JPH01191776A - 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〕 この発明は、真空容器内に、薄膜が形成されるべき板状
の試料と、前記薄膜の物質からなる板状のターゲットと
を平行に対向させて配するとともに低気圧のプラズマ原
料ガスを導入し、前記試料とターゲットとの間に電圧を
印加してプラズマを発生させプラズマ中のイオンを前記
電圧により加速してターゲット３表面させることＫより
ターゲット表面からスパッタ粒子を発生させて試料表面
に薄膜形成を行うスパッタリング装置に係り、特にター
ゲットに平行な磁界を併用することにより電子にサイク
ロイド運動を起こさせ、この運動により高密度のプラズ
マを発生させ・るスパッタリング装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の装置として、従来、第２図に示されるような、
いわゆるマグネトロンスパッタリング装置が知られてい
る。試料台を兼ねた真空容器１内に、表面に薄膜を形成
されるべ、き板状の試料２と、前記薄膜の物質からなる
平板状のターゲット３とが平行に対向して配され、この
ターゲツト３裏面に、紙面に垂直方向に長いＮ極をリン
グ状に取り囲むＳ極が形成された。断面形状が山形の永
久磁石１０が配され、この永久磁石１００Ｎ極と８極と
の間で、ターゲット３の表面にターゲット３と平行な成
分を有する磁束９が生じている。いま、真空容器１内に
プラズマ原料ガスとしてＡｒガスを導入するとともに金
Ｒ製真空容器ｌとターゲット３との間に直流電圧を印加
すると、真空容器１内の偏在電子が試料２とターゲット
３との間に生じている電界により加速されてプラズマ原
料ガス分子に衝突してこれを電離し、この電離によって
生じた電子がさらにプラズマ原料ガス分子を電離して電
子とイオンが雪崩式に増殖し、試料２とターゲット３と
の間にプラズマが発生する。一方、前述のように、ター
ゲット３表面にはターゲット３と平行な成分を有する磁
束９が生じているから、ターゲット３表面近傍の電子は
この磁束９と電界とに直角な方向にサイクロイド運動す
なわち円がすべることなく平面上を転がるときに円周上
の１点が画（軌跡に類似した軌跡を画きながら運動を行
なうから、ターゲット３表面近傍では電離が特にさかん
に行われ、ターゲット３表面近傍に高密度のプラズマが
発生する。従来、スパッタリング法による薄膜形成は、
かかる高密度プラズマ中のイオンをターゲット３に衝突
させることによりそ前述のような構成によるスパッタリ
ング装置における問題点はつぎの通りである。すなわち
、前記高密度のプラズマは、永久磁石のＮ極とＳ極との
間のリング状空間に対応する位置で最も強く生じており
、従って、このプラズマ中のイオンの衝突によるターゲ
ットの消耗もリング状に生じ、かつ消耗の深さはリング
幅の中央部が最も大きくなる。このため、試料表面に形
成される薄膜の厚さに均一性が得られず、しかもスパッ
タリングの進行とともにスパッタ粒子の飛散方向が変化
するために薄膜厚さの均一性を得ることは著しく困難で
ある。このため、ターゲットは消耗の深さがさほど進行
しないうちに交換する必要があり、利用効率が極めて低
いという問題点があった。さらＫいま１つの問題点は、
サイクロイド運動からはずれた電子の一部が電界と、試
料方向に向かう磁束とのため、試料と衝突し、この結果
、膜にダメージを与え、膜質の劣化をまねいていた。

この発明の目的は、前記従来の問題点に鑑み、ターゲッ
トのほぼ全面にわたり一様なスパッタリングを生じさせ
、これにより厚さの均一な薄膜形成を可能にするととも
にターゲットの利用効率を極めて大きくすることができ
、また成膜分布の時間変化を事実上解消し、さらに電子
衝突による膜質低下を防ぐことのできるスパッタリング
装置を上述の目的を達成するために、この発明によれば
、真空容器内に、薄膜が形成されるべき板状の試料と、
前記薄膜の物質からなる板状のターゲットとを千行く対
向させて配するとともに低気圧のプラズマ原料ガスを導
入し、前記試料とターゲットとの間に電圧を印加してプ
ラズマを発生させプラズマ中のイオンを前記電圧により
加速してターゲットに衝突させることによりターゲット
表面からスパッタ粒子を発生させて試料表面に薄膜形成
を行うスパッタリング装置において、前記真空容器内に
磁化方向が軸線方向の柱状磁石を配するとともに前記タ
ーゲットをこの磁石の外周面をほぼ密にとり囲むように
配し、かつ前記試料をこのターゲットと平行に対向させ
つつこのターゲットをとり囲むように配するとともに、
この試料の外側に、前記柱状磁石の一方の磁極から出て
磁石の外側を通り他方の磁極へ入る磁束が磁石のはぼ軸
方向長さの範囲内で外周面に平行となるようにこの磁束
を磁石の外周面側へ押圧する磁束を発生する磁束発生手
段を配するものとする。

〔作　用〕

スパッタリング装置をこのように構成することＫより、
ターゲット表面近傍の磁束はターゲットのほぼ全表面で
面と平行となり、ターゲット全面で電界と磁界とが直交
し、電子はこの磁界に垂直な平面内をターゲットの表面
に沿ってサイクロイド運動を行いながら閉じた軌跡を描
くため、高密度の−様なプラズマがターゲットのほぼ全
表面に生じる。さらに、薄膜が形成される試料は、前記
ターゲットとほぼ全面で平行となった磁束もしくは磁界
の領域内でターゲットと対向しているから、ことができ
ず、試料に形成された薄膜への衝突が防止される。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すもので、（ａ）は平面
概略断面図、（ｂ）は立面概略断面図である。

真空容器１１内の中央に軸線方向に磁化された四角柱状
の永久磁石１４が配置され、その局面を４枚のターゲッ
ト１３によりおおっている。またターゲット１３と平行
に対向して試料１２が真空容器１１に取り付けられてお
り、真空容器１１の外側には四角柱状の永久磁石１４を
とり凹むように励磁コイル１５がまかれており、図の矢
印のように電流が流れている。励磁コイル１５の外側に
さらに励磁コイル１５をとり囲むよう強磁性体による磁
路１６が増り付けられている。このような構成により、
第１図（ｂ）に示したように、永久磁石１４側の磁束１
９が励磁コイル１５により発生した。磁束１９と同方向
の磁束２０により反発力を受け、永久磁石１４の・局面
側へ押圧されてターゲット１３面に平行に走る。そこで
真空容器１１内にたとえばＡｒガスを導入して真空容器
１１内を適当な圧力にし、ターゲット１３と試料１２と
の間に直流電源１８から直流電圧を印加すると、ターゲ
ット１３のほぼ全面にわたり電界と磁界とが直交するた
め、電子は１７のようにサイクロイド運動をしながらタ
ーゲット１３表面に沿う閉じた軌跡で周回しはじめ、つ
ぎつぎとガスを電離し、高密度の−様なプラズマがター
ゲット１３の全表面にわたって生じ、このプラズマ中か
ら加速されたイオンがターゲット１３に衝突して−様な
スパッタリングを生じさせ、試料１２上に薄膜が形成さ
れる。また、電子は永久磁石１４両端部に近づ（とプラ
ズマ領域から外れるが、この電子は両端部近くの磁界に
より試料１２には到達できない。

なお、上述の実施例では、真空容器中央部に配された永
久磁石１４を四角柱状としているが、円柱状でも当然よ
く、また四角以外の多角柱でもよい。また、永久磁石１
４の代わりに強磁性材からなる柱状鉄心の長手方向中央
部に絶縁電線を巻き付け、これに直流電流を通電する構
造の電磁石とすることも可能である。また、直流電源１
８の代わりにＲＦ（ラジオ周波数１適常１３．５６ＭＨ
ｚ　）電源としてもよい。このときには、ターゲット１
３の背面側すなわち永久磁石１４と間にバッキングプレ
ートを配置し、このプレートを介してＲＦ電圧を印加す
るとよい。

また、試料１２を外側からとり囲む磁束発生手段として
励磁コイル１５と磁路１６とからなる電磁石の代わりに
試料１２を外側からとり囲むリング状の永久磁石として
もよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、真空容器内に、
薄膜が形成されるべき板状の試料と、前記薄膜の物質か
らなる板状のターゲットとを平行に対向させて配すると
ともに低気圧のプラズマ原料ガスを導入し、前記試料と
ターゲットとの間に電圧を印加してプラズマを発生させ
プラズマ中の　′イオンを前記電圧により加速してター
ゲットに衝突させることによりターゲット表面からスバ
ッタ粒子を発生させて試料表面に薄膜形成を行５スパッ
タリング装置において、前記真空容器内に磁化方向が軸
線方向の柱状磁石を配するとともに前記ターゲットをこ
の磁石の外周面をはぼ密にとり囲むように配し、かつ前
記試料をこのターゲットと平行に対向させつつこのター
ゲットをとり囲むように配するとともに、この試料の外
側に、前記柱状磁石の一方の磁極から出て磁石の外側を
通り他方の磁極へ入る磁束が磁石のほぼ軸方向長さの範
囲内で外周面に平行となるようにとの磁束を磁石の外周
面側へ押圧する磁束を発生する磁束発生手段を配したの
で、ターゲットのほぼ全面にわたり高密度のプラズマを
一様に発生させることができ、（１）試料表面に均一な
薄膜を高効率で形成することができる。

（２）成膜分布の時間変化が生じにくく、長時間にわた
り薄膜の厚みや膜質の均一性が損われない。

（３）ターゲットの利用効率が著しく大きくなる。

（４）プラズマ領域から外れる電子は柱状磁石端部付近
で発生するため試料に衝突せず、薄膜がダメージを受け
ない。

（５）柱状磁石の局面をすべて利用できるから複数の試
料を成膜するのに便利である。

などの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になるスパッタリング装置の
概略図で、（ａ）は平面概略断面図、（ｂ）は立面概略
断面図、第２図は従来のマグネトロンスパッタリング装
置の立面概略断面図である。 １．１１・・・真空容器、２，１２・・・試料、３，１
３・・・ターゲット、８，１８・・・直流電源、９，１
９・・・磁束、１４・・・永久磁石（磁石）１５・・・
励磁コイル、（Ｇ） （ｂ） 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空容器内に、薄膜が形成されるべき板状の試料と
   、前記薄膜の物質からなる板状のターゲットとを平行に
   対向させて配するとともに低気圧のプラズマ原料ガスを
   導入し、前記試料とターゲットとの間に電圧を印加して
   プラズマを発生させプラズマ中のイオンを前記電圧によ
   り加速してターゲットに衝突させることによりターゲッ
   ト表面からスパッタ粒子を発生させて試料表面に薄膜形
   成を行うスパッタリング装置において、前記真空容器内
   に磁化方向が軸線方向の柱状磁石を配するとともに前記
   ターゲットをこの磁石の外周面をほぼ密にとり囲むよう
   に配し、かつ前記試料をこのターゲットと平行に対向さ
   せつつこのターゲットをとり囲むように配するとともに
   、この試料の外側に、前記柱状磁石の一方の磁極から出
   て磁石の外側を通り他方の磁極へ入る磁束が磁石のほぼ
   軸方向長さの範囲内で外周面に平行となるようにこの磁
   束を磁石の外周面側へ押圧する磁束を発生する磁束発生
   手段が配されていることを特徴とするスパッタリング装
   置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載のスパッタリング装置
   において、柱状磁石の一方の磁極から出て磁石の外側を
   通り他方の磁極へ入る磁束をこの磁石の外周面側へ押圧
   する磁束を発生する磁束発生手段は、ターゲットをとり
   囲むように配された試料の外側をとり囲む、磁化方向が
   前記磁石の軸線方向と一致するリング状の永久磁石また
   は前記試料の外側をリング状に取り巻く線材からなる励
   磁コイルを備えた電磁石であることを特徴とするスパッ
   タリング装置。