JPH03236469A - 薄膜の製造方法 - 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、薄膜の製造方法に関し、特に、タゲノトの表
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方法に関
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スバ・ツ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
ＤＣ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に
：＊Ｊ１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
においテモ、マク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１Ｏ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に高周波電圧或いは直流電圧を印加す
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・ント１２、電極
１８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。従って、環状の
磁石２０からターゲットの裏側（図面上の上側の面）を
介してターゲ・ントの表側（図面上の下側の而）に漏出
する磁場は環状になっている。このため、プラズマ中の
電子は磁束をよぎるように移動するが、環状磁石２０の
磁束か環状であるため内部に閉じ込められて効率よく放
電が起きる。

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
空計等が設けられている。

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。しかし、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となる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）から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たけ均
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 一１４７８７３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
高々約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
ゲットが磁性体の場合には、ターゲットの表面全体に亘
って縦・横方向にスリフトを入れて漏洩磁束が一箇所に
集中しないようにする方法ち提案されているが、ターゲ
ットの使用効率は３０％程度でありしかも、ターゲ・ノ
ドの製作費が高いという問題があった。

［発明の目的コ 本発明の目的は、従来のマグネトロンモード型スパッタ
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、ＲＦ及びＤＣスバ・ツタの両方においてター
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
ができる薄膜の製造方法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コ本発明は、ター
ゲットの表面に対し、この表面に略々平行方向の磁場と
上述の環状磁場とを同時に印加しく即ち両磁場を重畳さ
せ）、上記の目的を遠戚している。

即ち、本発明は、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方法において；上記ターゲットの
表面に対して、略々平行方向の磁場と環状の磁場とを同
時に印加することを有することを特徴とする薄膜の製造
方法である。

［実施例コ 本発明は、マグネトロンスパッタの磁気回路を検討した
結果、従来の環状磁場と一様水平磁場とを同時にターゲ
ット表面に加えることにより、成膜速度の向上とターゲ
ツト面の均一消耗とを同時に達成できることを見い出し
てなされたものである。

本発明によれば、ＤＣスパッタ及びＲＦスパッタの何れ
に応用しても成膜速度を大きくでき且つターゲットの均
一消耗が達成できる。

本明細書において、環状磁場とは、従来のマグネトロン
スパッタ装置（例えば第２図に示した装置）において環
状の永久磁石（第２図の２０）によりこの磁石の設置側
と逆のターゲツト面上に漏出する環状の磁場を指し、水
平−様磁場とは、ターゲットの表面（基板側と同じ側の
表面（第２図参照））上であってこの表面に対して平行
方向の均一磁場を指す。

本発明を具体的に説明する前に、従来の環状磁場と水平
−様磁場との印加によりＤＣスバ・ツタ及びＲＦスパッ
タの両方において、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。

先ず、ＤＣスパッタの場合に付いて述べる。不活性ガス
（例えばアルゴンガス）に直流の高電圧をかけて放電さ
せたとき、水平−様磁場をターゲット表面近傍に印加し
た状態では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。水平−様磁場のみを印加した場合、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ター
ゲット消耗は一様にはならない。しかし、上記の水平−
様磁場に環状磁場を重畳すれば、プラズマ中の電子が環
状磁場によりターゲット端部に偏るのを阻止できるので
、ターゲツト面内に電子を閉じ込めることができる。こ
の場合の環状磁場は、プラズマ中の電子を閉じ込めるだ
けに使用するため、従来の装置の環状磁場と比較して弱
い磁場で充分である。つまり、マグネトロンスパッタリ
ングは主に水平−様磁場で行なわれるので、ターゲット
の消耗は均一に行なわれる。

一方、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−様磁場のみ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。

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、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。尚、ターゲツト面上の磁場強度
は、ダイポールリング型磁気回路５０とターゲット１２
との位置を相対的に変えればよい。

第１図につ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かある）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
磁界の磁場方向を示している。

グ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。−船釣には、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ては、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が重要となる。磁場強
度が５０Ｇ（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。−船釣には３００
Ｇ程度の磁場が好ましい。即ち、磁場が強いはど成膜速
度が上昇するが、強すぎると放電条件が厳しくなるとい
う問題かある。

環状磁場は従来の磁気回路で発生させれば良い。

ターゲットが強磁性体の場合でも、ターゲットは水平磁
場で飽和させておけばよいので、環状磁場強度は従来に
比べて数分の１以下でよい。

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−”Ｔｏｒｒ。

高周波電力を５００Ｗ（ＲＦスパッタの場合）及び直流
電力を５００Ｗ（ＤＣスパッタの場合）とした。マグネ
トロン用磁気回路はターゲットを囲むように設置したダ
イポールリング型磁気回路と、ターゲットの一方の側（
第２図の場合にはターゲットの上側）に設置したリング
磁石（第２図の２０）と円柱磁石（第２図の２２）であ
る。ターゲツト面上２ｍｍでの水平磁場は平均３００Ｇ
で、この水平磁場に最大で約３０Ｇの環状磁場が重畳さ
れた。磁気回路に使用した永久磁石は、耐食性コーティ
ングをしたＮｄ系希土類である。スパッタはＲＦスパッ
タ、ＤＣスパッタ、従来のスパッタの夫々を同一条件で
５０時間連続して行ない、成膜速度及びターゲット消耗
状態を観察した。従来型磁気回路（第２図参照）では、
Ｎ極とＳ極の中間において水平磁場が一番強くなるが、
ターゲツト面上２ｍｍでの最大磁場強度は３２０Ｇであ
った。結果を以下に示す。

（ａ）ＲＦスパッタ 成膜速度（毎分）：１０００Ａ ターゲット表面状態：略々均一に消耗しているが、環状
磁場に対応する部分が少しへこむ。

（ｂ）ＤＣスパッタ 成膜速度（毎分）：１２００Ａ ターゲット表面状態：略々均一に消耗しているが、環状
磁場に対応する部分が少しへこむ。

（Ｃ）従来の磁気回路でのスパッタ 成膜速度（毎分）：６００Ａ ターゲット表面状態二円環状に消耗による溝が生じ、下
地がでる寸前。

上記の実験結果から判明するように、本発明に係る方法
によれば、従来の磁気回路でのスパッタに比べ、成膜速
度及びターゲット利用効率は格段に改善されている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ＲＦ及びＤＣス
パッタにおいてターゲット表面を−様に消耗させること
が出来るので、ターゲットの使用交り・ｒを従来例に比
べて飛躍的に上げることかできる。特に、ターゲットか
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
、ＲＦ及びＤＣスパッタの両方において、ターゲットの
使用効率と共にスパッタ装置の稼動効率（成膜速度）を
上げることが可能である。

更に、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、スパッタ装置の稼動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、１２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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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
   を形成する方法において、 上記ターゲットの表面に対して、略々平行方向の磁場と
   環状の磁場とを同時に印加する ことを有することを特徴とする薄膜の製造方法。
2. （２）上記平行方向の磁場を印加はダイポールリング型
   磁気回路により行なう特許請求の範囲第１項記載の方法
   。