JP3403550B2 - スパッタリング装置とスパッタリング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング装置と
方法、とくに、大面積の角型基板上に高速且つ均一性良
く、薄膜を形成させることができるスパッタリング装
置、方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は基板上にターゲッ
ト材料で構成される薄膜を安定して成膜できる装置とし
て、半導体デバイス、光ディスク、液晶、電子部品製造
等に多用されている成膜装置である。スパッタリング装
置に要求される性能として、基板上全面に均一な膜を、
如何に速く、安定して低コストで成膜できるかがポイン
トになる。

【０００３】近年、このようなスパッタリング装置の成
膜方式として、ターゲツトに対して基板を移動させて成
膜する基板移動方式に加え、ターゲット上に基板を静止
対向させた状態で成膜する静止対向方式の利用が増加し
ている。この静止対向方式は、成膜速度向上やダスト低
減、装置コストにメリットがある。

【０００４】スパッタリング現象では、ターゲット上か
らスパッタされる原子が、或る放射角度分布を有するた
め、静止対向方式の場合、成膜対象となる基板の形状お
よびサイズによって上記要求を満たすためのターゲット
形状、マグネット構造およびその大きさ等を最適化する
必要がある。

【０００５】シリコンウェハーに代表される半導体デバ
イス用の基板および光ディスク用の基板は、円形の基板
を使用するために、静止対向方式のスパッタリング装置
においては、円板状のターゲットを用いている。この場
合、基板上に成膜される薄膜を均一な膜厚にするため
に、円形ターゲット上にリング状のターゲット浸食部
（以下「エロージョン」と呼ぶ）を生じさせることによ
り、円形基板全面の膜厚均一性を確保している。

【０００６】エロージョンは、ターゲット面上の電子ド
リフト運動によってプラズマが局所的に分布することに
より生じるため、このようなリング状のエロージョンを
実現するためには、リング状の磁場分布を有する固定マ
グネットをターゲット下部に配置することによって可能
となる。この場合の電子はリング内でドリフトしながら
トラップされるため、高密度プラズマが発生し、多くの
原子がスパッタリングされる結果、高速な成膜が実現さ
れている。

【０００７】ディスプレイに代表される角型の基板に成
膜する場合、角型基板上の膜厚分布を確保するために、
角型のターゲット上に直線状のエロージョンを発生させ
る固定マグネットをターゲット下部に配置することで実
現されている。

【０００８】しかし、このような直線状のエロージョン
を発生させるだけでは、電子のドリフトにより、プラズ
マを閉じ込めことができないため、高速成膜ができな
い。そこで一般的には、平行な２本の直線状エロージョ
ンの両端部を半円状のエロージョンでつなぐようなマグ
ネット構造にすることにより、リング状ターゲットと同
様に電子をトラップすることが可能となり、その結果、
高密度プラズマを発生させ、高速成膜を実現している。

【０００９】また、上記ターゲットの大きさに比べて、
より大面積の角型基板に成膜する場合には、ターゲット
に相対して移動可能な基板ホルダに大面積の角型基板を
取り付けたまま，基板ホルダーを移動しながら連続成膜
することが可能であり、これにより目的の成膜を行うこ
とができる。なお、この基板移動に関して、基板ホルダ
ーをターゲット面に対して平行移動させる方式はトレー
方式、ターゲット面の鉛直軸方向に半径を有して回転移
動させる方式はカールセル方式と呼ばれている。

【００１０】しかし、このような基板移動方式による成
膜は、基板ホルダー部にも同時に成膜されてしまうた
め、その膜の剥離によるダスト増加や真空中での機構要
素の増大による設備コストの増加等の欠点を有してい
る。

【００１１】そこで近年、円形基板と同様、角型基板を
ターゲット上に静止対向させた状態で成膜する静止対向
方式による大面積基板への成膜が行なわれ始めている。

【００１２】以下、従来の静止対向方式による大面積角
型基板への成膜方法について、図面を参照しながら説明
する。

【００１３】図７は、従来の静止対向方式による大面積
角型基板へのスパッタリングによる成膜装置の基本構成
を示す斜視断面図である。

【００１４】図７において、１１はターゲット、１２は
ターゲット１１の裏面上でターゲット面に平行移動可能
なマグネット、１３は大面積ガラス基板、１４はターゲ
ットに電力を印加する直流電源、点線１５はマグネット
１２によってターゲット１１上に発生する磁力線、１６
はターゲット１１上からスパッタリングされたターゲッ
ト材料の原子を示している。

【００１５】以上のような構成から成る静止対向方式の
大面積角型基板へのスパッタリングによる成膜装置につ
いて、動作を説明する。

【００１６】スパッタリング法とは、真空チャンバー
（図示せず）内にアルゴン等の不活性ガスを導入した状
態で、ターゲット１１を含む電極部（カソード）に電源
１４より電力を印加することにより、導入ガスをプラズ
マ化させて、ターゲット１１のターゲット材料をガスイ
オンによりはじき出すことで、基板１３上にターゲット
１１の組成を有する薄膜を形成させる方法である。

【００１７】図７では、この原理に加えてターゲット１
１の裏面にマグネット（永久磁石）１２を配置してター
ゲット材料１１の表面上に点線１５のような磁力線を発
生させることにより、プラズマの発生要因となる電子
（図示せず）を磁力線１５で囲まれる部分に閉じ込めて
いる。この結果、磁力線１５のターゲット１１に平行な
成分がゼロとなる部分を中心としてプラズマを局所的に
発生させることができるため、多くのガスイオンにより
ターゲット１１をスパッタリングする結果、スパッタ原
子１６の量を増大させ、成膜速度を向上させている。こ
の結果、スパッタリングされたターゲット１１上に局所
的な浸食部であるエロージョンが発生する。

【００１８】マグネット１２を基板１３の中心点上のタ
ーゲット１１の裏面で静止させた状態で、成膜したとき
の基板１３上に形成される膜厚分布のシミュレーション
結果を図８に示す。

【００１９】図８においては、Ｘ軸，Ｙ軸は基板１３の
中心点からの基板面内の位置を示しており、Ｚ軸はその
位置での相対的な膜厚を示している。

【００２０】図８に示すように、マグネット１２による
磁場分布を最適化することで、図８のＹ軸方向における
膜厚分布を均一化することができる。しかし、Ｘ軸方向
の膜厚分布については、マグネット１２の中心部（Ｘ＝
０）から離れるにしたがって、膜厚が急激に低下してい
る。

【００２１】基板１３上全面にわたって均一な膜厚分布
を得るためには、マグネット１２のサイズを大きくして
Ｘ軸の均一領域を増大させる方法が考えられる。しか
し、マグネット１２の保持力に限界があるため、Ｎ極と
Ｓ極の間隔を広げると、ターゲット１１の表面に発生す
る磁力線１５が弱くなり、プラズマの閉じ込め効果が無
くなってしまう傾向にある。

【００２２】したがって、図７に示すように、従来例で
は、基板１３に相対してマグネット１２をＸ軸方向にス
ライドさせながら成膜している。この結果、図８に示し
たマグネット１２を静止させたときの膜厚分布をＸ軸方
向に時間積分した膜厚分布で成膜することが可能とな
り、基板１３上全面の膜厚分布を均一化させることがで
きる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の方法では、基板１３上のＹ軸方向の膜厚分布につ
いては、マグネット１２の特性によって決定されるため
安定するが、Ｘ軸方向は、マグネット１２をスライドさ
せる速度分布制御次第で大きく変動するため、安定成膜
することが困難であった。

【００２４】また、一定速度でマグネット１２をスライ
ドさせた時のみに基板１３上に成膜するようにすれば、
比較的安定した成膜が可能であるが、マグネット１２の
Ｘ軸方向の幅の分だけ、基板１３上の両端部にマグネッ
ト１２が移動できるスペースが必要となり、ターゲット
１１および真空チャンバー等の装置サイズを大きくしな
ければならないという欠点を有していた。

【００２５】また、マグネット１２が静止しているとき
の基板１３上の成膜速度に比べて、スライドすることで
成膜速度の低下を生じてしまうため、成膜速度向上のた
めに多くの電力を印加する必要が生じ、非常に大きなパ
ワーを発生させる電源１４が必要となっていた。

【００２６】またターゲット１１が金属である場合に
は、直流電源１４を使用することにより放電させ、プラ
ズマを発生させることが可能であるが、酸化物等の絶縁
性の材料の場合には、直流電源１４では放電しない。こ
のような場合、一般的にはＲＦ等の高周波電源を直流電
源１４の代わりに使用し、インピーダンスのマッチング
をとるためのマッチャーを、電源１４とターゲット１１
との間に設置させれば、放電可能である。しかし、放電
中にマグネット１２がスライド移動するため、ターゲッ
ト１１の表面状態やエロージョン形状による変動が生じ
てしまうため、マッチング状態が安定せず、成膜速度が
変動してしまうという問題点を有していた。

【００２７】さらに、均一な成膜速度を有する成膜を実
現するためには、基板１３の面積に比べて約３倍程度の
面積を有する一体物のターゲット１１が必要となり、真
空チャンバーのサイズの大型化および成膜材料コストの
上昇やターゲット１１の寿命時に行なわれるターゲット
交換時のメンテナンス作業が非常に大がかりになるとい
う問題点も有していた。

【００２８】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、大面積の角型基板上に高速且つ均一性よく薄膜を
形成させることができ、絶縁物を含む種々の材料の薄膜
を、安定して低コストで成膜できる静止対向方式のスパ
ッタリング装置およびスパッタリング方法を提供するこ
とを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、静止対向方式の大面積角型基板へのスパ
ッタリングを行うスパッタリング装置、方法において、
ターゲットを平面内で互いに電気的に絶縁された３つ以
上の角型電極板上に分割して配置すると共に、各ターゲ
ットに対応させて各ターゲットの表面に直線状および円
弧状の組合せで構成される環状の閉じた電子のドリフト
運動を形成させる所定の磁力線を発生させるマグネット
を配置した構造、およびスパッタリング条件を特徴とし
ている。さらに、各々のターゲットの裏面に配置したマ
グネットにより、直線状および円弧状の組合せで構成さ
れる閉じた環状エロージョンを形成するように条件設定
するとともに、そのエロージョンの直線状部分間の間隔
および各角型電極板間のピッチが基板とターゲット表面
との距離の９０％から１１０％の範囲内に設定し、ター
ゲット面上に局所的な電子密度分布を形成させないこ
と、およびそれぞれのターゲットを独立に電力制御し
て、外側のターゲットに印加する電力をそれらの内側の
ターゲットに印加する電力の１００％に対し１１０％程
度に増加させることを特徴とし、方法ではこのような条
件設定をもとに、１つの角型基板を前記３つ以上の角型
ターゲットに対向させて双方が静止した状態で角型基板
上に成膜を行う。

【００３０】

【作用】本発明のスパッタリング装置、方法において、
互いに電気的に絶縁された３つ以上に角型分割したター
ゲットを配置させたカソード構造とし、各ターゲットに
対応させて各ターゲットの表面に前記のような所定の磁
力線を発生させるマグネットを配置すること、およびそ
れぞれのターゲットを独立に電力制御して、外側のター
ゲットに印加する電力をそれらの内側のターゲットに印
加する電力１００％に対し１１０％程度に増加させるこ
とで、マグネットをスライドさせることなく、大面積の
角型基板上に全面均一な膜厚で成膜することが可能とな
る。その結果、Ｘ軸方向の膜厚分布の安定性を向上させ
るとともに、同時に多数のエロージョン部からスパッタ
リングすることが可能となり、成膜速度の低下を少なく
することができる。また、高周波電源による放電時にお
いても、各ターゲット毎に独立してインピーダンスを安
定させてマッチングすることが可能となるので、絶縁性
のターゲット材料での安定性膜も可能となる。

【００３１】さらに、各々のターゲット裏面に配置させ
たマグネットにより直線状および円弧状の組み合わせで
構成される閉環状エロージョンを有することにより、各
ターゲット上で電子をトラップすることによるプラズマ
密度の向上が可能であり、成膜速度の向上が可能とな
る。そして、このエロージョンの直線状間の間隔および
各角型ターゲット電極間のピッチを、基板とターゲット
表面との距離の９０％から１１０％の範囲にすることに
より、基板面積に対する分割電極全体の面積を最小にす
ることが可能となり、チャンバーサイズの小型化が可能
となる。

【００３２】そして、大面積の基板に成膜する場合に、
分割されたターゲットを多数用いることで均一成膜が可
能となるため、ターゲット交換時のターゲット重量低減
のため、メンテナンス性を向上することが可能であり、
ターゲット作成コストの低減にも対応できる。

【００３３】

【００３４】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の実施例１について説明する。

【００３５】図１は、本実施例の静止対向方式による大
面積基板へのスパッタリングによる成膜装置の基本構成
の斜視断面図であり、図２は図１の成膜装置によって基
板上に形成される成膜の膜厚分布シミュレーション結果
である。

【００３６】図１において、１ａ、１ｂ、１ｃは、３分
割された長方形のターゲット、２ａ、２ｂ ２ｃは、各
ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃの裏面に設置された固定マ
グネット、３は長方形の大面積基板、４ａ、４ｂ、４ｃ
は、各ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃを含む電極に電力を
印加する可変電源、点線５はマグネット２ａによってタ
ーゲット１ａ上に発生する磁力線であり、マグネット２
ｂ，２ｃによっても同様な磁力線か発生する。６はター
ゲット１ａ、１ｂ，１ｃ上からスパッタリングされたタ
ーゲット材料の原子を示している。

【００３７】以上のように構成されたスパッタリング装
置について、以下その動作について説明する。

【００３８】図１において、真空チャンバー（図示せ
ず）内にアルゴンガスを導入する。反応性スパッタリン
グの場合には、アルゴンに加えて反応用のガスを混入し
て用いる。排気能力およびガス流量をコントロールして
ガス圧力を一定にした状態で、ターゲット１ａ、１ｂ，
１ｃを含む各電極部に電源４ａ、４ｂ、４ｃにより電力
を印加させると、導入ガス分子がプラズマ化される。

【００３９】図３は、図１におけるターゲット１ａ上の
詳細断面図である。このときに発生するプラズマ７は、
マグネット２ａの磁力線５による電子のトラップによっ
て、ターゲット１ａ上の磁力線５で囲まれる部分に局所
的に分布する。ターゲット１ｂおよび１ｃ上でも、図３
と同様にプラズマが局所的に分布する。

【００４０】このとき、電源４ａ〜４ｃによってターゲ
ット１ａ〜１ｃの表面はマイナス電位になっているた
め、プラズマ中の正の電荷を有するアルゴンイオンは、
大きなエネルギーでターゲット１ａ〜１ｃに直進して衝
突し、ターゲッ原子６を弾き出す。したがって、多くの
アルゴンイオンが存在し局所的にプラズマ密度が高い所
程、ターゲット原子６が多くスパッタリングされる結
果、図３に示すように、ターゲット１ａ〜１ｃ上に、局
所的に材料が浸食されたエロージョン８が発生する。エ
ロージョン部８よりスパッタされたスパッタリング原子
６はターゲット１ａ〜１ｃを含む平面に対向した位置に
設置された平面基板３上に付着し、薄膜を形成する。

【００４１】本実施例では、磁力線５とターゲット１ａ
〜１ｃで囲まれる部分（以下「磁場トンネル」と呼ぶ）
は、マグネット２ａ、２ｂ、２ｃがターゲット１ａ、１
ｂ、１ｃの形状である長方形と同じ外形形状であるた
め、ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃ上に、長辺部である長
手方向（以下Ｘ方向と呼ぶ）に２本の直線状の磁場トン
ネルおよび両端部の短手方向（以下Ｙ方向と呼ぶ）に円
弧状と直線とからなるＵ字状の磁場トンネルを発生させ
ている。

【００４２】これらの磁力線分布は、図１に示すような
マグネット２ａ、２ｂ、２ｃを配する構造により、両端
部で連続的につながり、環状の閉じた磁場トンネルを構
成している。このような磁力線分布にトラップされた電
子には、ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃからの電場との相
互作用によるローレンツ力が働き、電子は磁場トンネル
に沿ってドリフト運動する。この磁場トンネルは終端を
有しないため、トラツプされた電子は長時間にわたりド
リフト運動を続けることになり、さらなるプラズマを発
生させるため、磁場トンネルに沿って高密度のプラズマ
を発生することができる。図４に、図１におけるターゲ
ット１ａ表面に形成されるエロージョン領域８の模式平
面図を示す。

【００４３】図４に示すように、上記高密度プラズマに
よって、磁場トンネル内の形状である直線状およびＵ字
状の組み合わせによる環状の閉じたエロージョン８が各
ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃ上に発生するため、同時に
多数のスパッタ原子６を基板３上に成膜させることが可
能となり、高速成膜を実現させている。

【００４４】図５に、図１における各ターゲット１ａ、
１ｂ、１ｃ表面に形成されるエロージョン配置を示す。

【００４５】図５において、９ａ、９ｂ、９ｃは、各タ
ーゲット１ａ、１ｂ、１ｃ上に発生するエロージョン領
域８の中心線であり、半径ｒの円弧および直線のエロー
ジョンの組み合わせで構成されている。

【００４６】図１および図５に示すように、各ターゲッ
ト１ａ、１ｂ、１ｃ上に発生する２本の直線状のエロー
ジョン間の距離Ａ（以下ピッチＡと呼ぶ）および各ター
ゲット１ａ、１ｂ、１ｃ間のピッチＢ（以下ピッチＢと
呼ぶ）は、大面積基板３と各ターゲット１ａ、１ｂ、１
ｃ表面との距離（以下ＴＳ距離と呼ぶ）の９０％から１
１０％の範囲とすることが好ましい。

【００４７】ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃからスパッタ
リングされたスパッタ原子６は、ターゲット１ａ、１
ｂ、１ｃ表面に対して、垂直な方向からｃｏｓθの角度
分布を有する放射分布で基板３に向かって飛んでいくた
め、ＴＳ距離により基板３上の膜厚分布は大きく変化す
る。本実施例のように多数本の直線状のエロージョンか
ら放射されるスパッタ原子６は、エロージョンの直線方
向内（Ｙ軸内）では、磁力線５の磁場強度を一定にする
ことで均一な量のスパッタ原子６を放射できるため、こ
のＹ軸方向の基板上の膜厚分布として±１０％以下程度
の均一性にすることが可能である。しかし、Ｘ軸方向の
スパッタ原子６の放射分布は、図１に示すように、多数
本のエロージョンから放射されるスパッタ原子６が重ね
合わされて基板３上に到達するため、図５におけるエロ
ージョンのピッチＡおよびピッチＢの配置により、基板
３上の膜厚分布が大きく変化する。

【００４８】本実施例では、ピッチＡ、ピッチＢおよび
ＴＳ距離を基板３のサイズおよび必要な膜厚精度に応じ
て最適化させており、Ｘ軸方向の基板サイズがＴＳ距離
の３倍以下で±１０％以下程度の均一性を実現すること
が可能である。

【００４９】さらに大きい基板サイズに均一成膜をする
場合には、ターゲットの分割数（以下ｎと呼ぶ）を増加
させることで、ＴＳ距離の（２ｎ−３）倍程度のＸ軸方
向の基板サイズで±１０％以下程度の膜厚均一性を容易
に実現できる。

【００５０】ピッチＡおよびピッチＢがＴＳ距離の９０
％未満のエロージョン配置で成膜すると、基板３上の成
膜均一領域が狭くなってしまうため、大面積基板への均
一成膜は困難となる。またピッチＡおよびピッチＢがＴ
Ｓ距離の１１０％を超える場合は、ピッチ間でのスパッ
タ原子６の放射分布の重なりが低下し、膜厚が減少する
ため、膜厚均一性が低下してしまう。

【００５１】図１に示す基本構成において、ＴＳ距離お
よびターゲット１ａ、１ｂ、１ｃのサイズ、マグネット
２ａ ２ｂ ２ｃの構造を最適化し、図５の各エロージ
ョンのピッチＡおよびピッチＢをＴＳ距離の９０％から
１１０％の範囲にした場合において、ターゲット１ｂの
中心点位置に中心を有する基板３を静止させた状態で成
膜したときの、基板３上の膜厚分布のシミュレーション
結果を図２に示す。

【００５２】図２において、Ｘ軸，Ｙ軸は基板３の中心
からの基板面内の位置を示しており、Ｚ軸はその位置で
の相対的な膜厚を示している。図２に示すように、基板
上のＹ軸方向のみならず、Ｘ軸方向の膜厚分布について
も大面積基板３全体にわたって、±５％程度の膜厚均一
性を実現している。このときのターゲット１ａ、１ｂ、
１ｃのサイズおよびピッチＢからなる分割電極全体の面
積は、基板面積の２倍以下程度で実現されている。

【００５３】本実施例の分割ターゲット１ａ、１ｂ、１
ｃは、互いに電気的に絶縁されており、各ターゲット１
ａ、１ｂ、１ｃを独立に、可変電源４ａ、４ｂ、４ｃに
より電力制御することができる。これによって、可変電
源４ａ、４ｂ、４ｃを制御することにより、Ｘ軸方向に
おいて、基板中心部に比べて基板端部に膜厚低下が生じ
ることを抑制することができ、大面積基板３全体にわた
って±３％程度の膜厚均一性を実現することも可能であ
る。このときの電源４ｂの印加電力を１００％とする
と、電源４ａおよび４ｃの各印加電力を１１０％程度に
増加させることにより、上記の膜厚均一性を実現でき
る。

【００５４】さらにターゲット１ａ、１ｂ、１ｃの材料
として、アルミ等の金属だけでなく、絶縁材料を利用し
た成膜も、電源４ａ、４ｂ、４ｃとしてＲＦ電源（高周
波電源）を使用することで、安定した均一成膜が可能で
あった。この場合は、各ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃを
有する電極毎にマッチャーを取り付け、各電極を独立制
御してマッチングさせることが可能であり、さらにＲＦ
電源４ａ、４ｂ、４ｃとマッチャーとの間に位相シフタ
等の制御ユニットを設置することで成膜速度を制御する
ことも可能である。

【００５５】（参考例） 以下、本発明の参考例について、図面を参照しながら説
明する。

【００５６】図６は、本参考例の静止対向方式による大
面積基板へのスパッタリングによる成膜装置の基本構成
の斜視断面図である。

【００５７】図６において、１ａ、１ｂ、１ｃは３分割
されたターゲット、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇは、各ター
ゲット１ａ、１ｂ、１ｃの両サイドにセットされた直線
状の固定マグネット、３は大面積基板、点線５はマグネ
ット２ｄおよび２ｅによってターゲット１ａ上に発生す
る磁力線であり、マグネット２ｅおよび２ｆ間、マグネ
ット２ｆおよび２ｇ間でも同様な磁力線が発生する。６
はターゲット１ａ〜１ｃ上からスパッタリングされた各
ターゲット材料の原子を示している。

【００５８】つぎに、本参考例の動作について説明す
る。

【００５９】図６において、真空チャンバー（図示せ
ず）内にアルゴンガス（反応性スパッタリングの場合
は、アルゴンガスに加えて反応用のガスを混合する）を
導入し、排気能力およびガス流量をコントロールしてガ
ス圧力を一定にした状態で、ターゲット１ａ、１ｂ、１
ｃを含む各電極部に図１の場合と同様に、各電源（図示
せず）により電力を印加させると、導入ガス分子がプラ
ズマ化される。このときに発生するプラズマ中の電子は
ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃ上でマグネット２ｄ〜２ｇ
による各ターゲット面に平行な磁力線５とターゲット１
ａ、１ｂ、１ｃからの電場との相互作用によるローレン
ツ力のため、磁力線５および電場に対して垂直方向にド
リフト運動する。

【００６０】このときに、直線状の固定マグネット２ｄ
〜２ｇのＮ、Ｓの極性を反転させることにより、ドリフ
ト方向を反転させることが可能であるので、固定マグネ
ット２ｄ〜２ｇの内部を分割マグネットにより構成し、
最適な極性分布を持たせることにより、ターゲット１
ａ、１ｂ、１ｃ上で局所的な電子密度の増大の発生を阻
止できる。

【００６１】したがって、電子密度分布をターゲット１
ａ、１ｂ、１ｃ上で均一化させることにより、均一化さ
れたプラズマ密度分布を実現できる。

【００６２】このとき、ＤＣ電源またはＲＦ電源によっ
て、各ターゲット１ａ、１ｂ、１ｃの表面はマイナス電
位になっているため、プラズマ中の正の電荷を有するア
ルゴンイオンは、大きな運動エネルギーでターゲット１
ａ、１ｂ、１ｃに直進して衝突し、ターゲット原子６を
はじき出す。その結果、アルゴンイオンが存在するプラ
ズマ密度は均一化されているため、各ターゲット１ａ〜
１ｃ上に局所的に材料が浸食されることなく、広い領域
にエロージョンが発生する。エロージョン部よりスパッ
タリングされたスパッタ原子６は、各ターゲット１ａ、
１ｂ、１ｃを含む平面に対向した位置に設置された平面
基板３の上に付着し、薄膜を形成する。

【００６３】本参考例では、磁力線５と各ターゲット１
ａ〜１ｃによる電子のドリフト方向について、各ターゲ
ット１ａ、１ｂ、１ｃの長手方向の両端部で電子が各タ
ーゲット領域より外側に流れ出ないようにするため、電
子が各ターゲットセンター方向にドリフト運動するよう
に、直線状の固定マグネット２ｄ〜２ｇの両端部分の極
性を決定している。この結果、プラズマ密度を向上させ
てターゲット全面から同時に多数のスパッタ原子６を基
板３上に成膜させることが可能となり、高速成膜を実現
させている。

【００６４】また、マグネット２ｅおよび２ｆについて
は、各々の両サイドにある各ターゲット上（１ａ、１ｂ
および１ｂ、１ｃ）に発生する磁場の方向を反転させる
ことにより、ＮＳ１対の極性を有する直線状の固定マグ
ネットのみで、磁力線５を両サイドのターゲット上に発
生させることも可能である。

【００６５】本参考例の構成によるスパッタリング電極
を用いれば、実施例１に比べて大面積基板３と各ターゲ
ット１ａ、１ｂ、１ｃ表面との距離（ＴＳ距離）を小さ
くさせても基板３上に均一な膜厚を確保し易くなるた
め、基板３以外に付着するスパッタリング原子６の量を
低減させて高速成膜することができる。さらに、ターゲ
ット１ａ、１ｂ、１ｃの各ターゲット利用効率や寿命を
向上することも可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明のスパッタリング装置、方法は、
大面積の角型基板への安定成膜を実現でき、ターゲット
および真空チャンバーの小型化が可能であるので、装置
コスト、成膜材料コストの低減や、また、メンテナンス
作業の効率化による稼働率の向上が可能である。

【００６７】さらに各々のターゲット裏面に配置させた
マグネットにより、直線状および円弧状の組み合わせで
構成される閉じた環状エロージョンを有することで、各
ターゲットから同時にスパッタリングすることが可能と
なり、低パワーの電源により高速な成膜が実現でき、生
産性を向上させることができる。そして、ＤＣ放電以外
に安定したＲＦマグネトロン放電にも対応できるため、
金属ターゲットのみならず、絶縁材料ターゲットによる
成膜も可能である。

【００６８】そしてエロージョンの直線状間の間隔およ
び各角型電極間のピッチが基板とターゲット表面との距
離の９０％から１１０％の範囲となるようにすれば、大
面積の角型基板のサイズに応じた最適なターゲットサイ
ズおよび分割数での成膜によって膜厚均一性にすぐれた
成膜が実現でき、生産歩留りの向上が期待できる。

【００６９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるスパッタリング装置
の基本構成の斜視断面図。

【図２】実施例１のスパッタリング装置によって基板上
に成膜される膜厚分布のシミュレーション結果を示す
図。

【図３】実施例１におけるターゲット上の動作状態の詳
細断面図。

【図４】実施例１におけるターゲット表面に形成される
エロージョン領域の模式平面図。

【図５】実施例１における各ターゲット表面に形成され
るエロージョンの配置図。

【図６】本発明の参考例におけるスパッタリング装置の
基本構成の斜視断面図。

【図７】従来のスパッタリング装置の基本構成の斜視断
面図。

【図８】従来のスパッタリング装置において、マグネッ
トを基板中心上の位置で静止させた時に基板上に成膜さ
れる膜厚分布のシミュレーション結果を示す図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ 分割されたターゲット ２ａ〜２ｃ マグネット ３ 大面積基板 ４ａ、４ｂ、４ｃ 電源 ５ 磁力線 ６ ターゲット材料の原子 ７ プラズマ ８ エロージョン領域 ９ａ，９ｂ，９ｃ エロージョン中心ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−270369（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−138753（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−243762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−149868（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−92740（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−65754（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス供給および排気機能を有する真空容
   器内に、基板支持部に設置された平板状の角型基板と、
   この角型基板に対向した平面内に電源と接続された電極
   に設置された平面状のターゲットを有し、角型基板をタ
   ーゲットに対して静止した状態で成膜するスパッタリン
   グ装置において、前記ターゲットを平面内で互いに電気
   的に絶縁された３つ以上の角型電極板上に分割して配置
   すると共に、各ターゲットに対応させて各ターゲットの
   表面に直線状および円弧状の組合せで構成される環状の
   閉じた電子のドリフト運動を形成させる所定の磁力線を
   発生させるマグネットを配置し、ターゲット面上の電子
   のドリフト運動によって生じるターゲット上の侵食部分
   の形状において、ターゲット上の直線状間の間隔および
   各角型電極板間のピッチが基板とターゲット表面との距
   離の９０％から１１０％の範囲内に設定し、それぞれの
   ターゲットを独立に電力制御して、外側のターゲットに
   印加する電力をそれらの内側のターゲットに印加する電
   力１００％に対し１１０％程度に増加させることを特徴
   とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 平面内で互いに電気的に絶縁された３つ
   以上の角型電極板上に分割して配置されたターゲットに
   対応させて各ターゲットの表面に直線状および円弧状の
   組合せで構成される環状の閉じた電子のドリフト運動を
   形成させる所定の磁力線を発生させるように配置された
   マグネットを用い、各ターゲット面上の電子のドリフト
   運動によって生じるターゲット上の侵食部分の形状にお
   いて、ターゲット上の直線状間の間隔および各角型電極
   板間のピッチが基板とターゲット表面との距離の９０％
   から１１０％の範囲内に設定するとともに、それぞれの
   ターゲットを独立に電力制御し、外側のターゲットに印
   加する電力をそれらの内側のターゲットに印加する電力
   １００％に対し１１０％程度に増加させる条件の基に、
   １つの角型基板を前記３つ以上の角型ターゲットに対向
   させて双方が静止した状態で角型基板上に成膜を行う工
   程を備えたことを特徴とするスパッタリング方法。