置することによって、水平磁場の磁束密度を維持しながら、垂直磁場の磁束密度を低減することができる。これにより、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合に、スパッタリング中に異常放電が発生するのを防止することができる。

図１３は、本発明の一実施形態におけるターゲット組立体の構成を示した図である。本実施形態におけるターゲット組立体は、マグネトロンスパッタリング装置に使用され、図１３に示すように、ターゲット１４と、ターゲット１４を載置するバッキングプレート１７とを有し、バッキングプレート１７は、板状の磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂが埋め込まれている。

本実施形態におけるターゲット組立体は、マグネトロンスパッタリング装置内において、磁場形成部１５、１６上に配設される。内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａは、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部が、外側磁石１６側に突出しており、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂは、磁性体ヨーク１８ｂの内周側端部が、内側磁石１５側に突出している。なお、外側磁石１６に対向する位置に、磁性体ヨーク１８ｂは配設されなくてもよい。

本実施形態におけるターゲット組立体を、図３に示したようマグネトロンスパッタリング装置内に配置することによって、水平磁場の磁束密度を維持しながら、垂直磁場の磁束密度を低減することができる。これにより、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合に、スパッタリング中に異常放電が発生するのを防止することができる。

本発明は、基板と対向して配置されるターゲットの表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を基板表面に堆積させて、基板表面上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング方法に適用できる。

本発明のマグネトロンスパッタリング方法においては、図３に示したように、ターゲット１４の裏面側に、ターゲット１４の表面上に磁場を発生させる磁場形成部１５、１６が配置され、ターゲット１４と磁場形成部との間に、板状の磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂが配置される。磁場形成部は、内側磁石１５と、内側磁石１５と逆向きの磁化方向を有し、内側磁石１５の外周を取り囲む外側磁石１６とを備えている。磁性体ヨーク１８ａ、１８ｂは、内側磁石１５及び外側磁石１６に対向する位置に、それぞれ配設されている。内側磁石１５に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ａは、磁性体ヨーク１８ａの外周側端部が、外側磁石１６側に突出しており、外側磁石１６に対向する位置に配設された磁性体ヨーク１８ｂは、磁性体ヨーク１８ｂの内周側端部が、内側磁石１５側に突出している。なお、外側磁石１６に対向する位置に、磁性体ヨーク１８ｂは配設されなくてもよい。

アノード電極１１とカソード電極１３との間に電圧が印加されると、ターゲット１４の表面に発生した漏洩磁束２０によって、プラズマ２１が閉じ込められ、これにより、ターゲット１４がスパッタリングされて、アノード電極１１に保持された基板１２に薄膜が形成される。

本発明のマグネトロンスパッタリング方法においては、水平磁場の磁束密度を維持しながら、垂直磁場の磁束密度を低減することができるため、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合に、スパッタリング中に異常放電が発生するのを防止することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態において、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合を例に説明したが、本発明は、基板１２が磁性体の場合にも適用できる。アノード電極１１に保持された基板１２は、磁場形成部１５、１６に対峙して配置されるため、アノード電極１１が磁性体で構成されている場合と同様に、ターゲット１４の背面に配置された磁石１５、１６によって形成される磁束２０のうち、基板１２の表面まで伸びる磁束２０ａが発生する。そのため、基板１２が磁性体の場合にも、スパッタリング中に異常放電が発生するおそれがある。従って、基板１２が磁性体の場合にも、本発明を適用することによって、スパッタリング中に異常放電が発生するのを防止することができる。

また、本発明は、少なくとも内側磁石１５に対向する位置に、磁性体ヨーク１８ａを配設することによって、不要な垂直磁場の磁束密度を低減し、水平磁場の磁束密度を増加させる磁場調整機能を有する。この磁場調整機能を利用すれば、スパッタリング中に異常放電が発生するのを防止するだけでなく、プラズマを閉じ込める領域を拡大させることができる。なぜなら、磁性体ヨーク１８が内側磁石１５から飛び出した分、プラズマの閉じ込め領域は減少するが、逆に、水平方向の磁束密度が増加するため、プラズマの閉じ込め効果が高まるからである。従って、本発明は、アノード電極１１又は基板１２が磁性体で構成されていない場合にも適用できる。

１０ マグネトロンスパッタリング装置
１１ アノード電極
１２ 基板
１３ カソード電極
１４ ターゲット
１５ 内側磁石（磁場形成部）
１６ 外側磁石（磁場形成部）
１７ バッキングプレート
１７ａ ターゲット載置面
１８ａ、１８ｂ 磁性体ヨーク
１９ 電磁誘導加熱ヒータ
２０、２０ａ 磁束
２１ プラズマ
２２ 飛散した痕跡
３０ 突出部
３１ 傾斜部

Claims (9)

1. 基板と対向して配置されるターゲットの表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を前記基板表面に堆積させて、該基板表面上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング装置であって、
   前記ターゲットの裏面側に配置され、前記ターゲットの表面上に磁場を発生させる磁場形成部を備え、
   前記磁場形成部は、内側磁石と、該内側磁石と逆向きの磁化方向を有し、該内側磁石の外周を取り囲む外側磁石とを備え、
   前記ターゲットと前記磁場形成部との間であって、少なくとも前記内側磁石に対向する位置に、磁性体ヨークが配設されており、
   前記磁性体ヨークは、その外周側端部が、前記外側磁石側に突出している、マグネトロンスパッタリング装置。
2. 前記磁性体ヨークは、前記外側磁石に対向する位置に、さらに配設されており、
   前記外側磁石に対向する位置に配設された前記磁性体ヨークは、該磁性体ヨークの内周側端部が、前記内側磁石側に突出している、請求項１に記載の、マグネトロンスパッタリング装置。
3. 前記内側磁石に対向する位置に配設された前記磁性体ヨークの前記外側磁石側に突出している突出部の長さは、前記内側磁石の幅の１０％以上である、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
4. 前記磁性体ヨークは、幅Ｘと厚みＹとの比（Ｘ／Ｙ)が、１以上である、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
5. 前記内側磁石に対向する位置に配設された前記磁性体ヨークは、少なくとも前記外側磁石側に突出している突出部を含む部位において、該部位の面の法線方向が、前記ターゲットの面の法線方向に対して、前記外側磁石側に傾いている傾斜部を有している、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
6. 前記基板を保持する磁性体からなるアノード電極と、
   前記アノード電極を電磁誘導加熱により加熱する加熱手段と
   をさらに備えている、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のマグネトロンスパッタリング装置に使用されるバッキングプレートであって、
   前記バッキングプレートは、
   ターゲットを載置する面と、
   バッキングプレートに埋め込まれた板状の磁性体ヨークと
   を有し、
   前記バッキングプレートは、マグネトロンスパッタリング装置内において、ターゲットと磁場形成部との間に配設され、
   前記磁性体ヨークは、前記磁場形成部を構成する内側磁石及び外側磁石のうち、少なくとも前記内側磁石に対向する位置に配設されており、かつ、前記磁性体ヨークの外周側端部が、前記外側磁石側に突出している、バッキングプレート。
8. 請求項１〜６の何れかに記載のマグネトロンスパッタリング装置に使用されるターゲット組立体であって、
   前記ターゲット組立体は、
   ターゲットと、
   前記ターゲットを載置するバッキングプレートと
   を有し、
   前記バッキングプレートは、板状の磁性体ヨークが埋め込まれており、
   前記ターゲット組立体は、マグネトロンスパッタリング装置内において、磁場形成部上に配設され、
   前記磁性体ヨークは、前記磁場形成部を構成する内側磁石及び外側磁石のうち、少なくともに前記内側磁石に対向する位置に配設されており、かつ、該磁性体ヨークの外周側端部が、前記外側磁石側に突出している、ターゲット組立体。
9. 基板と対向して配置されるターゲットの表面をスパッタリングして、ターゲット粒子を前記基板表面に堆積させて、該基板表面上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタリング方法であって、
   前記ターゲットの裏面側に、前記ターゲットの表面上に磁場を発生させる磁場形成部を配置し、
   前記ターゲットと前記磁場形成部との間に、板状の磁性体ヨークを配置し、
   前記磁場形成部は、内側磁石と、該内側磁石と逆向きの磁化方向を有し、該内側磁石の外周を取り囲む外側磁石とを備え、
   前記磁性体ヨークは、少なくとも前記内側磁石に対向する位置に配設されており、かつ、該磁性体ヨークの外周側端部が、前記外側磁石側に突出している、マグネトロンスパッタリング方法。

Images