JPH02290969A

JPH02290969A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH02290969A
Application number: JP10771989A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirono; 廣野　滋; Akinori Furuya; 彰教古谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-11-30

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］本発明は薄膜形成装置および形成方法に関し、特にマグ
ネトロンスパッタリング装置を用いた薄膜形成装置およ
び形成方法に関するものである。

［従来の技術］マグネトロンスパッタリング装置はコンベンショナルな
スパッタリング装置と比べ、堆積速度を飛躍的に向上さ
せることができるスパッタリング装置である。

この装置はターゲット下部に磁石を設置し、ターゲット
表面部に磁束を漏洩させることが特徴である。この磁束
は、ターゲット近傍のプラズマ密度を増加させ、その結
果、ターゲットに衝突するイオン数が増加するため、堆
積速度が増加する。

現在、工業的膜形成プロセスにはマグネトロンスパッタ
リング装置が非常に多く用いられるようになっている。

マグネトロンスパッタリングにおいて、非磁性のターゲ
ットを用いる場合には、磁石の設計はターゲットの磁気
特性まで考虜する必要がないため、設計は容易である。

しかし、ターゲットに強磁性体を用いる場合、ターゲッ
ト自身が磁束の遮蔽効果をもつため、ターゲットの形状
，　ｔｉｎ気特性により、ターゲット表面に漏洩する磁
束密度は著しく変化する。この遮蔽効果は強磁性体の磁
気特性が非線形であるため、解析が著しく困難であり、
強磁性体をターゲットとして用いる場合には、磁石の設
計はこれまでは経験的に行われてきた．そこで、本発明
者らはターゲットの磁気遮蔽効果が変化した場合でも、
所望のターゲット磁束密度が容易に得られるように、タ
ーゲットの裏面部の磁石を垂直方向に移動することが可
能なカソードを特願昭６２−　２７５６３１号において
提案した．さらに、マグネトロンカソードを用いて、連続して強磁
性薄膜を形成する場合、スパッタリングを続けていると
、磁束密度の面内成分が強い部分で、ターゲットの表面
は削られ、その部分のターゲットの厚さが減少する。タ
ーゲット厚さが減少すると漏洩する磁束密度は増大し、
初期設定の磁束密度よりも大きくなる。このため、セル
フバイアス電位が低下し、ターゲット磁束密度はたとえ
高速形成条件に初期設定しても、堆積速度は刻々と減少
する。従って、スパッタリング工程に対し、各時間にお
ける堆積速度を常時測定しなければならない。工業的ラ
インでスパッタ法により薄膜を形成する場合、膜厚を制
御することは、重要な要因となっている。従って、ター
ゲットが消耗するまでの時間、多くの堆積速度データの
蓄積が必要であるため、膨大で、かつ煩雑な手続が要求
される。そこで、本発明者らは、ターゲット裏面部に設
けた永久磁石をターゲット表面に対し垂直方向に移動可
能とし、スパッタリング中のセルフバイアス電位が一定
となるフィードバック系を設ける薄膜形成装置を設計し
、特願昭６３　−　２５７３２４号として提案した。し
かし、この装置は以下に述べる欠点を有していた。

［発明が解決しようとする課題］上記のスパッタリング装置は、磁石の位置を自動的に設
定する装置であるが、スパッタリング時のマッチング制
御はマニュアルで行い、自動化されていない装置である
。通常ＲＦスパッタ装置では、真空槽内部のインピーダ
ンスによって高周波電力が内部で消費される効率が大き
く変わるため、人力端子部分にマッチングボックスを挿
入し、放電状態でこの回路の定数を調節して効率を上げ
るようにしている。すなわち、高周波電源と負荷とのイ
ンピーダンス整合を取るようにしている。上述の装置を
用いても、エロージョンの深さが小さい場合には、マニ
ュアルでマッチングを合わせても、磁石位置の制御のみ
でセルフバイアス電位の制御は可能である。しかしエロ
ージョンの深さがある程度の深さを越えるようになると
、磁石位置がわずかに移動しても、漏洩磁界が大きく変
わるため、マッチング状態が著しく変化する。

この効果のため、磁石位置を移動したことによるセルフ
バイアス電位の変化よりも、マ・ンチングが変化したこ
とによるセルフバイアス電位の変化の方が大きくなり、
上記の装置ではマッチングを維持したままセルフバイア
ス電位の制御が不可能になる。従って、上記の装置では
投入パワーが時間と共に変化するため、長時間にわたり
堆積速度を一定に保つことは困難であった。

本発明は長時間にわたって安定して膜形成が可能な薄膜
形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本発明装置は、ターゲット裏面部に設けた永久磁石をタ
ーゲット表面に対して垂直方向に移動可能としたマグネ
トロンスパッタリング式の薄膜形成装置において、マッ
チング状態を維持したまま、スパッタリング中のセルフ
バイアス電位を常に一定値に保つためのオートマッチン
グ回路を具えたことを特徴とする。

本発明方法は、ターゲット裏面部に設けた永久磁石をタ
ーゲット表面に対して垂直方向に移動可能としてマグネ
トロンスパッタリングを行う薄膜形成方法において、オ
ートマッチング回路により、マッチング状態を維持した
ままスパッタリング中のセルフバイアス電位を常に一定
に保ちながら基板上に薄膜を形成することを特徴とする
。

［作　用］本発明によれば、磁束密度可変ターゲットを用いるマグ
ネトロンスパッタリングにおいて、オートマッチング回
路を設け、磁石位置を変化させた後、直ちにマッチング
を合わせ、この後、セルフバイアス電位を測定し、全体
にフィードバックをかけることにより長時間にわたって
安定して膜形成が可能である。

［実施例コ以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明のスパッタリング装置の実施例の模式図
である。第１図中、１はターゲット、２はパッキングプ
レート、３はチャンバー　４は絶縁体、５は永久磁石、
６はヨーク、７は永久磁石移動用の歯車付ノブ、８は歯
車付ノブ７に連動した絶縁体歯車、９はステップモータ
、１０は０リング、１１は冷却水導入管、ｌ２は冷却水
導出管、ｌ３はオートマッチング回路、１４はＲＦ電源
、１５は基板ホルダー、１５八は基板、１６は高周波電
圧計、ｌ７はインタフェース、ｌ８はコンピュータ、ｌ
９は真空ポンプ、２０はリーク弁、２ｌは磁束を表わす
。第１図に示したカソード構成の場合では、歯車付ノブ
７とステップモータ９を用いて永久磁石５を図中の矢印
の方向、すなわち、ターゲット１の表面と垂直方向に移
動可能である。スパツタ時のセルフバイアス電位は、タ
ーゲット磁束密度を増加させると減少し、逆に磁束密度
を減少させると増加する。

従って、ターゲット１にかかるセルフバイアス電位は永
久磁石５とターゲット１間の距離を変えて、表面の磁束
密度を変化させることにより調節することができる。

本発明による装首は、オートマッチング回路ｌ３を具え
ている。従って、磁石位置を移動した後、直ちにこのオ
ートマッチング回路ｌ３を用いて、マッチングを合わせ
た後、高周波電圧計１６の電位を測定することが可能で
ある。このフィードバック系を用いることにより、常に
マッチングの合った状態で、セルフバイアス電位を一定
に維持することが可能である。従って、本装置を用いた
マグネトロンスパッタリングによれば、磁性体ターゲッ
トの厚さが減少し、磁気遮蔽効果が変化した場合でも、
マッチングを合わせた状態で所望のセルフバイアス電位
を得ることが可能である。

第１図に示した装置を用い、基板上に強磁性体薄膜を形
成した。ターゲットにはＣＯを用いた。第２図はセルフ
バイアス電圧を８５０ｖとし、パワー１８０Ｗ，　Ａｒ
ガス圧２　ｘ　１０−２Ｔｏｒｒでスパッタを行った場
合の堆積速度の時間依存性を示したものである。スバッ
タ開始前のターゲット磁束密度は５０００ｅである。オ
ートマッチング回路を用いた場合は２００時間経過後も
１２００人／ｍｉｎ程度の堆積速度が得られ、堆積速度
の時間変動は少ない。一方、オートマッチング回路のな
い場合には、約１５０時間程度経過後から堆積速度が低
下した。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、マグネトロンス
パッタリングに際し、強磁性体ターゲットのエッチング
により、磁束遮蔽効果が変化した場合でもマッチングを
維持したまま所望のセルフバイアス電位を得ることが容
易である。また、ターゲットを長期使用し、常に一定の
セルフバイアス電位を得ることができるので、長期間に
わたり初期設定通りの膜形成が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一
実施例の模式図、第２図は堆積速度の時間依存性を示す特性図である。１・・・ターゲット、２・・・パッキングプレート、３・・・チャンバー４・・・絶縁体、５・・・永久磁石、６・・・ヨーク、７・・・歯車付ノブ、８・・・絶縁体歯車、９・・・ステップモータ、ｌＯ・・・０リング、１１・・・冷却水導入管、ｌ２・・・冷却水導出管、ｌ３・・・オートマッチング回路、１４・・・ＲＦ電源、１５・・・基板ホルダー１５八・・・基板、１６・・・高周波電圧計、ｌ７・・・インタフェース、１８・・・コンピュータ、ｌ９・・・真空ボンブ、２０・・・リーク弁、２ｌ・・・磁束。

Claims

【特許請求の範囲】１）ターゲット裏面部に設けた永久磁石を該ターゲット
表面に対して垂直方向に移動可能としたマグネトロンス
パッタリング式の薄膜形成装置において、マッチング状
態を維持したまま、スパッタリング中のセルフバイアス
電位を常に一定値に保つためのオートマッチング回路を
具えたことを特徴とする薄膜形成装置。２）ターゲット裏面部に設けた永久磁石を該ターゲット
表面に対して垂直方向に移動可能としてマグネトロンス
パッタリングを行う薄膜形成方法において、オートマッ
チング回路により、マッチング状態を維持したままスパ
ッタリング中のセルフバイアス電位を常に一定に保ちな
がら基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成
方法。