JPH03236468A - スパッタ装置 - 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、スパッタ装置に関し、特に、高周波電圧を印
加したターゲットの表面からマグネトロンスパッタリン
グにより試料原子を真空中に放出させて基板の表面に薄
膜を形成する装置に関する。

［従来の技術］ 周知の如く、スパッタ装置は電子・電気分野において薄
膜製造に広く使用されている。スパッタリングは大きく
分けて次の２種類、即ち、ターゲットに直流電圧を印加
して行なうＤＣスパッタとターゲットに高周波電圧を印
加して行なうＲＦスパッタに分類される。更に、このＤ
Ｃ及びＲＦスパッタは、夫々コンベンショナルモードと
マグネトロンモードに分類される。つまり、合計４種類
のスパッタリングが知られている。

これらの４種類のスパッタリングの内、マグネトロンモ
ードは、ターゲットに磁場を印加し、不活性ガスに高電
圧を加えて発生させたプラズマを磁場内に閉じ込めるこ
とにより、スパッタ効率を上げて成膜速度を速くすると
共に薄膜が形成される基板の温度上昇を抑えることが出
来る。このため、量産ではＤＣ及びＲＦスパッタの何れ
においても、マグネトロンモードを採用するのが普通で
ある。

第２図を参照して、従来のスパッタ装置の一例を簡単に
説明する。第２図に示すスパッタ装置１０は２極スパツ
タ装置であり、２枚の平板の一方をスパッタされるター
ゲット（陰極）１２とし、他方の平板を膜形成用の基板
１４を保持する基板ホルダー１６とする。参照番号１８
はターゲット１２に高周波電圧を印加するための電極で
ある。

第２図からは明らかでないが、ターゲット１２、電極１
８及び基板ホルダー１６は夫々円板状である。ターゲッ
ト１２に隣接する磁石２０は環状であり、他の円柱状磁
石２２を囲むように配置されている。破線２４は図示の
装置を内部に収容する容器を示し、この容器２４の外部
には、容器内部を真空にする装置、ターゲット電極、ア
ルゴンガス等の不活性ガス供給源、真空計等か設けられ
ている。尚、２６は不活性ガスイオン、２８はプラズマ
、３０はスパッタ原子、３２はシャッタを示す。

マグネトロンモードを利用したスパッタ装置は、第２図
の装置以外にも種々提案されている。しがし、この種の
従来の装置には次のような欠点がある。

即ち、従来のマグネトロンモードのスパッタ装置では、
ターゲツト面上の磁場分布が一様でないためターゲツト
面上のプラズマ強度が均一にならない。つまり、ターゲ
ットの表面の消耗が不均一なためにターゲットの使用効
率が極めて悪く、例えば使用効率は約１０％から約３０
％（体積比）であった。更に、ターゲットが強磁性体の
場合には特に磁束漏洩が発生しにくく、ターゲットが消
耗し始めると消耗箇所に益々磁束が集中して局部的にタ
ーゲットの厚みが減少し、消耗箇所が漏斗状となり使用
効率が極端に低下するという問題があった。この様子を
第３図及び第４図に示す。

第３図は第２図のターゲット１２の簡単な斜視図であり
、ターゲット１２が環状に不均一に侵食されたＶ字形溝
４０を示している。この溝４０は環状の永久磁石２０（
第２図）の外側に漏れた磁束に起因する。このターゲッ
ト表面の不均一消耗のため上述のようにターゲットの使
用効率が極端に制限される。尚、第４図は第３図のター
ゲット１２の中心を通る断面を示す図である。

このような欠点を除去するため、従来、ターゲット近傍
に配置した磁石を移動させてターゲットを出来るだけ均
一に消耗させようとする装置が提案されている（例えば
、特開昭６１−６９９６４号、特開昭６１−１４７８７
３号、特開昭６２−７８５４号）。しかし、これらの方
法によってもターゲット使用効率は高々的４０％（体積
比）であり、磁気回路を移動させるので装置の複雑化と
信頼性に問題があった。更に、ターゲットか磁性体の場
合には、ターゲットの表面全体に亘って縦・横方向にス
リットを入れて漏洩磁束か一箇所に集中しないようにす
る方法も提案されているが、ターゲット使用効率は３０
％程度であり、しかもターゲットの製作費が高いという
問題があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、従来のマグネトロンモート型スパッタ
装置の欠点であるターゲット表面の不均一消耗（侵食）
を解決し、ターゲットの使用効率を上げると共に成膜速
度を上げることができる装置を提供することである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、ター
ゲットの表面に対して略々平行方向の磁場を発生させ、
この均一性の良好な平行磁場をターゲットの表面近傍に
形成することによって上記の目的を達成している。

即ち、本発明は、高周波電圧を印加したターゲット表面
からマグネトロンスパッタリングにより試料原子を真空
中に放出させて基板の表面に薄膜を形成する装置におい
て：上記ターゲットの表面に対して略々平行方向の磁場
を上記ターゲットの表面近傍に印加する磁場発生手段手
段を有することを特徴とするスパッタ装置である。

［実施例］ 本発明を具体的に説明する前に、ＲＦスバッタリングと
水平−様磁場の印加によって、何故ターゲットの表面消
耗が均一化され成膜速度が上昇するかについて説明する
。尚、本明細書において水平−様磁場とは、ターゲット
の表面に対して平行方向の均一磁場を指す。

水平−様磁場をターゲット表面近傍に印加したとき、直
流或いは高周波電圧により放電した不活性ガスの電子が
磁束をよぎるように移動する。ＤＣスパッタではプラズ
マ中の電子は一方向に移動するためプラズマ発生はター
ゲットの端部に偏ってしまい、水平−様磁場を印加して
もターゲット消耗は一様にはならない。しかし、ＲＦス
パッタでは高周波電圧によりプラズマが発生するため、
水平−様磁場によりターゲツト面上に均一なプラズマが
発生する。つまり、ターゲット表面は一様に消耗するこ
とになる。更に、本発明に係る水平−様磁場は、ターゲ
ット１２の裏側（ターゲット１２の上側（図面上））か
ら磁場を印加している従来の方法（第２図参照）１ト比
較し、ターゲット１２の表面に水平−様磁場を印加でき
るので、成膜速度はＤＣマグネトロンスパッタと同等以
上になる。

次に、第１図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、ダイポールリング型磁気回路５０及びターゲ
ット１２（第２図と同じ）を示し、他の部分は例えば第
２図に示した従来例と同様なので図示を省略しである。

即ち、第２図の装置において、中心部の永久磁石２２及
び環状永久磁石２０を取り除き、ターゲット１２の周囲
を囲むようにしてダイポールリング型磁気回路５０（第
１図）を配置すればよい。

第１図に次いて更に詳しく説明する。ダイポールリング
型磁気回路（以下単に磁気回路という場合がある）５０
は、８個の異方性永久磁石（異方性セグメント永久磁石
）５２ａ乃至５２ｈを環状に配置し、架台５４と複数の
セグメント磁石調節具５６により支持されている。この
調節具５６により対応するセグメント磁石を磁気回路１
０の径方向に移動させて磁場調節を行なう。尚、図面を
見易くするため、調節具５６の番号は全部には付けてい
ない。セグメント永久磁石５２ａ乃至５２ｈ内の矢印は
夫々磁石の磁化方向を示している。

セグメント磁石の磁化方向は、セグメント毎に異なって
おり、リングを一周する間に磁化方向は２回転する。白
抜きの矢印５８は磁気回路５０の内部に形成された均一
磁界の磁化方向を示している。

ダイポール型磁気回路の利点は、リングの中心軸方向の
長さを延ばしたり、或いは、複数のリングを用いるなど
により、均一磁場発生空間の調節を容易にすることであ
る。セグメント永久磁石の数は、４個以上の偶数個であ
れば良い。一般的には、セグメント永久磁石数が多い程
磁場均−性が良好になるが、実用的には８個から１６個
の間で製作される。

上述したように、マグネトロンスパッターでは、プラズ
マ中の電子がターゲツト面上に生じた磁束に拘束される
ので、ターゲツト面上の磁束強度と磁場均一性が重要と
なる。水平−様磁場の一様性は良好であればある程良い
が、実用的には５％以下であれば良い。磁場強度が５０
Ｇ（ガウス）以下では成膜速度が遅くなるので、５０Ｇ
を超える磁場が必要である。一般的には３００Ｇ程度の
磁場が好ましい。即ち、磁場が強いほど成膜速度が上昇
するが、強すぎると放電条件が厳しくなるという問題が
ある。

以下に、本発明の応用例を述べる。

ターゲットは純鉄で直径は１００ｍｍ、厚さが３ｍｍ、
基板は２６Ｘ６０ｍｍのガラス基板を使用した。スパッ
タ条件としては、ターゲットと基板間距離を１００ｍｍ
、アルゴンガス流量を毎分５０ｃｃ、アルゴンガス圧を
５Ｘ１０−”Ｔｏ　ｒ　ｒ。

高周波電力を５００Ｗとした。ターゲットは、第１図に
示すように、磁気回路の中心に位置するようにし、ター
ゲツト面上２ｍｍでの水平磁場は平均３００Ｇであった
。面内の磁場強度のばらつきは５％以下に納まっていた
。磁気回路のセグメント永久磁石はＳｍ系希土類磁石で
あった。結果は、成膜速度が毎分９００Ａでターゲット
の表面の消耗は略々均一であった。比較のため、従来の
装置で且つ上記のターゲット寸法、スパッタ条件等を同
一にして行なった実験では、成膜速度が毎分６００Ａで
ターゲットの表面は第３図及び第４図に示したように不
均一に消耗していた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ターゲット表面
を−様に消耗させることが出来るので、ターゲットの使
用効率を従来例に比べて飛躍的に上げることができる。

特に、ターゲットが強磁性体の場合であっても、ターゲ
ツト面上に常に−様な磁場が形成されるので上述の効果
を得ることができる。更に、本発明は、成膜速度を上げ
ることが出来るので、ターゲットの使用効率と共にスパ
ッタ装置の稼動効率を上げることが可能である。

本発明によれば、ターゲツト面上に略々−様な磁場が発
生できるので、厚膜ターゲットも使用可能である。従来
の装置では、ターゲットの一方の側から他方の側に磁束
を漏出させていたので、非常に大型（肉厚）の磁石が必
要とされ、ターゲットの厚さも制限されていた。しかし
、本発明によれば厚いターゲットも使用可能なので、ス
パッタ装置の稼働効率及びターゲット使用効率の両面か
ら極めて効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図乃至
第４図は夫々従来例を説明するため図である。 図中、工２はターゲット、５０はグイポール型磁気回路
、５２ａ乃至５２ｈはセグメント永久磁石を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波電圧を印加したターゲット表面からマグネ
   トロンスパッタリングにより試料原子を真空中に放出さ
   せて基板の表面に薄膜を形成する装置において、 上記ターゲットの表面に対して略々平行方向の磁場を上
   記ターゲットの表面近傍に印加する磁場発生手段 を有することを特徴とするスパッタ装置。
2. （２）上記磁場発生手段はダイポールリング型磁気回路
   を有する特許請求の範囲第１項記載のスパッタ装置。
3. （３）上記ターゲットの表面上の空間５ｍｍに於ける上
   記平行方向の磁場の強さは５０ガウス以上である特許請
   求の範囲第１項又は第２項の何れかに記載のスパッタ装
   置。