JP2835462B2 - スパッタ装置 - Google Patents
スパッタ装置Info
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- JP2835462B2 JP2835462B2 JP3109390A JP3109390A JP2835462B2 JP 2835462 B2 JP2835462 B2 JP 2835462B2 JP 3109390 A JP3109390 A JP 3109390A JP 3109390 A JP3109390 A JP 3109390A JP 2835462 B2 JP2835462 B2 JP 2835462B2
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- Japan
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- target
- magnetic field
- sputtering
- magnet
- dipole ring
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スパッタ装置に関し、特に、高周波電圧を
印加したターゲットの表面からマグネトロンスパッタリ
ングにより試料原子を真空中に放出させて基板の表面に
薄膜を形成する装置に関する。
印加したターゲットの表面からマグネトロンスパッタリ
ングにより試料原子を真空中に放出させて基板の表面に
薄膜を形成する装置に関する。
［従来の技術］ 周知の如く、スパッタ装置は電子・電気分野において
薄膜製造に広く使用されている。スパッタリングは大き
く分けて次の２種類、即ち、ターゲットに直流電圧を印
加して行なうDCスパッタとターゲットに高周波電圧を印
加して行なうRFスパッタに分類される。更に、このDC及
びRFスパッタは、夫々コンベンショナルモードとマグネ
トロンモードに分類される。つまり、合計４種類のスパ
ッタリングが知られている。
薄膜製造に広く使用されている。スパッタリングは大き
く分けて次の２種類、即ち、ターゲットに直流電圧を印
加して行なうDCスパッタとターゲットに高周波電圧を印
加して行なうRFスパッタに分類される。更に、このDC及
びRFスパッタは、夫々コンベンショナルモードとマグネ
トロンモードに分類される。つまり、合計４種類のスパ
ッタリングが知られている。
これらの４種類のスパッタリングの内、マグネトロン
モードは、ターゲットに磁場を印加し、不活性ガスに高
電圧を加えて発生させたプラズマを磁場内に閉じ込める
ことにより、スパッタ効率を上げて成膜速度を速くする
と共に薄膜が形成される基板の温度上昇を抑えることが
出来る。このため、量産ではDC及びRFスパッタの何れに
おいても、マグネトロンモードを採用するのが普通であ
る。
モードは、ターゲットに磁場を印加し、不活性ガスに高
電圧を加えて発生させたプラズマを磁場内に閉じ込める
ことにより、スパッタ効率を上げて成膜速度を速くする
と共に薄膜が形成される基板の温度上昇を抑えることが
出来る。このため、量産ではDC及びRFスパッタの何れに
おいても、マグネトロンモードを採用するのが普通であ
る。
第２図を参照して、従来のスパッタ装置の一例を簡単
に説明する。第２図に示すスパッタ装置10は２極スパッ
タ装置であり、２枚の平板の一方をスパッタされるター
ゲット（陰極）12とし、他方の平板を膜形成用の基板14
を保持する基板ホルダー16とする。参照番号18はターゲ
ット12に高周波電圧を印加するための電極である。
に説明する。第２図に示すスパッタ装置10は２極スパッ
タ装置であり、２枚の平板の一方をスパッタされるター
ゲット（陰極）12とし、他方の平板を膜形成用の基板14
を保持する基板ホルダー16とする。参照番号18はターゲ
ット12に高周波電圧を印加するための電極である。
第２図からは明らかでないが、ターゲット12、電極18
及び基板ホルダー16は夫々円板状である。ターゲット12
に隣接する磁石20は環状であり、他の円柱状磁石22を囲
むように配置されている。破線24は図示の装置を内部に
収容する容器を示し、この容器24の外部には、容器内部
を真空にする装置、ターゲット電極、アルゴンガス等の
不活性ガス供給源、真空計等が設けられている。尚、26
は不活性ガスイオン、28はプラズマ、30はスパッタ原
子、32はシャッタを示す。
及び基板ホルダー16は夫々円板状である。ターゲット12
に隣接する磁石20は環状であり、他の円柱状磁石22を囲
むように配置されている。破線24は図示の装置を内部に
収容する容器を示し、この容器24の外部には、容器内部
を真空にする装置、ターゲット電極、アルゴンガス等の
不活性ガス供給源、真空計等が設けられている。尚、26
は不活性ガスイオン、28はプラズマ、30はスパッタ原
子、32はシャッタを示す。
マグネトロンモードを利用したスパッタ装置は、第２
図の装置以外にも種々提案されている。しかし、この種
の従来の装置には次のような欠点がある。
図の装置以外にも種々提案されている。しかし、この種
の従来の装置には次のような欠点がある。
即ち、従来のマグネトロンモードのスパッタ装置で
は、ターゲット面上の磁場分布が一様でないためターゲ
ット面上のプラズマ強度が均一にならない。つまり、タ
ーゲットの表面の消耗が不均一なためにターゲットの使
用効率が極めて悪く、例えば使用効率は約10％から約30
％（体積比）であった。更に、ターゲットが強磁性体の
場合には特に磁束漏洩が発生しにくく、ターゲットが消
耗し始めると消耗箇所に益々磁束が集中して局部的にタ
ーゲットの厚みが減少し、消耗箇所が漏斗状となり使用
効率が極端に低下するという問題があった。この様子を
第３図及び第４図に示す。
は、ターゲット面上の磁場分布が一様でないためターゲ
ット面上のプラズマ強度が均一にならない。つまり、タ
ーゲットの表面の消耗が不均一なためにターゲットの使
用効率が極めて悪く、例えば使用効率は約10％から約30
％（体積比）であった。更に、ターゲットが強磁性体の
場合には特に磁束漏洩が発生しにくく、ターゲットが消
耗し始めると消耗箇所に益々磁束が集中して局部的にタ
ーゲットの厚みが減少し、消耗箇所が漏斗状となり使用
効率が極端に低下するという問題があった。この様子を
第３図及び第４図に示す。
第３図は第２図のターゲット12の簡単な斜視図であ
り、ターゲット12が環状に不均一に侵食されたＶ字形溝
40を示している。この溝40は環状の永久磁石20（第２
図）の外側に漏れた磁束に起因する。このターゲット表
面の不均一消耗のため上述のようにターゲットの使用効
率が極端に制限される。尚、第４図は第３図のターゲッ
ト12の中心を通る断面を示す図である。
り、ターゲット12が環状に不均一に侵食されたＶ字形溝
40を示している。この溝40は環状の永久磁石20（第２
図）の外側に漏れた磁束に起因する。このターゲット表
面の不均一消耗のため上述のようにターゲットの使用効
率が極端に制限される。尚、第４図は第３図のターゲッ
ト12の中心を通る断面を示す図である。
このような欠点を除去するため、従来、ターゲット近
傍に配置した磁石を移動させてターゲットを出来るだけ
均一に消耗させようとする装置が提案されている（例え
ば、特開昭61−69964号、特開昭61−147873号、特開昭6
2−7854号）。しかし、これらの方法によってもターゲ
ット使用効率は高々約40％（体積比）であり、磁気回路
を移動させるので装置の複雑化と信頼性に問題があっ
た。更に、ターゲットが磁性体の場合には、ターゲット
の表面全体に亘って縦・横方向にスリットを入れて漏洩
磁束が一箇所に集中しないようにする方法も提案されて
いるが、ターゲット使用効率は30％程度であり、しかも
ターゲットの製作費が高いという問題があった。
傍に配置した磁石を移動させてターゲットを出来るだけ
均一に消耗させようとする装置が提案されている（例え
ば、特開昭61−69964号、特開昭61−147873号、特開昭6
2−7854号）。しかし、これらの方法によってもターゲ
ット使用効率は高々約40％（体積比）であり、磁気回路
を移動させるので装置の複雑化と信頼性に問題があっ
た。更に、ターゲットが磁性体の場合には、ターゲット
の表面全体に亘って縦・横方向にスリットを入れて漏洩
磁束が一箇所に集中しないようにする方法も提案されて
いるが、ターゲット使用効率は30％程度であり、しかも
ターゲットの製作費が高いという問題があった。
［発明の目的］ 本発明の目的は、従来のマグネトロンモード型スパッ
タ装置の欠点であるターゲット表面の不均一消耗（侵
食）を解決し、ターゲットの使用効率を上げると共に成
膜速度を上げることができる装置を提供することであ
る。
タ装置の欠点であるターゲット表面の不均一消耗（侵
食）を解決し、ターゲットの使用効率を上げると共に成
膜速度を上げることができる装置を提供することであ
る。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、ターゲットの表面に対して略々平行方向の
磁場を発生させ、この均一性の良好な平行磁場をターゲ
ットの表面近傍に形成することによって上記の目的を達
成している。
磁場を発生させ、この均一性の良好な平行磁場をターゲ
ットの表面近傍に形成することによって上記の目的を達
成している。
即ち、本発明は、高周波電圧を印加したターゲット表
面からマグネトロンスパッタリングにより試料原子を真
空中に放出させて基板の表面に薄膜を形成する装置にお
いて；上記ターゲットの表面に対して略々平行方向の磁
場を、ダイポールリング型磁石を用いて、上記ターゲッ
トの表面近傍に発生させることを特徴とするスパッタ装
置である。
面からマグネトロンスパッタリングにより試料原子を真
空中に放出させて基板の表面に薄膜を形成する装置にお
いて；上記ターゲットの表面に対して略々平行方向の磁
場を、ダイポールリング型磁石を用いて、上記ターゲッ
トの表面近傍に発生させることを特徴とするスパッタ装
置である。
［実施例］ 本発明を具体的に説明する前に、RFスパッタリングと
水平一様磁場の印加によって、何故ターゲットの表面消
耗が均一化され成膜速度が上昇するかについて説明す
る。尚、本明細書において水平一様磁場とは、ターゲッ
トの表面に対して平行方向の均一磁場を指す。
水平一様磁場の印加によって、何故ターゲットの表面消
耗が均一化され成膜速度が上昇するかについて説明す
る。尚、本明細書において水平一様磁場とは、ターゲッ
トの表面に対して平行方向の均一磁場を指す。
水平一様磁場をターゲット表面近傍に印加したとき、
直流或いは高周波電圧により放電した不活性ガスの電子
が磁束をよぎるように移動する。DCスパッタではプラズ
マ中の電子は一方向に移動するためプラズマ発生はター
ゲットの端部に偏ってしまい、水平一様磁場を印加して
もターゲット消耗は一様にはならない。しかし、RFスパ
ッタでは高周波電圧によりプラズマが発生するため、水
平一様磁場によりターゲット面上に均一なプラズマが発
生する。つまり、ターゲット表面は一様に消耗すること
になる。更に、本発明に係る水平一様磁場は、ターゲッ
ト12の裏側（ターゲット12の上側（図面上））から磁場
を印加している従来の方法（第２図参照）に比較し、タ
ーゲット12の表面に水平一様磁場を印加できるので、成
膜速度はDCマグネトロンスパッタと同等以上になる。
直流或いは高周波電圧により放電した不活性ガスの電子
が磁束をよぎるように移動する。DCスパッタではプラズ
マ中の電子は一方向に移動するためプラズマ発生はター
ゲットの端部に偏ってしまい、水平一様磁場を印加して
もターゲット消耗は一様にはならない。しかし、RFスパ
ッタでは高周波電圧によりプラズマが発生するため、水
平一様磁場によりターゲット面上に均一なプラズマが発
生する。つまり、ターゲット表面は一様に消耗すること
になる。更に、本発明に係る水平一様磁場は、ターゲッ
ト12の裏側（ターゲット12の上側（図面上））から磁場
を印加している従来の方法（第２図参照）に比較し、タ
ーゲット12の表面に水平一様磁場を印加できるので、成
膜速度はDCマグネトロンスパッタと同等以上になる。
次に、第１図を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は、ダイポールリング型磁石50及びターゲット
12（第２図と同じ）を示し、他の部分は例えば第２図に
示した従来例と同様なので図示を省略してある。即ち、
第２図の装置において、中心部の永久磁石22及び環状永
久磁石20を取り除き、ターゲット12の周囲を囲むように
してダイポールリング型磁石50（第１図）を配置すれば
よい。尚、ダイポールリング型磁石は、後述するよう
に、複数（４個以上の偶数個）の台形磁石をリング状に
組み合わせ、磁石の中心部の空間に水平均一磁場を発生
させるものである。均一磁場を出た磁石線は２手に別れ
て「複数の台形磁石から成るリング」に流れ込むのでダ
イポールリング型（即ち双極子リング型）と呼ばれる。
12（第２図と同じ）を示し、他の部分は例えば第２図に
示した従来例と同様なので図示を省略してある。即ち、
第２図の装置において、中心部の永久磁石22及び環状永
久磁石20を取り除き、ターゲット12の周囲を囲むように
してダイポールリング型磁石50（第１図）を配置すれば
よい。尚、ダイポールリング型磁石は、後述するよう
に、複数（４個以上の偶数個）の台形磁石をリング状に
組み合わせ、磁石の中心部の空間に水平均一磁場を発生
させるものである。均一磁場を出た磁石線は２手に別れ
て「複数の台形磁石から成るリング」に流れ込むのでダ
イポールリング型（即ち双極子リング型）と呼ばれる。
第１図に次いて更に詳しく説明する。ダイポールリン
グ型磁石50は、８個の異方性永久磁石（異方性セグメン
ト永久磁石）52a乃至52hを環状に配置し、架台54と複数
のセグメント磁石調節具56により支持されている。この
調節具56により対応するセグメント磁石をダイポールリ
ング型磁石50の径方向に移動させて磁場調節を行なう。
尚、図面を見易くするため、調節具56の番号は全部には
付けていない。セグメント永久磁石52a乃至52h内の矢印
は夫々磁石の磁化方向を示している。セグメント磁石の
磁化方向は、セグメント毎に異なっており、リングを一
周する間に磁化方向は２回転する。白抜きの矢印58はダ
イポールリング型磁石50の内部に形成された均一磁界の
磁化方向を示している。
グ型磁石50は、８個の異方性永久磁石（異方性セグメン
ト永久磁石）52a乃至52hを環状に配置し、架台54と複数
のセグメント磁石調節具56により支持されている。この
調節具56により対応するセグメント磁石をダイポールリ
ング型磁石50の径方向に移動させて磁場調節を行なう。
尚、図面を見易くするため、調節具56の番号は全部には
付けていない。セグメント永久磁石52a乃至52h内の矢印
は夫々磁石の磁化方向を示している。セグメント磁石の
磁化方向は、セグメント毎に異なっており、リングを一
周する間に磁化方向は２回転する。白抜きの矢印58はダ
イポールリング型磁石50の内部に形成された均一磁界の
磁化方向を示している。
ダイポールリング型磁石の利点は、リングの中心軸方
向の長さを延ばしたり、或いは、複数のリングを用いる
などにより、均一磁場発生空間の調節を容易にすること
である。セグメント永久磁石の数は、４個以上の偶数個
であれば良い。一般的には、セグメント永久磁石数が多
い程磁場均一性が良好になるが、実用的には８個から16
個の間で製作される。
向の長さを延ばしたり、或いは、複数のリングを用いる
などにより、均一磁場発生空間の調節を容易にすること
である。セグメント永久磁石の数は、４個以上の偶数個
であれば良い。一般的には、セグメント永久磁石数が多
い程磁場均一性が良好になるが、実用的には８個から16
個の間で製作される。
上述したように、マグネトロンスパッターでは、プラ
ズマ中の電子がターゲット面上に生じた磁束に拘束され
るので、ターゲット面上の磁束強度と磁場均一性が重要
となる。水平一様磁場の一様性は良好であればある程良
いが、実用的には５％以下であれば良い。磁場強度が50
G（ガウス）以下では成膜速度が遅くなるので、50Gを超
える磁場が必要である。一般的には300G程度の磁場が好
ましい。即ち、磁場が強いほど成膜速度が上昇するが、
強すぎると放電条件が厳しくなるという問題がある。
ズマ中の電子がターゲット面上に生じた磁束に拘束され
るので、ターゲット面上の磁束強度と磁場均一性が重要
となる。水平一様磁場の一様性は良好であればある程良
いが、実用的には５％以下であれば良い。磁場強度が50
G（ガウス）以下では成膜速度が遅くなるので、50Gを超
える磁場が必要である。一般的には300G程度の磁場が好
ましい。即ち、磁場が強いほど成膜速度が上昇するが、
強すぎると放電条件が厳しくなるという問題がある。
以下に、本発明の応用例を述べる。
ターゲットは純鉄で直径は100mm、厚さが3mm、基板は
26×60mmのガラス基板を使用した。スパッタ条件として
は、ターゲットと基板間距離を100mm、アルゴンガス流
量を毎分50cc、アルゴンガス圧を５×10-3Torr、高周波
電力を500Wとした。ターゲットは、第１図に示すよう
に、ダイポールリング型磁石の中心に位置するように
し、ターゲット面上2mmでの水平磁場は平均300Gであっ
た。面内の磁場強度のばらつきは５％以下に納まってい
た。ダイポールリング型磁石のセグメント永久磁石はSm
系希土類磁石であった。結果は、成膜速度が毎分900Å
でターゲットの表面の消耗は略々均一であった。比較の
ため、従来の装置で且つ上記のターゲット寸法、スパッ
タ条件等を同一にして行なった実験では、成膜速度が毎
分600Åでターゲットの表面は第３図及び第４図に示し
たように不均一に消耗していた。
26×60mmのガラス基板を使用した。スパッタ条件として
は、ターゲットと基板間距離を100mm、アルゴンガス流
量を毎分50cc、アルゴンガス圧を５×10-3Torr、高周波
電力を500Wとした。ターゲットは、第１図に示すよう
に、ダイポールリング型磁石の中心に位置するように
し、ターゲット面上2mmでの水平磁場は平均300Gであっ
た。面内の磁場強度のばらつきは５％以下に納まってい
た。ダイポールリング型磁石のセグメント永久磁石はSm
系希土類磁石であった。結果は、成膜速度が毎分900Å
でターゲットの表面の消耗は略々均一であった。比較の
ため、従来の装置で且つ上記のターゲット寸法、スパッ
タ条件等を同一にして行なった実験では、成膜速度が毎
分600Åでターゲットの表面は第３図及び第４図に示し
たように不均一に消耗していた。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ターゲット表
面を一様に消耗させることが出来るので、ターゲットの
使用効率を従来例に比べて飛躍的に上げることができ
る。特に、ターゲットが強磁性体の場合であっても、タ
ーゲット面上に常に一様な磁場が形成されるので上述の
効果を得ることができる。更に、本発明は、成膜速度を
上げることが出来るので、ターゲットの使用効率と共に
スパッタ装置の稼動効率を上げることが可能である。
面を一様に消耗させることが出来るので、ターゲットの
使用効率を従来例に比べて飛躍的に上げることができ
る。特に、ターゲットが強磁性体の場合であっても、タ
ーゲット面上に常に一様な磁場が形成されるので上述の
効果を得ることができる。更に、本発明は、成膜速度を
上げることが出来るので、ターゲットの使用効率と共に
スパッタ装置の稼動効率を上げることが可能である。
本発明によれば、ターゲット面上に略々一様な磁場が
発生できるので、厚膜ターゲットも使用可能である。従
来の装置では、ターゲットの一方の側から他方の側に磁
束を漏出させていたので、非常に大型（肉厚）の磁石が
必要とされ、ターゲットの厚さも制限されていた。しか
し、本発明によれば厚いターゲットも使用可能なので、
スパッタ装置の稼働効率及びターゲット使用効率の両面
から極めて効果がある。
発生できるので、厚膜ターゲットも使用可能である。従
来の装置では、ターゲットの一方の側から他方の側に磁
束を漏出させていたので、非常に大型（肉厚）の磁石が
必要とされ、ターゲットの厚さも制限されていた。しか
し、本発明によれば厚いターゲットも使用可能なので、
スパッタ装置の稼働効率及びターゲット使用効率の両面
から極めて効果がある。
第１図は本発明の実施例を説明するための図、第２図乃
至第４図は夫々従来例を説明するため図である。 図中、12はターゲット、50はダイポールリング型磁石、
52a乃至52hはセグメント永久磁石を示す。
至第４図は夫々従来例を説明するため図である。 図中、12はターゲット、50はダイポールリング型磁石、
52a乃至52hはセグメント永久磁石を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】高周波電圧を印加したターゲット表面から
マグネトロンスパッタリングにより試料原子を真空中に
放出させて基板の表面に薄膜を形成する装置において、 上記ターゲットの表面に対して略々平行方向の磁場を、
ダイポールリング型磁石を用いて、上記ターゲットの表
面近傍に発生させることを特徴とするスパッタ装置。 - 【請求項２】上記ターゲットの表面上の空間5mmに於け
る上記平行方向の磁場の強さは50ガウス以上である特許
請求の範囲第１項に記載のスパッタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109390A JP2835462B2 (ja) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | スパッタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109390A JP2835462B2 (ja) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | スパッタ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03236468A JPH03236468A (ja) | 1991-10-22 |
| JP2835462B2 true JP2835462B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=12321785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3109390A Expired - Lifetime JP2835462B2 (ja) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | スパッタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2835462B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5660744A (en) * | 1992-03-26 | 1997-08-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Plasma generating apparatus and surface processing apparatus |
| US5444207A (en) * | 1992-03-26 | 1995-08-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Plasma generating device and surface processing device and method for processing wafers in a uniform magnetic field |
| KR100321536B1 (ko) * | 1993-12-28 | 2002-06-20 | 히가시 데쓰로 | 자전관스퍼터링또는자전관에칭용쌍극자고리자석 |
| GB0118803D0 (en) * | 2001-08-02 | 2001-09-26 | Bekaert Sa Nv | Adjustable magnet configuration and method for magnetron sputtering |
-
1990
- 1990-02-12 JP JP3109390A patent/JP2835462B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03236468A (ja) | 1991-10-22 |
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Legal Events
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