JP5026631B2 - スパッタリング装置 - Google Patents
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- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置や液晶パネルを製造するためのスパッタリング装置に関し、特に、小型のターゲットを用いるスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングは、グロー放電によって生ずる例えばアルゴンガスイオンをスパッタリングターゲット（以下適宜「ターゲット」という。）に対して衝突させることによってターゲットからスパッタ粒子を放出させるものである。
【０００３】
従来、この種のスパッタリング装置１０１としては、例えば図１２に示すように、真空処理槽１０２の上部にターゲット１０６が配置され、このターゲット１０６から放出されたスパッタ粒子を、真空処理槽１０２の下部に配置された基板１０４上に堆積させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スパッタリングにおいては、図１３に示すように、アルゴンガスイオン１００がターゲット１０６に対して垂直に入射した場合に、ターゲット１０６の表面から所定の角度分布をもってスパッタ粒子１２０が放出すると考えられている。
【０００５】
ここで、例えばターゲットが銅である場合には、図１４に示すように、スパッタ粒子１２０は、ターゲット１０６の表面に対して約１５０°付近の角度をピークとして種々の方向に放出される。
【０００６】
このため、従来のスパッタリング装置１０１にあっては、ターゲット１０６から放出されたスパッタ粒子１２０の一部しか基板１０４に到達せず、成膜効率が良くないという問題があった。
【０００７】
また、図１２に示すように、従来のスパッタリング装置１０１においては、真空処理槽１０２の内部へのスパッタ粒子１２０の付着を防止するための防着部材１１２が設けられているが、上述したようにスパッタ粒子１２０が多く放出される方向は防着部材１１２に向かう方向であるため、ターゲット１０６から放出されるスパッタ粒子１２０の大半は防着部材１１２に付着していることになり、その結果、防着部材１１２の交換サイクルも短いという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、ターゲットから放出されたスパッタ粒子を効率良く成膜対象物に導くとともに、防着部材の交換サイクルを長くしうる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】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、円柱形状に形成された上記スパッタリングターゲットに、上記成膜対象物の表面に対して所定の角度傾斜し、かつ、漏斗の内面状に互いに向き合うように構成された粒子放出面が設けられ、上記スパッタリングターゲットの粒子放出面の上記成膜対象物の表面の法線に対する傾斜角度θが、３０°〜６０°であり、上記スパッタリングターゲットの背面側の部位に、一対の磁極のうち一の磁極を向けた第１のマグネットが配設されるとともに、上記スパッタリングターゲットの周囲に、上記一対の磁極のうち他の磁極を向けた第２のマグネットが配設され、上記スパッタリングターゲットと上記成膜対象物との間に、当該スパッタリングターゲットに対応する孔部を有する複数のシールド板が上記成膜対象物の表面と平行に配設されていることを特徴とする。
請求項１記載の発明の場合、スパッタリングターゲットの粒子放出面が成膜対象物の表面に対して３０°〜６０°の角度θをもって配置されており、このため、スパッタリングターゲットから放出されたスパッタ粒子のうち多くの粒子を成膜対象物に向って飛翔させるとともに、粒子が防着部材に到達しにくくすることが可能になる。
また、本発明においては、粒子放出面が漏斗の内面状に互いに向き合うように構成され、さらに、スパッタリングターゲットの背面側の部位に、一対の磁極のうち一の磁極を向けた第１のマグネットが配設されるとともに、スパッタリングターゲットの周囲に、一対の磁極のうち他の磁極を向けた第２のマグネットが配設されていることから、スパッタリングターゲットから放出されたスパッタ粒子の一部の粒子が再びターゲットの粒子放出面に付着するため、スパッタリングターゲットの掘れ量を減少させてスパッタリングターゲットの寿命を延ばすことが可能になる。
さらに、本発明によれば、複数のシールド板に設けた孔部を通過したスパッタ粒子のみが成膜対象物の表面に到達するように構成されており、成膜対象物に対して入射角の小さいスパッタ粒子だけが入射させることができるため、高アスペクトの微細孔及び微細溝内に薄膜を形成することが可能になる。
さらにまた、本発明によれば、シールド板に付着したスパッタ粒子は下方に落下することがないため、真空処理槽内に付着したスパッタ粒子に起因するパーティクルの発生を防止することが可能になる。
一方、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のスパッタリングターゲットが隣接配置され、当該複数のスパッタリングターゲットが上記成膜対象物に対して相対的に回転できるように構成されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、小型のスパッタリングターゲットを複数有するマルチカソード方式のスパッタリング装置において、各スパッタリングターゲットの寿命を大幅に延ばすことが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスパッタリング装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態のスパッタリング装置の全体構成を示す断面図である。
本実施の形態のスパッタリング装置１は、一つのカソード電極１０を備えたマグネトロンスパッタリング装置１で、図１に示すように、図示しない真空排気系に接続された真空処理槽２を有している。そして、この真空処理槽２内の下部にはサセプタ３が設けられ、このサセプタ３上に成膜対象物であるシリコン基板等の基板４を載置するように構成されている。
【００１１】
一方、真空処理槽２の内部の上部にはターゲットホルダ５が配設され、このターゲットホルダ５に、例えば銅（Ｃｕ）等の金属からなる後述する形状のターゲット６が保持されるようになっている。
【００１２】
本実施の形態の場合、カソード電極１０は、サセプタ３上に載置された基板４の中心部分の上方に一つ配設されており、このカソード電極１０には２５０Ｖ〜５００Ｖの高電圧が印加されるように構成されている。
【００１３】
本実施の形態にあっては、ターゲット６の背面側及び周囲に磁界発生用の第１及び第２のマグネット７ａ、７ｂが配設されている。ここで、ターゲット６の周囲のマグネット７ｂは、ターゲットホルダ５に内蔵されるようになっている。
【００１４】
また、ターゲットホルダ５の下部には、グランドに接地されたアノード電極８が取り付けられている。
【００１５】
なお、ターゲット６の上部には冷却水循環路９が設けられ、この冷却水循環路９内に水を循環させることによってターゲット６を冷却するようになっている。
【００１６】
さらに、基板４とターゲット６との間には、真空処理槽２の内部へのスパッタ粒子の付着を防止するための防着部材１２が設けられている。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）は、本発明の原理を示すための説明図で、図２（ａ）は、従来のマグネトロンスパッタリング装置の要部構成を示すもの、図２（ｂ）は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一例の要部構成を示すものである。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、従来のマグネトロンスパッタリング装置１０１は、ターゲット１０６の背面側に配置されたマグネット１０７ａのＮ極から放出される磁力線１１３が、一旦ターゲット１０６を貫いた後、ターゲット１０６の背面側に戻り、マグネット１０７ａの近傍に配置されたマグネット１０７ｂのＳ極に到達するように構成されている。
【００１９】
このため、従来のマグネトロンスパッタリング装置１０１にあっては、アルゴンガスの衝突によってターゲット１０６の表面から放出されたスパッタ粒子１２０は、上記図１３に示す角度分布を持って放出されると仮定すればその多くの粒子１２０ｂが防着部材１１２に向って飛翔し、基板４に向かう粒子１２０ａは一部分に過ぎない。
【００２０】
本発明の場合は、ターゲット６の基板４（サセプタ３）に対向する粒子放出面６０が、漏斗の内面状に互いに向き合うように形成されているとともに、ターゲット６の背面側に配置されたマグネット７ａのＮ極から放出された磁力線１３がターゲット６の周囲に設けられたマグネット７ｂのＳ極に到達するように構成されている。
【００２１】
すなわち、本発明の場合は、ターゲット６の粒子放出面６０が基板４の法線Ｎに対して所定の角度θをもって配置されており、このため、後述するように、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ａを基板４に向って飛翔させるとともに、粒子２０が防着部材１２に到達しにくくすることができる。
【００２２】
さらに、本発明においては、粒子放出面６０が互いに向き合うように形成されていることから、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ｃが再びターゲット６の粒子放出面６０に付着し、後述するようにターゲット６の寿命を延ばすことが可能になる。
【００２３】
図３は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の他の例の要部構成を示すものである。
図３に示すように、本例においては、ターゲット６の周囲に配置されたマグネット７ｂのＮ極から放出された磁力線１３がターゲット６の背面側に設けられたマグネット７ａのＳ極に到達するように構成されている。
このような構成を有する本例によれば、上述したように、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ａを基板４に向って飛翔させるとともに、粒子２０が防着部材１２に到達しにくくすることができる。
また、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ｃが再びターゲット６の粒子放出面６０に付着させてターゲット６の寿命を延ばすことが可能になる。
【００２４】
図４は、ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴いターゲット及び防着部材に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフ、図５は、ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴い基板に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００２５】
ここでは、ターゲット６から放出するスパッタ粒子２０の数を一定に保ち、ターゲット６の粒子放出面６０の角度を０°、３０°、４５°、６０°に変えてシミュレーションを行った。
【００２６】
図４に示すように、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θが増加するに伴い、防着部材１２に付着するスパッタ粒子２０ｂが減少する一方で、ターゲット６の粒子放出面６０に付着するスパッタ粒子２０ｃが増加することが理解される。これは、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θが増加するに伴って、防着部材１２に付着するスパッタ粒子がターゲット６に付着するようになることを意味している。
【００２７】
一方、図５に示すように、基板４に付着するスパッタ粒子２０ａの割合は、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θを４５°にした場合が最大となる。これは、基板４上における成膜速度を最大にするには、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θを４５°にするのが最適であることを意味する。
【００２８】
また、図４に示すように、防着部材１２に付着するスパッタ粒子を最も少なくするには、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θを大きくすればよい。例えば、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θが０°の場合と４５°の場合とを比較すると、当該傾斜角度θが４５°の場合、防着部材１２に付着するスパッタ粒子２０ｂは０°の場合に比べて約１／２になり、これは、防着部材１２の寿命が約２倍に延びることを意味している。
【００２９】
図６は、上述のシミュレーションにターゲット６からのリスパッタ効果（ターゲット６にスパッタ粒子２０ｃが再び付着する効果）を考慮したシミュレーション結果を示すグラフである。
【００３０】
上述したように、本実施の形態においては、ターゲット６の粒子放出面６０から放出されたスパッタ粒子２０ｃがターゲット６の粒子放出面６０に付着することから、この付着したスパッタ粒子２０ｃを再度ターゲット６として利用することができ、これによりターゲット６の寿命を延ばすことが可能になる。
【００３１】
すなわち、図６に示すように、従来の平板型のターゲット６（θ＝０°）の場合は、ターゲット６の質量の６％程度しか基板４に付着していないのに対し、本実施の形態のターゲット６（θ＝４５°）の場合は、ターゲット６の質量の１２％以上が基板４に付着する。これは、ターゲット６の寿命が従来のものより２倍程度延びたことを意味している。
【００３２】
以上の結果を考慮すると、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θは、３０°〜６０°であることが好ましく、ターゲット６からのスパッタ粒子２０ａを基板４上に最も有効に成膜する粒子放出面６０の傾斜角度θは、４５°である。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明に係るスパッタリング装置の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
図１に示すマグネトロンスパッタリング装置１を用いてスパッタリングを行った。この場合、ターゲットとしては、チタン（Ｔｉ）からなり、傾斜角度θが４５°の漏斗形状の粒子放出面を設けたものを用いた。
また、ターゲットエロージョンについては、ターゲットと同心的に直径３５ｍｍの円が形成されるようにターゲットの周囲及び背面にマグネットを配設した。
【００３４】
一方、比較例として、直径７０ｍｍの平板型のターゲットを用い、ターゲットと同心的に直径３５ｍｍの円が形成されるようにターゲットの背面にマグネットを配設したマグネトロンスパッタリング装置を用いた。
【００３５】
このような実施例と比較例の装置を用い、同一の投入電力で同一時間成膜した場合のターゲット直下の成膜速度を図７に示す。
図７に示すように、本実施例の装置は、比較例の装置に比べて成膜速度が約１．３倍大きい。これは、ターゲットから放出されるスパッタ粒子が効率良く基板４に付着するからであると考えられる。
【００３６】
また、実施例と比較例の装置を用い、同一の投入電力で同一の長時間成膜した場合のターゲットのエロージョンを図８（ａ）（ｂ）に示す。ここで、図８（ａ）は、比較例の装置、図８（ｂ）は、実施例の装置を示すものである。
【００３７】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、比較例の装置の場合はターゲット１０６がａ＝５ｍｍ削られたのに対し、実施例の装置の場合はＡ＝２．５ｍｍしか削られておらず、ターゲット６の掘れ量が約１／２となった。これは、上述したシミュレーションから推測されるように、ターゲット６の粒子放出面６０から放出されたスパッタ粒子２０を再度ターゲットに付着させることによってターゲット６の寿命が延びたからであると考えられる。
【００３８】
図９〜図１１は、本発明の他の実施の形態を示すもので、いわゆるマルチカソード方式のスパッタリング装置に適用したものである。以下、上述の実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３９】
図９及び図１０に示すマグネトロンスパッタリング装置１Ａにおいては、真空処理槽２内に、上述の構成を有する複数（本実施の形態の場合は７つ）のターゲット６が隣り合うように配置されている。
【００４０】
図９に示すように、本実施の形態の場合は、一つのターゲット６ａを中心として、その周囲に６つのターゲット６ｂが等間隔で配置されている。
ここで、各ターゲット６（６ａ、６ｂ）の周囲及び背面の部位には、それぞれ上述したマグネット７ａ、７ｂが配設されている。この場合、マグネット７ａ、７ｂは、図２（ｂ）に示すタイプのもの、図３に示すタイプのもののいずれも使用することができる。さらに、図２（ｂ）に示すタイプのものと図３に示すタイプのものの両方が混在した構成を採用することもできる。
【００４１】
また、これらのターゲット６（６ａ、６ｂ）は、基板４に対して相対的に回転できるように構成されている。なお、本実施の形態においては、膜厚の均一化を図るため、図９に示すように、基板４の中心に対してターゲット６の回転中心を偏芯させるように構成されている。
【００４２】
このような構成を有する本実施の形態によれば、小型のターゲット６を有するマルチカソード方式のスパッタリング装置１Ａにおいて、各ターゲット６の寿命を大幅に延ばすことが可能になる。その他の構成及び作用効果については上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４３】
図１１は、本発明のさらに他の実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置を示すもので、このマグネトロンスパッタリング装置１Ｂにおいては、真空処理槽２内に、複数（本実施の形態の場合は３つ）のシールド板３０、３１、３２が配設されている。
【００４４】
各シールド板３０〜３２は、ターゲット６と基板４との間において基板４と平行に配置され、各ターゲット６の直下の部位に、例えば各ターゲット６の径と同等な径を有する円形の孔部３０ａ、３１ａ、３２ａが設けられている。
【００４５】
そして、このような構成を有する本実施の形態によれば、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０のうち、垂直かそれに近い角度で飛び出したものだけが孔部３０ａ〜３２ａを通過して基板４表面に到達することができる。その一方で、斜めに飛び出したスパッタ粒子２０は、シールド板３０〜３２によって遮蔽され、その表面に付着するので基板４に到達できない。その結果、基板４には、入射角の小さいスパッタ粒子２０だけが入射するため、高アスペクト比の微細孔及び微細溝内に薄膜を形成することが可能になる。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、シールド板３０〜３２に付着したスパッタ粒子２０は下方に落下することがないため、真空処理槽２内に付着したスパッタ粒子２０に起因するパーティクルの発生を防止することが可能になる。その他の構成及び作用効果については上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ターゲットから放出されたスパッタ粒子を効率良く成膜対象物に導いてターゲットの寿命を延ばすことができる。
また、本発明によれば、防着部材に付着するスパッタ粒子を減少させて防着部材の交換サイクルを長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の一実施の形態の全体構成を示す断面図
【図２】（ａ）：従来のマグネトロンスパッタリング装置の要部構成を示す説明図
（ｂ）：本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一例の要部構成を示す説明図
【図３】本発明のマグネトロンスパッタリング装置の他の例の要部構成を示す説明図
【図４】ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴いターゲット及び防着部材に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフ
【図５】ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴い基板に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフ
【図６】ターゲットからのリスパッタ効果を考慮したシミュレーション結果を示すグラフ
【図７】実施例と比較例の装置を用い、同一の投入電力で同一時間成膜した場合のターゲット直下の成膜速度を示すグラフ
【図８】（ａ）：比較例の装置のエロージョンを示す説明図
（ｂ）：実施例の装置のエロージョンを示す説明図
【図９】本発明の他の実施の形態の要部を示す平面図
【図１０】同実施の形態の全体構成を示す断面図
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の全体構成を示す断面図
【図１２】従来のスパッタリング装置の要部構成を示す説明図
【図１３】アルゴンガスイオンの入射角度とスパッタ粒子の放出角度との関係を示す説明図
【図１４】スパッタ粒子の放出角度のシミュレーション結果を示すグラフ
【符号の説明】
１……スパッタリング装置、２……真空処理槽、４……基板（成膜対象物）、６……ターゲット、７ａ、７ｂ……マグネット、１２……防着部材、６０……粒子放出面、３０、３１、３２……シールド板
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置や液晶パネルを製造するためのスパッタリング装置に関し、特に、小型のターゲットを用いるスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングは、グロー放電によって生ずる例えばアルゴンガスイオンをスパッタリングターゲット（以下適宜「ターゲット」という。）に対して衝突させることによってターゲットからスパッタ粒子を放出させるものである。
【０００３】
従来、この種のスパッタリング装置１０１としては、例えば図１２に示すように、真空処理槽１０２の上部にターゲット１０６が配置され、このターゲット１０６から放出されたスパッタ粒子を、真空処理槽１０２の下部に配置された基板１０４上に堆積させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スパッタリングにおいては、図１３に示すように、アルゴンガスイオン１００がターゲット１０６に対して垂直に入射した場合に、ターゲット１０６の表面から所定の角度分布をもってスパッタ粒子１２０が放出すると考えられている。
【０００５】
ここで、例えばターゲットが銅である場合には、図１４に示すように、スパッタ粒子１２０は、ターゲット１０６の表面に対して約１５０°付近の角度をピークとして種々の方向に放出される。
【０００６】
このため、従来のスパッタリング装置１０１にあっては、ターゲット１０６から放出されたスパッタ粒子１２０の一部しか基板１０４に到達せず、成膜効率が良くないという問題があった。
【０００７】
また、図１２に示すように、従来のスパッタリング装置１０１においては、真空処理槽１０２の内部へのスパッタ粒子１２０の付着を防止するための防着部材１１２が設けられているが、上述したようにスパッタ粒子１２０が多く放出される方向は防着部材１１２に向かう方向であるため、ターゲット１０６から放出されるスパッタ粒子１２０の大半は防着部材１１２に付着していることになり、その結果、防着部材１１２の交換サイクルも短いという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、ターゲットから放出されたスパッタ粒子を効率良く成膜対象物に導くとともに、防着部材の交換サイクルを長くしうる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】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、円柱形状に形成された上記スパッタリングターゲットに、上記成膜対象物の表面に対して所定の角度傾斜し、かつ、漏斗の内面状に互いに向き合うように構成された粒子放出面が設けられ、上記スパッタリングターゲットの粒子放出面の上記成膜対象物の表面の法線に対する傾斜角度θが、３０°〜６０°であり、上記スパッタリングターゲットの背面側の部位に、一対の磁極のうち一の磁極を向けた第１のマグネットが配設されるとともに、上記スパッタリングターゲットの周囲に、上記一対の磁極のうち他の磁極を向けた第２のマグネットが配設され、上記スパッタリングターゲットと上記成膜対象物との間に、当該スパッタリングターゲットに対応する孔部を有する複数のシールド板が上記成膜対象物の表面と平行に配設されていることを特徴とする。
請求項１記載の発明の場合、スパッタリングターゲットの粒子放出面が成膜対象物の表面に対して３０°〜６０°の角度θをもって配置されており、このため、スパッタリングターゲットから放出されたスパッタ粒子のうち多くの粒子を成膜対象物に向って飛翔させるとともに、粒子が防着部材に到達しにくくすることが可能になる。
また、本発明においては、粒子放出面が漏斗の内面状に互いに向き合うように構成され、さらに、スパッタリングターゲットの背面側の部位に、一対の磁極のうち一の磁極を向けた第１のマグネットが配設されるとともに、スパッタリングターゲットの周囲に、一対の磁極のうち他の磁極を向けた第２のマグネットが配設されていることから、スパッタリングターゲットから放出されたスパッタ粒子の一部の粒子が再びターゲットの粒子放出面に付着するため、スパッタリングターゲットの掘れ量を減少させてスパッタリングターゲットの寿命を延ばすことが可能になる。
さらに、本発明によれば、複数のシールド板に設けた孔部を通過したスパッタ粒子のみが成膜対象物の表面に到達するように構成されており、成膜対象物に対して入射角の小さいスパッタ粒子だけが入射させることができるため、高アスペクトの微細孔及び微細溝内に薄膜を形成することが可能になる。
さらにまた、本発明によれば、シールド板に付着したスパッタ粒子は下方に落下することがないため、真空処理槽内に付着したスパッタ粒子に起因するパーティクルの発生を防止することが可能になる。
一方、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のスパッタリングターゲットが隣接配置され、当該複数のスパッタリングターゲットが上記成膜対象物に対して相対的に回転できるように構成されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、小型のスパッタリングターゲットを複数有するマルチカソード方式のスパッタリング装置において、各スパッタリングターゲットの寿命を大幅に延ばすことが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスパッタリング装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態のスパッタリング装置の全体構成を示す断面図である。
本実施の形態のスパッタリング装置１は、一つのカソード電極１０を備えたマグネトロンスパッタリング装置１で、図１に示すように、図示しない真空排気系に接続された真空処理槽２を有している。そして、この真空処理槽２内の下部にはサセプタ３が設けられ、このサセプタ３上に成膜対象物であるシリコン基板等の基板４を載置するように構成されている。
【００１１】
一方、真空処理槽２の内部の上部にはターゲットホルダ５が配設され、このターゲットホルダ５に、例えば銅（Ｃｕ）等の金属からなる後述する形状のターゲット６が保持されるようになっている。
【００１２】
本実施の形態の場合、カソード電極１０は、サセプタ３上に載置された基板４の中心部分の上方に一つ配設されており、このカソード電極１０には２５０Ｖ〜５００Ｖの高電圧が印加されるように構成されている。
【００１３】
本実施の形態にあっては、ターゲット６の背面側及び周囲に磁界発生用の第１及び第２のマグネット７ａ、７ｂが配設されている。ここで、ターゲット６の周囲のマグネット７ｂは、ターゲットホルダ５に内蔵されるようになっている。
【００１４】
また、ターゲットホルダ５の下部には、グランドに接地されたアノード電極８が取り付けられている。
【００１５】
なお、ターゲット６の上部には冷却水循環路９が設けられ、この冷却水循環路９内に水を循環させることによってターゲット６を冷却するようになっている。
【００１６】
さらに、基板４とターゲット６との間には、真空処理槽２の内部へのスパッタ粒子の付着を防止するための防着部材１２が設けられている。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）は、本発明の原理を示すための説明図で、図２（ａ）は、従来のマグネトロンスパッタリング装置の要部構成を示すもの、図２（ｂ）は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一例の要部構成を示すものである。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、従来のマグネトロンスパッタリング装置１０１は、ターゲット１０６の背面側に配置されたマグネット１０７ａのＮ極から放出される磁力線１１３が、一旦ターゲット１０６を貫いた後、ターゲット１０６の背面側に戻り、マグネット１０７ａの近傍に配置されたマグネット１０７ｂのＳ極に到達するように構成されている。
【００１９】
このため、従来のマグネトロンスパッタリング装置１０１にあっては、アルゴンガスの衝突によってターゲット１０６の表面から放出されたスパッタ粒子１２０は、上記図１３に示す角度分布を持って放出されると仮定すればその多くの粒子１２０ｂが防着部材１１２に向って飛翔し、基板４に向かう粒子１２０ａは一部分に過ぎない。
【００２０】
本発明の場合は、ターゲット６の基板４（サセプタ３）に対向する粒子放出面６０が、漏斗の内面状に互いに向き合うように形成されているとともに、ターゲット６の背面側に配置されたマグネット７ａのＮ極から放出された磁力線１３がターゲット６の周囲に設けられたマグネット７ｂのＳ極に到達するように構成されている。
【００２１】
すなわち、本発明の場合は、ターゲット６の粒子放出面６０が基板４の法線Ｎに対して所定の角度θをもって配置されており、このため、後述するように、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ａを基板４に向って飛翔させるとともに、粒子２０が防着部材１２に到達しにくくすることができる。
【００２２】
さらに、本発明においては、粒子放出面６０が互いに向き合うように形成されていることから、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ｃが再びターゲット６の粒子放出面６０に付着し、後述するようにターゲット６の寿命を延ばすことが可能になる。
【００２３】
図３は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の他の例の要部構成を示すものである。
図３に示すように、本例においては、ターゲット６の周囲に配置されたマグネット７ｂのＮ極から放出された磁力線１３がターゲット６の背面側に設けられたマグネット７ａのＳ極に到達するように構成されている。
このような構成を有する本例によれば、上述したように、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ａを基板４に向って飛翔させるとともに、粒子２０が防着部材１２に到達しにくくすることができる。
また、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０の一部の粒子２０ｃが再びターゲット６の粒子放出面６０に付着させてターゲット６の寿命を延ばすことが可能になる。
【００２４】
図４は、ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴いターゲット及び防着部材に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフ、図５は、ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴い基板に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００２５】
ここでは、ターゲット６から放出するスパッタ粒子２０の数を一定に保ち、ターゲット６の粒子放出面６０の角度を０°、３０°、４５°、６０°に変えてシミュレーションを行った。
【００２６】
図４に示すように、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θが増加するに伴い、防着部材１２に付着するスパッタ粒子２０ｂが減少する一方で、ターゲット６の粒子放出面６０に付着するスパッタ粒子２０ｃが増加することが理解される。これは、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θが増加するに伴って、防着部材１２に付着するスパッタ粒子がターゲット６に付着するようになることを意味している。
【００２７】
一方、図５に示すように、基板４に付着するスパッタ粒子２０ａの割合は、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θを４５°にした場合が最大となる。これは、基板４上における成膜速度を最大にするには、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θを４５°にするのが最適であることを意味する。
【００２８】
また、図４に示すように、防着部材１２に付着するスパッタ粒子を最も少なくするには、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θを大きくすればよい。例えば、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θが０°の場合と４５°の場合とを比較すると、当該傾斜角度θが４５°の場合、防着部材１２に付着するスパッタ粒子２０ｂは０°の場合に比べて約１／２になり、これは、防着部材１２の寿命が約２倍に延びることを意味している。
【００２９】
図６は、上述のシミュレーションにターゲット６からのリスパッタ効果（ターゲット６にスパッタ粒子２０ｃが再び付着する効果）を考慮したシミュレーション結果を示すグラフである。
【００３０】
上述したように、本実施の形態においては、ターゲット６の粒子放出面６０から放出されたスパッタ粒子２０ｃがターゲット６の粒子放出面６０に付着することから、この付着したスパッタ粒子２０ｃを再度ターゲット６として利用することができ、これによりターゲット６の寿命を延ばすことが可能になる。
【００３１】
すなわち、図６に示すように、従来の平板型のターゲット６（θ＝０°）の場合は、ターゲット６の質量の６％程度しか基板４に付着していないのに対し、本実施の形態のターゲット６（θ＝４５°）の場合は、ターゲット６の質量の１２％以上が基板４に付着する。これは、ターゲット６の寿命が従来のものより２倍程度延びたことを意味している。
【００３２】
以上の結果を考慮すると、ターゲット６の粒子放出面６０の傾斜角度θは、３０°〜６０°であることが好ましく、ターゲット６からのスパッタ粒子２０ａを基板４上に最も有効に成膜する粒子放出面６０の傾斜角度θは、４５°である。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明に係るスパッタリング装置の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
図１に示すマグネトロンスパッタリング装置１を用いてスパッタリングを行った。この場合、ターゲットとしては、チタン（Ｔｉ）からなり、傾斜角度θが４５°の漏斗形状の粒子放出面を設けたものを用いた。
また、ターゲットエロージョンについては、ターゲットと同心的に直径３５ｍｍの円が形成されるようにターゲットの周囲及び背面にマグネットを配設した。
【００３４】
一方、比較例として、直径７０ｍｍの平板型のターゲットを用い、ターゲットと同心的に直径３５ｍｍの円が形成されるようにターゲットの背面にマグネットを配設したマグネトロンスパッタリング装置を用いた。
【００３５】
このような実施例と比較例の装置を用い、同一の投入電力で同一時間成膜した場合のターゲット直下の成膜速度を図７に示す。
図７に示すように、本実施例の装置は、比較例の装置に比べて成膜速度が約１．３倍大きい。これは、ターゲットから放出されるスパッタ粒子が効率良く基板４に付着するからであると考えられる。
【００３６】
また、実施例と比較例の装置を用い、同一の投入電力で同一の長時間成膜した場合のターゲットのエロージョンを図８（ａ）（ｂ）に示す。ここで、図８（ａ）は、比較例の装置、図８（ｂ）は、実施例の装置を示すものである。
【００３７】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、比較例の装置の場合はターゲット１０６がａ＝５ｍｍ削られたのに対し、実施例の装置の場合はＡ＝２．５ｍｍしか削られておらず、ターゲット６の掘れ量が約１／２となった。これは、上述したシミュレーションから推測されるように、ターゲット６の粒子放出面６０から放出されたスパッタ粒子２０を再度ターゲットに付着させることによってターゲット６の寿命が延びたからであると考えられる。
【００３８】
図９〜図１１は、本発明の他の実施の形態を示すもので、いわゆるマルチカソード方式のスパッタリング装置に適用したものである。以下、上述の実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３９】
図９及び図１０に示すマグネトロンスパッタリング装置１Ａにおいては、真空処理槽２内に、上述の構成を有する複数（本実施の形態の場合は７つ）のターゲット６が隣り合うように配置されている。
【００４０】
図９に示すように、本実施の形態の場合は、一つのターゲット６ａを中心として、その周囲に６つのターゲット６ｂが等間隔で配置されている。
ここで、各ターゲット６（６ａ、６ｂ）の周囲及び背面の部位には、それぞれ上述したマグネット７ａ、７ｂが配設されている。この場合、マグネット７ａ、７ｂは、図２（ｂ）に示すタイプのもの、図３に示すタイプのもののいずれも使用することができる。さらに、図２（ｂ）に示すタイプのものと図３に示すタイプのものの両方が混在した構成を採用することもできる。
【００４１】
また、これらのターゲット６（６ａ、６ｂ）は、基板４に対して相対的に回転できるように構成されている。なお、本実施の形態においては、膜厚の均一化を図るため、図９に示すように、基板４の中心に対してターゲット６の回転中心を偏芯させるように構成されている。
【００４２】
このような構成を有する本実施の形態によれば、小型のターゲット６を有するマルチカソード方式のスパッタリング装置１Ａにおいて、各ターゲット６の寿命を大幅に延ばすことが可能になる。その他の構成及び作用効果については上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４３】
図１１は、本発明のさらに他の実施の形態のマグネトロンスパッタリング装置を示すもので、このマグネトロンスパッタリング装置１Ｂにおいては、真空処理槽２内に、複数（本実施の形態の場合は３つ）のシールド板３０、３１、３２が配設されている。
【００４４】
各シールド板３０〜３２は、ターゲット６と基板４との間において基板４と平行に配置され、各ターゲット６の直下の部位に、例えば各ターゲット６の径と同等な径を有する円形の孔部３０ａ、３１ａ、３２ａが設けられている。
【００４５】
そして、このような構成を有する本実施の形態によれば、ターゲット６から放出されたスパッタ粒子２０のうち、垂直かそれに近い角度で飛び出したものだけが孔部３０ａ〜３２ａを通過して基板４表面に到達することができる。その一方で、斜めに飛び出したスパッタ粒子２０は、シールド板３０〜３２によって遮蔽され、その表面に付着するので基板４に到達できない。その結果、基板４には、入射角の小さいスパッタ粒子２０だけが入射するため、高アスペクト比の微細孔及び微細溝内に薄膜を形成することが可能になる。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、シールド板３０〜３２に付着したスパッタ粒子２０は下方に落下することがないため、真空処理槽２内に付着したスパッタ粒子２０に起因するパーティクルの発生を防止することが可能になる。その他の構成及び作用効果については上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ターゲットから放出されたスパッタ粒子を効率良く成膜対象物に導いてターゲットの寿命を延ばすことができる。
また、本発明によれば、防着部材に付着するスパッタ粒子を減少させて防着部材の交換サイクルを長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の一実施の形態の全体構成を示す断面図
【図２】（ａ）：従来のマグネトロンスパッタリング装置の要部構成を示す説明図
（ｂ）：本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一例の要部構成を示す説明図
【図３】本発明のマグネトロンスパッタリング装置の他の例の要部構成を示す説明図
【図４】ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴いターゲット及び防着部材に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフ
【図５】ターゲットの粒子放出面の角度変化に伴い基板に付着するスパッタ粒子の割合のシミュレーション結果を示すグラフ
【図６】ターゲットからのリスパッタ効果を考慮したシミュレーション結果を示すグラフ
【図７】実施例と比較例の装置を用い、同一の投入電力で同一時間成膜した場合のターゲット直下の成膜速度を示すグラフ
【図８】（ａ）：比較例の装置のエロージョンを示す説明図
（ｂ）：実施例の装置のエロージョンを示す説明図
【図９】本発明の他の実施の形態の要部を示す平面図
【図１０】同実施の形態の全体構成を示す断面図
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の全体構成を示す断面図
【図１２】従来のスパッタリング装置の要部構成を示す説明図
【図１３】アルゴンガスイオンの入射角度とスパッタ粒子の放出角度との関係を示す説明図
【図１４】スパッタ粒子の放出角度のシミュレーション結果を示すグラフ
【符号の説明】
１……スパッタリング装置、２……真空処理槽、４……基板（成膜対象物）、６……ターゲット、７ａ、７ｂ……マグネット、１２……防着部材、６０……粒子放出面、３０、３１、３２……シールド板
Claims (2)
- 所定のスパッタリングターゲットを成膜対象物に対向させた状態で装填可能な真空処理槽を有し、上記スパッタリングターゲットから放出されたスパッタ粒子を用いて成膜対象物の表面に膜を形成するスパッタリング装置であって、
円柱形状に形成された上記スパッタリングターゲットに、上記成膜対象物の表面に対して所定の角度傾斜し、かつ、漏斗の内面状に互いに向き合うように構成された粒子放出面が設けられ、
上記スパッタリングターゲットの粒子放出面の上記成膜対象物の表面の法線に対する傾斜角度θが、３０°〜６０°であり、
上記スパッタリングターゲットの背面側の部位に、一対の磁極のうち一の磁極を向けた第１のマグネットが配設されるとともに、上記スパッタリングターゲットの周囲に、上記一対の磁極のうち他の磁極を向けた第２のマグネットが配設され、
上記スパッタリングターゲットと上記成膜対象物との間に、当該スパッタリングターゲットに対応する孔部を有する複数のシールド板が上記成膜対象物の表面と平行に配設されていることを特徴とするスパッタリング装置。 - 複数のスパッタリングターゲットが隣接配置され、当該複数のスパッタリングターゲットが上記成膜対象物に対して相対的に回転できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
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