JPH01111870A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野　　　゛ 本発明は、スパッタリング技術を利用し、薄膜を作製す
るスパッタリング装置に関するものであシ、特に低温で
高速製膜が可能な特徴を持っマグネトロンスパッタ装置
に関するものである。

従来の技術 マグネトロンスパッタ法を用いた従来のスパッタリング
装置は第６図に示すように、真空チャンバー１には真空
排気系２、ガス導入系３、基板４を固定する基板ホルダ
６（インライン型装置では基板搬送系になる）等が設置
されている。真空チャンバー１内に設けられたカソード
部の構成は次のようである。真空チャンバー１とは絶縁
物・ｅで電気的に絶縁されたカソードホルダ７内に所定
の極性配置された永久磁石８が取り付けられておシ、タ
ーゲット材９をボンディングしたバッキングプレート１
０がこの永久磁石８にほぼ接するようにカンーＰホルダ
７に設置されている。そして、永久磁石８．ターゲット
材９等を冷却するだめの冷却系１１も設置されている。

スパッタに必要な電力は電源系１２かも供給されている
。真空チャンバー１には、ターゲット材９と真空チャン
バー１の間での放電時の異常放電を防ぐために、シール
ドリング１３が取り付けられている。

この装置での製膜は以下のようになされる。ガス導入系
３からアルゴン等の不活性ガスを主成分とするスパッタ
ガスが所定の流量で真空チャンバー１内に導入され、真
空チャンバー１内の真空度は真空排気系２により所定の
値に設定されている。

この状態でスパッタリングターゲット９と基板４の間に
（基板４が絶縁物の場合は基板ホルダ６の間に）電源系
１２から電圧を印加すると、これらの間にマグネトロン
放電によるプラズマが発生する。そして、このプラズマ
中のスパッタガスから電離したイオンがターゲット材９
に衝突した結果、スパッタ粒子がターゲット材９から飛
散し、基板４上に薄膜が形成される。

ここで、マグネトロンスパッタ法を用いたスパッタリン
グ装置では、上記のように所定の極性配置された永久磁
石８が設置されている。この永久磁石８の形状の代表的
なものを第ｅ図ａに示す。

このような形状の永久磁石８を用いると、図中の斜線で
示したような形状でプラズマ密度が大きい部分（プラズ
マリング）１４が発生する。このような場合、この斜線
部分から多くのスパッタ粒子が飛び出すので、ターゲッ
ト材９には第６図すに示したように局所的にエロージョ
ン１５が生じ、ターゲットの利用効率が極めて悪かった
。それ故、薄膜の製造コストが高くつき、製品の低コス
ト化の障害となっていた。また、二ローシコン１６が局
所的に発達すると、基板４または基板ホルダ６とターゲ
ット材９の間の電界分布が次第に変化し、安定した放電
が得られなくなる。その結果、製膜速度の不安定９作製
した薄膜の膜質の劣下が生じ、製品の歩どまシが悪かっ
た。

さらに、ターゲット材９を交換する場合には真空チャン
バーを開ける必要があシ、この際に真空チャンバーの内
壁に空気中のガスが吸着する。作製する薄膜の膜質を劣
下させる可能性があるこのようなガスを放出させるため
に、真空チャンバーを開けた後には長時間真空引きする
必要があシ、スパッタリング装置の稼働率の低下釦なっ
ていた。

ここで、上記の欠点を解決するために（特公昭５２−９
１５５８１号公報）では永久磁石８をカソードホルダ７
内で動かしてプラズマリングの発生場所を移動させるこ
とでターゲット材９の利用効率を高める試みもなされて
いるが、その場合でも第６図Ｃに示したようにエロージ
ョン領域のアル程度の拡大にはなるが、局所的な二ロー
ションの発生を防ぐことはできず、上記の問題点の解決
には至らなかった。

さらに、磁石の移動によシスバッタ位置が移動するため
製膜された膜の膜厚分布が著しくなるという問題が生じ
た。また、特開昭５３−４７３８４号公報では、ターゲ
ット材９をカソードホルダ７に対し移動させる試みもな
されている。しかしこの試みにおいては移動させられて
いるのは、ターゲット材９だけであシ、バッキングプレ
ート１０とターゲット材９の冷却系１１及びシールドリ
ング１３は、真空チャンバー１に固定されておシ、ター
ゲット材９と共に移動するようになってはいないため、
次の問題が生じた、（１）シールドリング１３に対し負
電位にあるターゲット材９が移動するに従がい、シール
ドリング１３とターゲット材９との間隔が変化するため
ある間隔では両者の間に異常放電が発生する。＠）ター
ゲット材９は、冷却系１１を設けであるカソードホルダ
フ上に載っている部分しか冷却されないので、ターゲッ
ト材９には温度分布による熱応力が発生しやすくなる。

そしてターゲット材９の補強をかねているバッキングプ
レート１０にターゲット材９がポンディングされていな
いため、この熱応力によジターゲット材９に割れが生じ
やすい。

発明が解決しようとする問題点 本発明は膜厚の不均一分布や、ターゲットのエロージョ
ンの生成を無くすため、ターゲットと磁石をスパッタリ
ング中に相対的に動かせていた。

この場合、ターゲット近傍での異常放電を防止するため
のシールドリングとターゲットとの間隔が変動し、異常
放電が起っていた。その結果として膜厚の不均一、エロ
ージョン発生や膜質の劣化を生じていた。

本発明は上記問題点を解消するものである。

問題点を解決するための手段 本発明のスパッタリング装置は、上記問題点を解決する
ため、真空チャンバーに対し負電位に作たれ、ターゲッ
ト材を表側の面にポンディングしたバッキングプレート
と、真空チャンパート同電位でバッキングプレートと電
気的に絶縁させて取り付けられたシールドリングから構
成されたターゲット部を、真空チャンバーの外側に所定
の極性で配置された磁石に対し相対運動させる手段を設
け、バッキングプレートの内部あるいは裏面に、シート
状の冷却手段を備えたものである。

作用 上記構成によシ、カソード部に対しプラズマリングの発
生位置を変化させる事なく、ターゲット材上に発生する
プラズマリングに対し、ターゲット材を相対運動させる
事でターゲット材上にはほぼ全面に均一な深さの二ロー
シコンを生じさせられるので、ターゲット材の利用効率
を條設に向上させることができる。又シールドリングと
、シールドリングに対し負電位にあるバッキングプレー
ト及びターゲット材との間隔が一定に保たれながらター
ゲット部が移動するためシールドリング近傍で異常放電
が発生する事はない。さらに、ターゲット材がバッキン
グプレートにポンディングされ全面を冷却されているた
め、温度分布による熱応力を抑え、ターゲット材の割れ
等を防止できる。

したがって従来に比べ安定な放電が長時間継続して行な
う事ができ、製膜安定性及び生産効率を格段に向上させ
る事ができる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明のスパッタリング装置の概略構成図で
ある。なお、従来例と共通する部分には同一の番号を付
けである。

真空チャンバーに対し負電位に保たれ内部にロールポン
ドあるいは拡散溶接等より作製された厚さの薄いシート
状の冷却回路１８を設けたバッキングプレート１７にタ
ーゲット材１６をポンデイソゲし、さらに真空チャンバ
ーと同電位であるシールドリング１９を電気的絶縁物２
ｏを介しバッキングプレート１７に取り付けである。こ
の様に構成されたタルゲラト部は、真空チャンバー１と
独立している。ここでの冷却回路８は、第２図の様に配
置されておシ、図中の矢印の方向に冷媒を流す様になっ
ている。真空チャンバー１の外側には所定の極性に配置
された永久磁石２１が取付けられている。第３図に示す
様この磁石２１に対しターゲット部を第１．３図中の矢
印の方向に相対的に往復運動させるため、真空チャンバ
ー１に設けられた溝２２に、シールドリング１９の根元
の突起部２３をはめ込み、真空チャンバー１に取付けら
れた駆動モータ２６を、ギヤ２４を介してシールドリン
グ１９に連結させである。また制御回路２６は、ターゲ
ット部を所定の速度で等速往復運動させるべく、駆動モ
ータ２６に制御信号を送る。

これによりターゲット材１６は、ターゲット材１６上の
プラズマリング２７を往復運動させることにより第４図
に示す点線の状態から実線で示される様、はぼ全面を均
一にスパッタされる。

以上の様に本実施例によれば、ターゲット材１６をポン
ディングし、内部に冷却回路１８を備えたバッキングプ
レート１７とシールドリング１９からなるターゲット部
と、真空チャンバー１の外側に所定の極性に配置された
磁石２１を設け、ターゲット部を磁石２１に対し相対的
に往復運動させる手段として、真空チャンバー１に溝２
２とシールドリング１９の根元に突起２３．ギヤ２４．
駆動モータ２５及び制御装置２６を設けることで次の様
な効果を得ることができる。（１）ターゲット材１６上
のほぼ全面を均一にスパッタできるため、従来よシもタ
ーゲット材の使用効率が格段に向上するため大幅なコス
トダウンができる。（２）　　シールドリング１９及び
バッキングプレート１７を、ターゲット材１６と共に移
動させる事でシールドリング１９と、ターゲット材１６
あるいはバッキングプレート１７との間で放電が発生し
ないため、安定な製膜が行なえる。（３）バッキングプ
レート１７の内部に設けたシート状の冷却回路１日が、
ターゲット材１６全面を常に冷却しているので、ターゲ
ット材１６の温度分布から生じる熱応力が低く抑えられ
、ターゲット材１６の割れ等を防止できる。さらに、冷
却回路１８を薄くシート状にする事で、磁石２１とター
ゲット材１６の間隔がそれ程大きくならないため、磁石
２１よシ生じるターゲット材１６上の磁界を弱めること
はない。

（４）ターゲット部を駆動する手段を設ける場合に真空
チャンバー１と同電位にあるシールドリング１９が負電
位にあるターゲット材１６及びバッキングプレート１７
の回シを囲っているので、このシールドリング１７に駆
動モータ２６及びギヤ２４にシールド等を考慮すること
なしに直接連結できるため構成が簡単となる。したがっ
て安全かつ安定した製膜を行なう事ができる。

なお、第２図で示した冷却回路は、別の回路構成でも同
じ効果が得られる。又、第３図に示した運動手段は、別
のものでも良い。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、ターゲット材表面
が均一にスパッタされるため、ターゲット材の利用効率
が格段に向上すると同時に真空チャンバーに対するプラ
ズマリングが動かないので製膜された膜の膜厚分布は均
一となる。これにより生産効率の向上及びコストダウン
ができる。

また、ターゲット材とバッキングプレートの回シをシー
ルドリングが囲っているため、シールドリング近傍での
異常放電の心配がないばかりか、ターゲット部の駆動手
段を、シールド等を考慮することなくシールドリングと
連結することができるため、駆動系の構成が簡単となる
。これによシ安全で安定した製膜ができる。さらにバッ
キングプレートに設けられたフロンを冷媒として流して
いる冷却水路によってターゲット材全体が均一に冷却さ
れるため、ターゲット材の熱応力による割れ等が防止で
きる。これにより安定した製膜ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例の平板型マグネトロンス
パッタリン装置の概略構成図、第２図は同装置における
バッキングプレート内の冷却水路の概略構成図、第３図
は同装置の往復運動する部分の斜視図、第４図は同装置
におけるターゲット材に生じるエロージョンのでき方を
示す斜視図、第６図は従来の代表的な平板型マグネトロ
ンスパッタリング装置の概略構成図、第６図はターゲッ
ト材に生じるエローシコンのでき方を示す図である。 １６・・・・・・ターゲット材、１７・・・・・・バッ
キングプレート、１８・・・・・・冷却回路、１９・・
・・・・シールドリング、２ｏ・・・・・・絶縁物、２
１・・・・・・磁石、２２・・・・・・溝、２３・・・
・・・突起、２４・・・・・・ギヤ、２６・・・・・・
駆動モータ、２６・・・・・・制御回路、２７・・・・
・・プラズマリング。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１６
−−−ターケ゛ットオオ １７−−ドラ千ングブレート ｔｇ−一座却圓蒐 １９−ｍ−シールドリング。 ２１−磁石 ２７−−プラズマリング 第１図 （ａ＞ ？６−→１叩圓腺 第１図 （ｂ） Ｉ 第２図 第　４　図 〈―＝＝＝＝キ 第６図 （α） （ｂ） ／、５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空チャンバー、真空排気系、ガス導入系、基板
   ホルダ及び電源等を具備し、前記真空チャンバーに対し
   負電位に保たれ、ターゲット材がボンディングされたバ
   ッキングプレートと、前記真空チャンバーと同電位で前
   記バッキングプレートと電気的に絶縁させて取り付けら
   れたシールドリングから構成されたターゲット部と、前
   記真空チャンバーの外側に所定の極性で配置された磁石
   を設け、前記ターゲット部を前記磁石に対し相対運動さ
   せる手段を備えたスパッタリング装置。
2. （２）バッキングプレートの内部あるいは裏面に、シー
   ト状の冷却手段を設けた特許請求の範囲第１項記載のス
   パッタリング装置。