JP2702843B2 - プレーナ型マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

プレーナ型マグネトロンスパッタリング装置

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JP2702843B2
JP2702843B2 JP4063320A JP6332092A JP2702843B2 JP 2702843 B2 JP2702843 B2 JP 2702843B2 JP 4063320 A JP4063320 A JP 4063320A JP 6332092 A JP6332092 A JP 6332092A JP 2702843 B2 JP2702843 B2 JP 2702843B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プレーナ型マグネトロ
ンスパッタリング装置における磁石構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のスパッタリング装置では、図11
に示すように金属、セラミックス及びプラスチックスな
どから成る基板1に対向してスパッタ源2を配置され、
このスパッタ源2は、ターゲット21をバッキングプレ
ート22に固定してある。バッキングプレート22の裏
側には、磁石23を配置し、その磁力線がターゲット2
1と平行になった位置が最もエッチングされる。
【0003】このために磁石23は、磁性体231上に
内側磁石23a及びこれを囲む外側磁石23bを並列状
に配置してリング状の磁場を発生するものであり、以上
によリプレーナ型マグネトロンスパッタ源置2の構造の
概略を明らかにした。
【0004】その一部を構成するアノ一ド25とカソー
ド側に配置するターゲット21との間に直流または高周
波電力を供給するので、磁場により拘束されるりング状
の放電が成膜室3内に発生する。
【0005】その時、ガス導入口4から供給するアルゴ
ンガスにより形成する雰囲気のもとでスパッタリングを
行い、排気管5から放出ガスと共にアルゴンガスを排気
する。また、図11中に示す241と242は冷却用配
管である。
【0006】このようなスパッタリングによるターゲッ
トエロージョンの均一化を目指して、磁力線におけるタ
ーゲットに平行な部分を、できるだけ広いターゲツト上
領域に形成されるように、円形に配置した磁石23の中
心位置Pをターゲット21の中心軸Cから距離dだけ偏
心して位置させ、図示しないモータによつて中心軸Cを
中心として回転駆動させた。その結果、ターゲット21
のエロージョン(Errosion)バターンは、回転
中心軸に近いところが磁界の移動距離が短いので、図1
2に実線Aで示すようになり、ターゲット21と同心円
に配置する従来のパターン(点線Bで示す)よりも、ピ
ーク値が若干中心方向に寄るが、比較的広い範囲で効率
的に削り取られる。
【0007】夕一ゲット21は、消耗品であって時々交
換するが、高価な材料の場合や長いライフサイクルが要
求される場合などに、有効的な利用が望まれている。し
かし、削り取られる割合即ち利用効率は磁石23を偏心
回転しない時よりも改善されているものの精々25%〜
30%に過ぎず、一層の利用効率の向上が望まれてい
る。 また、特公平2−40736号公報により開示さ
れたスパッタリング装置が知られている。この装置で
は、磁石をターゲットに対し、被処理基板と反対側に配
置すると共に同じ磁極が内側を向くようハート型閉曲線
上に複数個並べて固定された状態で、ターゲット中心の
回りを回転できるように構成する。しかし、ハート型閉
曲線は、同公報に明らかにされているように、特殊な形
状が不可欠である。 また、前記磁石の構造をハート型
の特殊な閉曲線に変えて、円形磁石の外周に接線方向に
沿って直線部を設けた略『D』形と称される簡単構成と
したものもある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情により成されたもので、特に、簡単な構造を有する
略『D』形をなす直線部を設けた磁石において、各部の
寸法を限定することにより、更に利用効率を高めるプレ
ーナ型マグネトロンスパッタリング装置を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のプレーナ型マグ
ネトロンスパッタリング装置は、減圧装置に接続する成
膜室と、前記成膜室内に配設される基板と、前記基板に
対向して配置される円形状ターゲットと、前記円形状タ
ーゲットの基板と反対側方向にこのターゲットの中心と
は偏心して回転中心が配設される磁石とを具備したもの
において、前記磁石は、円形状磁石の外周の一部を直線
状に切除した直線部を有する形状をなし、かつ、下記の
条件を満足する寸法(mm)を備え、 ターゲット半径:Ro、 磁石固定時のターゲットエロージョンの円弧部の外径半
径:Mo、 夕一ゲットの中心と磁石の円弧部の中心間の距離:G、 磁石固定時におけるターゲットエロージョンの直線部外
周から磁石円弧部の中心までの距離とMoの差:DF、 磁石固定時におけるエロージョンの幅:Wとしたとき、 Mo=Ro−G …(1) (2Mo−DF)/2≧W …(2) DF≦20 …(3) 1/8Ro−1.5≦G≦1/4Ro−3 …(4) ていることを特徴とする。
【0010】
【作用】現在の技術では、磁石の形からターゲットのエ
ロージョンを予測することは難しく、まして磁力分布を
算出することすら困難であり、それを回転した時のター
ゲット上のエロージョンを予測することは不可能と言っ
ても過言ではない。
【0011】本発明では、磁石の具体的な形状を簡単に
することにより、従来から使用されている丸形の磁石に
よる固定(回転させない)でのエロージョンデータを用
いてシミュレーションを行うことにより、容易にその結
果を予測でき、しかも実験結果とよく一致する。更に、
そのシミュレーション結果から実用上有効な寸法を限定
した。
【0012】公転または自転治具を使用するプレーナ型
マグネトロンスパッタリング装置のスパッタ源において
は、 1.ターゲットは基板に対して寸法が小さくても必要な
距離をとれば均一な膜厚分布が得られる。
【0013】2.治具に対してターゲットが十分小さけ
れば、ターゲットのエロージョンパターンによっては、
基板上の膜厚分布は殆ど変化しないので、ターゲットの
最大の利用効率が求めることができると判断して本発明
は完成した。
【0014】即ち、本発明に係わるプレーナ型マグネト
ロンスパッタリング装置のスパッタ源で偏心して回転す
る磁石は、その回転軸方向から見て、円形状磁石の外周
の一部を直線状に切除した直線部を有する略『D』形と
なる形状をなしているので、磁石により描かれる水平磁
界の強度分布は、従来の形より外側に広がる部分の長さ
が長くなって、エロージョンの平坦部分や傾斜が緩やか
な部分の範囲がより外側に移動するので、夕一ゲットの
平均的に消耗する領域が広がり、利用効率の向上が図れ
る。
【0015】具体的には、図4に明らかにするようにタ
ーゲット外径を特定した場合、エロージョンパターンの
変化と分布に最適値があることを根拠にするものであ
る。これでは、ターゲツトの中心と磁石の円弧部の中心
間の距離Gを示す横軸と、磁石固定時における直線部外
周から磁石円弧部の中心までのターゲットエロージョン
の距離と、磁石固定時のターゲットエロージョンの円弧
部の外径半径Moとの差を示す縦軸DFにより、利用効
率を等高線状分布で示した。
【0016】更に、特許請求の範囲に明らかにした数値
限定の根拠について説明する。数値限定の範囲として
は、図4に明らかにする利用効率が最良になる位置であ
る丸印Aを通る垂線である線分Bと(丸印Aの位置の横
軸の値をGとした時)(3)式によるDF=20の直線
で線分BからG/2の垂線の交点までの線分C、G/2
からの垂線D、更に線分Cに対応する線分Eにより囲ま
れた領域Fを限定する。このような限定の背景として
は、図4を書いた紙面の丸印Aの右側は、明らかに急斜
面であって使用できないので省き、G/2より小さい場
所も実用的でないので割愛する。B〜Eの各線分により
囲まれた領域F内に位置することになる。
【0017】図5は縦軸にRo、横軸にDF及びGを、
また、図6は縦軸にDF、横軸にGを採り、利用効率の
最良値を夫々プロットして得られる直線を明らかにして
いる。
【0018】
【実施例】本発明に係わるプレーナ型マグネトロンスパ
ッタリング装置のスパッタ源における磁石の構造の一実
施例を図1乃至図10を参照して説明する。なお図11
およぴ図12に示した従来の磁石と同一の構造部分に
は、同じ符号をつけて詳細な説明は省略する。
【0019】中心軸Cを中心として偏心して回転する磁
石23の形状を、図1の平面図及ぴ図2のA−A線断面
図に示した。即ち、外側に配置する外側磁石23bは、
内側磁石23aとは、一定の問隔eを保持しで取り囲む
ように構成され、かつ、円形の外周の一部を直線状に切
除した一部に直線部を設けた形状、平面的には丁度アル
ファベッドの『D』のような形である。
【0020】従って、磁石23によって描かれる水平磁
界の強度分布は、外側に広がる部分が大きくなって、外
側により多くの磁界エネルギーが分布するようになる。
【0021】この結果、エロージョンパターンは、図3
に実線Fで示すように、そのピーク値は、外側に移動
し、平坦部分あるいは傾斜が緩やかな部分の範囲がより
広がるので、ターゲットの利用効率は著しく向上する。
【0022】因みに、実施例によるターゲット21の利
用効率が最良になる状況を示した図3から明らかなよう
に、一点鎖線Aで示した従来のパターンと比較して、削
り取られる全容積は大となり、利用効率は大幅に向上し
た。
【0023】なお、この実施例では、磁石23の終縁部
を直線的に押し潰したように変形するが、要するに単に
偏心回転する円形磁石よりも、磁界分布のピーク点がよ
り外側に移動する非円形状としたところにある。
【0024】図4にはRoが特定の寸法のときの、ター
ゲット利用効率の等高線を示したが、図5は横軸Gm
m,DFmm、縦軸Roの変化に対するDF及びGの最
良値を求めており、横軸Gmm、縦軸DFmmを取った
図6(図4と同一のディメンション)にはRoが75m
m、80mm100mm、175mmと変わるにつれて
利用効率が最大となる寸法の変化する状況を明らかにし
た。すなわち、Roが大きくなるとGも移動することを
明らかにした。なお、図5及び図6に記載された大小の
丸は、違う誤差範囲によるものである。
【0025】また、図7乃至図10には、磁石によるタ
ーゲット21におけるエロージョンパターンのシミュレ
ーションによる状況を明らかにした。
【0026】これらの図では、Ro:ターゲット半径m
m.G:ターゲットの中心と磁石の円弧部の中心間の距
離mm、DF:磁石固定時における直線部外周から磁石
円弧部の中心までのターゲットエロージョンの距離とM
oの差、Mo:磁石固定時における直径150mmター
ゲットエロージョンの円弧部の外径半径をパラメータと
して、直径150mmターゲットのエロージョンのシミ
ュレーション結果を示した。
【0027】図7は、磁石の外形とエロージョン分布の
一例を示すもので、x軸がターゲットの径、y軸がター
ゲットの厚さである。磁石23の半分をエロージョン分
布特性に対応させて図中にあてはめている。ここでaは
面取りされた略『D』形状をなす磁石の一部切欠部であ
り、その外側の線分が磁石23外径である。図8乃至図
10は図7に更にターゲット外径と位置を付加し、各寸
法を変化させた場合のエロージョン分布を表している。
【0028】曲線bは略『D』形をなす磁石固定時のシ
ミュレーション結果を、曲線cは略『D』形をなす磁石
を回転させた後のエロージョンのシミュレーション結果
を示した。また、磁石23の外径を小さくする面取量
が、図8では15mm、図9と図10では10mmの場
合を示した。
【0029】図8乃至図10におけるエロージョンのシ
ミュレーション結果を得るのに使用された前記パラメー
タを図番の若い順に記載すると、Ro:75、75、7
5、G:10、10、15、DF:15、10、10、
Mo:45、45、40であり、そのターゲットの利用
効率は、曲線cで示されるように46%、46%、56
%と向上できた。
【0030】これらの図から明らかなように、ターゲッ
トエロージョンの形状は変化しているものの利用効率は
あまり変化しておらず、本発明の有効性を示している。
【0031】
【発明の効果】本発明に係わるプレーナ型マグネトロン
スパッタリング装置は、スパッタ源に用いる略『D』形
と称される簡単な構成の磁石やこの磁石と関係する各部
の寸法を限定することにより、ターゲットの利用効率を
56%程度にまで高めることができ、ターゲット自体は
勿論のことスパッタリング装置の稼働率をも改善できる
もので、磁石のコストも含め実用上の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるプレーナ型マグネトロンスパッ
タリング装置のスパッタ源における磁石の構造の一実施
例を示す平面図である。
【図2】図1をA−A線で切断した断面図である。
【図3】図1の磁石により削り取られるターゲットのエ
ロージョンパターン図である。
【図4】横軸にGmm、縦軸にDFmmを採って最適値
Aを求めた図である。
【図5】横軸にGmm及びDFmm、縦軸にRoを採っ
て最適値の関係を示した図である。
【図6】横軸にGmm、縦軸にDFmmを採って最適値
を示した図である。
【図7】磁石により削り取られるターゲットのエロージ
ョンを、非回転時と回転時のものを示す説明図である。
【図8】磁石により削り取られるターゲットのエロージ
ョンを、非回転時と回転時のものを示す説明図(面取量
15mm)である。
【図9】磁石により削り取られるターゲットのエロージ
ョンを、非回転時と回転時のものを示す説明図(面取量
10mm)である。
【図10】磁石により削り取られるターゲットのエロー
ジョンを、非回転時と回転時のものを示す説明図(面取
量10mm)である。
【図11】従来のプレーナ型マグネトロンスパッタリン
グ装置の断面図である。
【図12】図11に示したターゲットのエロージョンパ
ターン図である。
【符号の説明】
1:基板 2:スパッタ源 21:ターゲット 22:バッキングプレート 23:磁石 23a:内側磁石 23b:外側磁石 25:アノ一ド

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧装置に接続る成膜室と、前記成膜
    室内に配設される基板と、前記基板に対向して配置され
    る円形状ターゲットと、前記円形状ターゲットの基板と
    反対側方向にこのターゲットの中心とは偏心して回転中
    心が配設される磁石とを具備したものにおいて、 前記磁石は、円形状磁石の外周の一部を直線状に切除し
    た直線部を有する形状をなし、かつ、 下記の条件を満足
    する寸法(mm)を備えていることを特徴とするプレー
    ナ型マグネトロンスパッタリング装置。 ターゲット半径:Ro、 磁石固定時のターゲットエロージョンの円弧部の外径半
    径:Mo、 夕一ゲットの中心と磁石の円弧部の中心間の距離:G、 磁石固定時におけるターゲットエロージョンの直線部外
    周から磁石円弧部の中心までの距離とMoの差:DF、
    磁石固定時におけるエロージョンの幅:W、 Mo=Ro−G …(1) (2Mo−DF)/2≧W …(2) DF≦20 …(3) 1/8Ro−1.5≦G≦1/4Ro−3 …(4)。
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