JPH03170668A

JPH03170668A - 平板マグネトロンスパッタリング装置

Info

Publication number: JPH03170668A
Application number: JP30642789A
Authority: JP
Inventors: Keiji Ishibashi; 啓次石橋
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1991-07-24
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH0692632B2

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］この発門は、ターゲット待面の磁石の形状を改良した平
板マグネトロンスパッタリング装置ニ関する。

［従来の技術コ最近の薄膜形成技術においては、２挿類以−１の元素か
らなる複雑な系の化合物のスパッタリングを行なって、
その薄膜を得たい場合が多い。その二、三の例を上げる
と、例えば酸化物超電導体におけるＹ＋　Ｂａ２　Ｃｕ
３０７−ＸのようないわゆるＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の化
合物がある。酸化物超電導体の分野では、この他にもＬ
ａ−Ｂａ−ＣｕＯ系、Ｂ　ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系
、ＴＩＣａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系などの多数の系が知られ
、いずれも複雑な系の化合物であることがよく知られて
いる。このような複雑な系の化合物は酸化物超電導体の
分野だけに限らず、例えば磁性体の分野においてもそう
で、この分野においてよく用いられるセンダス］・もそ
の代表的な例である。また透叩導電膜であるＩｎ２　０
３　＋ＳｎＯ２　（ＩＴＯ）Ｉｎ２０３、ＺｎＯなども
その例である。

これらの化合物の薄膜作製には、一般に量産性に優れて
いて大面積化が容易な平板マグネトロンスパッタリング
装置が用いられる。

第１０図に従来の平板マグネトロンスパッタリング装置
の概略の正面断面図を示す。

真空容器１は排気系２で排気される。ガス導入系５は、
流量調節弁７とガスボンベ６からなる。

この従来例では１系統のガス導入系を使川しているが、
必要に応じて多系統のガス導入系を用いた装置もある。

ターゲット電極１０は、ターゲット１２と、これを保持
するターゲットホルダー１１で構成される。ターゲット
ホルダー１１の内部には磁石が収容されている。この磁
石は、内側の環状磁石１０１と外側の環状磁石１０２と
からなり、両者はヨーク４０１に固定されている。ター
ゲット１２と磁石１０１、１０２はターゲットホルダー
１１内を流れる冷媒１３により冷却される。電力を供給
する手段１４は、高周波電源１５とインピーダンス整合
器１６で構成され、この電力をターゲット電極１０に供
給することによって真空容器１内にプラズマを発生させ
る。８はターゲットンールド、９は絶縁材である。

プラズマ中の正イオンはターゲット１２の表面を衝撃し
てターゲットの原子をスパッタリングし、スパッタリン
グされたターゲット原子は、ターゲッ１・１２に対向設
置された基板ホルダー３（通常は接地電位またはフロー
ティング電位である。装置によっては任意の電圧を印加
できるものもある。

）に取り付けられた基板４の表面上に膜となって推積す
る。このときプラズマは、ターゲッ１・背面の磁石１０
１、１０２によってターゲット１２の表面近傍のマグネ
トロン領域２１に収束される。

このように平板マグネトロンスパッタリング装置では、
高密度のプラズマを収束させることによってスパッタ効
率を向上させ、成膜速度の高速化を行っている。

第１１図は第１０図に示した従来の装置における磁石の
構成例を示す正面断面図である。この磁石は、円形のタ
ーゲットの裏面に配置されるもので、内側の円環状磁石
１０３とその外側の円環状磁石１０４とで構成され、両
者はヨーク４０２に固定されている。この磁石の発生す
る磁力線２０１は第１１図に示すようになり、この磁力
線がターゲット表面に平行となっている点を結んだ軌跡
３０１は円筒面となる。この円筒面状の軌跡３０１の中
心軸はターゲット表面に垂直となる。

プラズマの密度は電界と磁界が直交する領域で最も濃く
なるので、プラズマはこの円筒面状の軌跡３０１を中心
にして収束する。

［発明が解決しようとする課題］スパッタリングによる薄膜作製において、タゲット材質
によっては質量の大きい負イオンを発生しやすい。例え
ば前記した酸化物超電導体やＩＴＯ等の物質をターゲッ
トにしてこれをスパッタリングすると酸素の負イオンを
発生しやすい。

この負イオンは、電極間の電界によってターゲットから
基板に向かって加速され、基板上に堆積する膜を衝撃し
、薄膜の組成を変化させたり、薄膜の結晶を破壊したり
、甚だしい場合には基板表面の全面ないしは一部分に薄
膜を付着させないといった各秤のダメージを与える。

前記したように従来の平板マグネトロンスパッタリング
装置では、ターゲット′ｉｌＹ面に配置した磁石によっ
てプラズマをマグネトロン領域に収束させ、この部分の
ターゲッｌ・だけをスパッタリングするようにしており
、このため１′Ｉイオンの発生もこの部分からとなる。

したがって−１二記したようなダメージを受ける膜部分
はこのマグネトロン領域に対向する基板−Ｊｌとなり、
ターゲッ］・中心に対向する部分の薄膜は比較的ダメー
ジを受けないことになる。しかしながら、このダメージ
を受けない部分は極めて狭く、この部分を広く得ようと
する場合、マグネトロン領域の内径を大きくしなければ
ならない。従来の平板マグネトロンスパッタリング装置
では、マグネトロン領域の内径を大きくしようとすると
磁石の径を大きくしなければならず、したがって第１０
図に示すターゲット電極１０も大きくなり、装置そのも
のが大型化してしまうといった問題点があった。

この発明の目的は、ターゲット背而の磁石を大きくする
ことなく、マグネトロン領域の径を大きくして、負イオ
ン衝撃によるダメージを受けない基板部分を広く得るこ
とのできる、平板マグネ１・ロンスパッタリング装置を
提供することである。

［課題を解決するための千段コ」二記の目的を達成するために、この発明に係る平板マ
グネトロンスパソタリング装置では、夕一ゲット音面の
磁石を次のように構成している。すなわち、磁石の発生
する磁力線がターゲット表面に１ε行になる点を結んだ
軌跡が、磁石からターゲットに向かう方向にテーパ状に
広がっていくようにしている。

このような磁石としては、例えば、ターゲット表面に垂
直な方向に磁化された内側磁石と、この内側磁石の周囲
に配置されて内側磁石とは磁化方向が逆向きの環状の外
側磁石とで構成して、外側磁石からターゲット表面まで
の距離を内側磁石からターゲット表面までの距離より大
きくする。

別の磁石の例としては、ターゲット表面に垂直な方向に
磁化された内側磁石と、この内側磁石の周囲に配置され
て内側磁石とは磁化方向が逆向きの環状の外側磁石とで
構成して、外側磁石のターゲット側の表面をその外周が
内周よりもターゲットから離れるように傾斜させて、か
つ、外側磁石の前記内周が内側磁石よりもターゲットに
近付かないようにする。

さらに別の磁石の例としては、ターゲット表面に丞直な
方向に磁化された内側磁石と、この内側磁石の周囲に配
置されてターゲット表面に平行にかつ径方向に磁化され
た環状の外側磁石とで構成して、外側磁石の外周の磁極
が内側磁石のターゲット側の磁極と反対になるようにす
る。

［作用］磁石の発生する磁力線がターゲット表面に平行になる点
を結んだ軌跡（以下、平行点軌跡という。

）が、磁石からターゲットに向かう方向にテーバ状に広
がっていくようにすると、ターゲッ１・と磁石との距離
を適当に調節することによってマグネトロン領域の内径
を変化させることができる。すなわち、ターゲットを磁
石から離せば離すほど、平行点軌跡とターゲット表面と
の交差位置がターゲット周縁方向に移動し、その結果マ
グネ）・ロン領域の内径が大きくなる。

第１１図のような従来の磁石構成では、磁石から離れた
位置でも、平行点軌跡の径は変化しない。

しかし、この発明の磁石構成にすれば、平行点軌跡の径
は、磁石から離れるに従って大きくなり、従来の装置に
おける磁石と同じ外形の磁石を使用しても、磁石から多
少離れたターゲット表面では従来よりもマグネトロン領
域の内径を大きくすることができる。したがって、磁石
そのものの径を大きくすることなく、１１イオン衝撃に
よるダメジを受けない基板部分を広く得ることが可能と
なる。また、磁石そのものを大きくしなくてもよいため
、装はを大型化する必要もなくなる。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説叩する
。

装代金体の構成については、第１０図に示す従来の装置
の横戊と同様なので、図示および説明を省略する。

第１図から第９図までは、この発明のＳｌ’板マグネト
ロンスパッタリング装１ｄのターゲッ１・青面に設置す
る磁石の各挿の実施例を示す正面断面図である。いずれ
も円形ターケッ１・の待而に配ｒＣするものである。図
中、１０５〜１２２は内側磁石と外側磁石、４０３〜４
〕］は内側磁石と外側磁石をつなぐヨーク、４２１〜４
２３は円環状の内側磁石に取り付けられるヨーク、２０
２〜２０７は磁力線、３０２〜３０７は平行点軌跡であ
る。

第１図の磁石は、ターゲット表面に乗笛な方口に磁化さ
れた円社状の内側磁石１０５と、その周四に配１ｄされ
て磁化方向が逆向きの円環状の外側磁石１０６とからな
る。両者はヨーク４０３に固定されている。外側磁石１
０６のヨーク４０３からの高さは内側磁石１０５より低
くなっている。

したがって、ターゲット表面１２ａから内側磁石１０５
のＳ極までの距離と、ターゲット表面１．　２　ａから
外側磁石１０６のＮ極までの距離とを比較すると、後者
のほうが前者より大きくなっている。この磁石の発生す
る磁力線２０２は図示のようになり、平行点軸跡３０２
は磁石からターゲット１２に向かう方向にテーパ状に広
がっていくことになる。この例では磁石が円形なので、
平行点軌跡３０２は、概略、上に開いた円錐面となる。

夕−ゲッ！・１２を図の上方に動かしてターゲッ１・表
面１２ａを磁石から離せば離すほど、平行点軌跡３０２
とターゲット表面１２ａとの交差する僚置はターゲット
周縁部に近付くことになる。したがって、ターゲッ１・
１２と磁石との距離を調節することによってマグネトロ
ン領域の内径を調節することができる。

従来の磁石を利用した平板マグネ１・ロンスパッタリン
グ装置では、例えば直径１００ｍｍのタゲットに対して
エロージョン中心の直径が約５０ｍｍであったのに対し
て、第１図の磁石を利用すると、外形直径が従来と同じ
磁石を使っても、エロージョン中心の直径を５０ｍｍか
ら１００ｍｍ近くまで任意の値に拡大することが可能と
なる。

したがって、磁石そのものの外形を大きくすることなく
負イオン衝撃によるダメージを受けない基板部分を広く
得ることが可能となる。

第２図の磁石は、第１図の円０三状の内側磁石１０５の
代わりに円環状の内側磁石１０７を用いた例である。内
側磁右を円環状にしたものは比較的大きなターゲッ１・
に対して用いられる。

第３図の磁石は、第２図の円環状の内側磁石１０７（第
３図では１０９）の上にヨーク４２１を取り付けた例で
ある。第３図では磁力線とその平行点軌跡を図示してい
ないが、これらは第１図および第２図と同様である。

第４図の磁石は、第１図の低い外側磁石１０６の代わり
に、上面が傾斜した外側磁石１１２を用いている。この
円環状の外側磁石１１２は、内側磁石１１１とは磁化方
向が逆同きになっていて、夕−ゲット側の表面１１２ａ
はその外周１１２ｂが内周１１２Ｃよりもターゲットか
ら離れるような傾斜面となっている。内周１１２Ｃのヨ
ーク４０６からの高さは内側磁石１１１と同じになって
いる。内周１１２Ｃの高さは内側磁石１１１より低くて
もよく、要は内側磁石１１１より高くなければよい。こ
のような磁石構成によってち第１図と同様の平行点軌跡
３０４が得られる。

第５図の磁石は、第４図の円社状の内側磁石１１１の代
わりに円環状の内側磁石１１３を用いた例である。

第６図の磁石は、第５図の円環状の内側磁石１１３（第
６図では１１５）の上にヨーク４２２を取り付けた例で
ある。第３図における磁力線とその平行点軌跡は第４図
および第５図と同様である。

第７図の磁石は、ターゲット表面に垂直な方向に磁化さ
れた円社状の内側磁石１１７と、この内側磁石の周囲に
配置されてターゲット表面に平行にかつ半径方向に磁化
された円環状の外側磁石１１８とで構成されている。外
側磁石１１８の外周の磁極はＮ極であって、これは内側
磁石１１７のターゲット側の磁極すなわちＳ極と反対に
なっている。このような磁石構成によっても第１図と同
様の平行点軌跡３０６が得られる。どちらかと言えば、
このタイプの磁右の平行点軌跡３０６の方が第１図の平
行点軸跡３０２よりもテーパ状の広がり程度が激しくな
る。

第７図において外側磁石１１８のヨーク４０９からの高
さは、内側磁石１１７よりも低くしてあるが、内側磁石
１１７と同じ高さにしてもよい。

ヨーク４０９は両磁石の固定のためと、磁石裏面（図の
下面）に磁場が漏れないようにするためのものであるが
、ヨーク４０９がなくても図示のような磁力線２０６は
得られるので、内側磁石１１７と外側磁石１１８の固定
に支障がなければヨーク４０９は無くてもよい。

第８図の磁石は、第７図の円社状の内側磁石１１７の代
わりに円環状の内側磁石１１９を用いた例である。

第９図の磁石は、第８図の円環状の内側磁石１１９（第
９図では１２１）の上にヨーク４２３を取り付けた例で
ある。第９図における磁力線とその平行点軌跡は第７図
および第８図と同様である。

なお、第１図から第９図において、Ｎ極とＳ｛儀を全く
逆にしてもよく、この場合は磁力線の向きが逆になるだ
けで、得られる効果については同じである。

上述の実施飼では円形ターゲッｌ・のための磁石構成を
説叩してきたが、その他の形のターゲットに対してもこ
の発明は適用できる。例えば、長方形のターゲットであ
れば、角柱状の内側磁石と、外形が四角い環状の外側磁
石とを用いればよい。

［発明の効果］この発明は、ターゲッ１・背面の磁石の発生ずる磁力線
がターゲット表面に平行になる点を結んだ軌跡が、磁石
からターゲットに向かう方向にテーバ状に広がっていく
ように磁石を構成したので、磁石自身を大きくすること
なくマグネトロン領域の内径を大きくできる効果がある
。これにより、負イオンの衝撃によるダメージを受けな
い基板部分を広く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第９図までは、この発明の装置に使用する磁
石の各種の例を示す正面断面図、第１０図は、従来の平
板マグネトロンスパッタリング装置の概略正面断面図、第１１図は、従来装置における磁石の正面断面図である
。Ｊ２・・・ターゲット１０５・・・内側磁石１０６・・・外側磁石２０２・・・磁力線３０２・・・平行点軌跡

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ターゲット背面に磁石を配置してターゲット表面
近傍に高密度プラズマを発生させてターゲットをスパッ
タリングし、そのターゲットに対向設置された基板上に
成膜を行う平板マグネトロンスパッタリング装置におい
て、前記磁石の発生する磁力線がターゲット表面に平行にな
る点を結んだ軌跡が、磁石からターゲットに向かう方向
にテーパ状に広がっていくように磁石を構成したことを
特徴とする平板マグネトロンスパッタリング装置。
（２）前記磁石は、ターゲット表面に垂直な方向に磁化
された内側磁石と、この内側磁石の周囲に配置されて内
側磁石とは磁化方向が逆向きの環状の外側磁石とで構成
され、外側磁石からターゲット表面までの距離は内側磁
石からターゲット表面までの距離より大きくなっている
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
（３）前記磁石は、ターゲット表面に垂直な方向に磁化
された内側磁石と、この内側磁石の周囲に配置されて内
側磁石とは磁化方向が逆向きの環状の外側磁石とで構成
され、外側磁石のターゲット側の表面はその外周が内周
よりもターゲットから離れるように傾斜していて、外側
磁石の前記内周は内側磁石よりもターゲットに近付かな
いことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置
。
（４）前記磁石は、ターゲット表面に垂直な方向に磁化
された内側磁石と、この内側磁石の周囲に配置されてタ
ーゲット表面に平行にかつ径方向に磁化された環状の外
側磁石とで構成され、外側磁石の外周の磁極が内側磁石
のターゲット側の磁極と反対になっ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。