JPH0361367A

JPH0361367A - マグネトロン方式のスパッタリング装置

Info

Publication number: JPH0361367A
Application number: JP19620889A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shimozato; 義博下里
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1991-03-18

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、マグネトロン方式のスパッタリング装置に
関し、特にスパッタ蒸発源であるカソード電極部に関す
る。

〔従来の技術〕

基板上に薄膜を生成する技術として、従来よりマグネト
ロンスパッタ法が用いられている。一般に、マグネトロ
ンスパッタ法では、電界と直交する磁界を形成して高密
度プラズマを発生させることにより、ターゲットからス
パッタされたスパッタリング粒子（ターゲット原子）が
基板上に付着して薄膜が形成される。

このようなマグネトロンスパッタ法では、ターゲットの
エロージッン（浸食）領域が偏在している。このため、
ターゲットの有効利用率が低下し、基板上の膜厚分布を
均一にできない場合がある。

そこで、このような不具合を解消するために、特公昭６
１−２８０２９号公報や実開昭６４−１３１２３号公報
に示される装置が既に提案されている。

これらの装置を第６図に簡単に示す。第６図において、
基板１とターゲット２とは所定の間隔を介して対向して
配置されている。基板１の背面には基板電極３が設けら
れている。またターゲット２の下方でヨーク４の上面に
は、永久磁石７が設けられている。永久磁石７は、多数
配列されており、これによりトンネル状漏洩磁場をター
ゲット表面上に形成し、ターゲット２の平面図である第
７図で示すように多重ループ８，９．１０を形成してい
る。このようにして、ターゲット２上のエロージョン領
域をターゲット全面に行き渡せるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のような従来の多重ループを形成する装置では、タ
ーゲット面上に形成される電子軌道は、各々独立して閉
ループを描いている。このため、各ループと基板との間
に放電インピーダンスの差が生じやすい。その結果、各
ループの中で最も放電インピーダンスの低いループに放
電電力が集中し、この部分にスパッタリングが集中する
とともに、他のループ上でのスパッタリングは極度に低
下し、第８図に示すように、エロージョン領域Ｅ１、Ｅ
２．Ｅ３も均一にならない。したがって、前記のような
従来装置においても、ターゲットの有効利用率の向上に
は限界があり、また膜厚分布も、第９図に示すように、
十分に均一化が図れないという問題がある。なお、第９
図において、Ｐｏは目的とする膜厚分布であり、Ｐｉ、
Ｐ２はそれぞれ実際に得られる膜厚分布である。この第
９図においては、基板中央位置を１．　０とすることに
よって、各部を膜厚比で示している。

この発明の目的は、ターゲットの有効利用率を向上する
ことができ、基板上の膜厚分布を均一にできるマグネト
ロン方式のスパッタリング装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るマグネトロン方式のスパッタリング装置
は、基板と対向して配置された複数個のターゲットと、
放電用電力を供給するとともに、この供給電力を制御す
る電力制御装置と、磁界発生装置とを備えたものである
。

前記ターゲットは、それぞれ電気的に絶縁されており、
前記電力制御装置は、前記基板と各ターゲットとの間に
それぞれ独立して放電用電力を供給でき、また供給電力
を制御できるようになっている。また、磁界発生装置は
、前記電力制御装置によって形成される電界と直交する
磁界を、前記各ターゲット上に形成するためのものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、従来のマグネトロンスパッタ法と
同様に、各ターゲット上に磁界を形成するとともに、基
板とターゲットとの間に放電電力を供給して、両者の間
にグロー放電を発生させスパッタリングを行う。

このとき、前記各ターゲットと基板との間に供給される
放電用電力を、ｒｌｉ、脱抜の基板上の膜厚分布状態に
よってそれぞれ独立して設定する。あるいは、成膜中に
膜厚をモニタし、このモニター結果に応じてそれぞれ独
立して設定する。例えば、膜厚が薄い領域のターゲット
に対応する電力制御装置においては、当該ターゲットに
放電電力が多めに供給されるように調整が行われる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例によるスパッタリング装置の
カソード電極部を示すものである。また第２図はその平
面図を示している。第１図において、カソード電極部１
１は、ボルト１４により電極支持部材１２に装着されて
いる。電極支持部材１２はアース接続されている。また
、カソード電極部１１と電極支持部材１２との間には、
絶縁部材１３が設けられており、両者は電気的に絶縁さ
れている。

前記カソード電極部１１は、ベースブロック１５を有し
ている。ベースブロック１５は導電性金属により形成さ
れており、平面矩形状で、周囲に壁部１５ａを有する箱
状となっている。前記ベースブロック１５の内部には、
磁界発生装置が収納され、またベースブロック１５の上
部にはターゲットが配置されている。

ターゲットは、矩形状の内側ターゲット１６と、この内
側ターゲット１６の周囲に配置された環状の外側ターゲ
ット１７とからなっている。内側ターゲット１６の下面
には、内側ターゲット用のバッキングプレート１８が固
定されている。また同様に、外側ターゲット１７の下面
には、外側ターゲット用のバッキングプレート１９が固
定されている。そして、内側ターゲット用のパッキング
ブレー）１８と、外側ターゲット用のバッキングプレー
ト１９との間には、両者を電気的に絶縁するための絶縁
体２０が設けられている。また、外側ターゲット用バッ
キングプレート１９は、ベースブロク９１５周囲の壁部
１５ａ上に設けられており、外側ターゲット用バッキン
グプレート１９とベースブロック１５とは電気的に接続
されている。

さらに、内側ターゲット１８と外側ターゲット１９との
間には、アースシールド用部材２ｔが環状に配置されて
いる。また同様に、外側ターゲット１７の外周部にも、
外側ターゲット用バッキングプレート１９の露出部を覆
うようにアースシールド用部材２２が設けられている。

これらの各アースシールド用部材２１．２２は、ターゲ
ット以外の部分がスパッタリングされて基板上に不純物
が付着するのを防止するためのものである。

内側ターゲット用バッキングプレート１８の下方で、ベ
ースブロック１５の上部には、内側ターゲット１８上に
、電界と直交する磁界を形成する磁界発生装置としての
永久磁石２３．２４が配置されている。なお、磁石２４
はＮ極が上側方向になるように、逆に磁石２３はＳ極が
上側方向になるよう配置され、両磁石２３．２４により
、内側ターゲラ）１Ｂ上にトンネル状の漏洩磁界が形成
され得るようになっている。前記磁石２３と２４とは、
その下部に設けられたヨーク２５によって磁気的に結合
されている。そして、このヨーク２５とベースブロック
１５とは、絶縁部材２６により電気的に絶縁されている
。

同様に、外側ターゲット用バッキングプレート１９の下
方には、磁界発生装置としての永久磁石２７．２８が配
置されている。そして、磁石２７はＮ極が上側方向にな
るように、また磁石２８はＳ極が上側方向になるように
配置されており、前記同様に外側ターゲット１７上にト
ンネル状漏洩磁界が形成され得るようになっている。磁
石２７゜２８の下部にはヨーク２９が設けられており、
このヨーク２９により両磁石２７．２８が磁気的に結合
されている。

前記内側ターゲット１６には、内側ターゲット用バッキ
ングプレート１８を介して電力制御装置３０から放電用
電力が供給されるようになっている。もちろん、この電
力制御装置３０と内側ターゲット用バッキングプレート
１８とを結ぶ配線は、ベースブロック１５と絶縁されて
いる。また、外側ターゲット１７には、ベースブロック
１５及び外側タレット用バッキングプレー）１９を介し
て、電力制御装置３１から放電用電力が供給されるよう
になっている。前記電力制御装置３０．３１の具体的な
回路図を第３図に示す。この図に示すように、電力制御
装置３０．３１は、ＤＣ電源３２と、このＤＣｔＣ電源
３２ターゲット１６．１７との間に設けられた可変抵抗
３３．３４によって構成されている。

なお、前記ベースブロック１５の底面には、冷却水人口
３５と冷却水出口３６とが形成されており、内部に冷却
水を通すことにより、ターゲット１６．１７を冷却し得
るようになっている。

次に動作について説明する。

この例では、基板とアルミニウム製のターゲットとを６
０ｍｍの間隔を設けて対向して配置させる。チャンバー
をｌＸｌ０−６Ｔｏｒｒ程度まで真空排気し、アルゴン
ガスをチャンバー内に導入して所定のガス圧に設定する
。各ターゲット１６゜１７面上には、永久磁石２３，２
４，２７．２８により、それぞれトンネル状の漏洩磁界
がループ状に形成されている。

次に、電力制御装置３０．３１により、各ターゲラ）１
６．１７に所定の直流電圧を印加する。

これにより、図示しない基板と各ターゲット１６゜１７
間でグロー放電が起こり、電界と磁界が直交する領域に
、高密度のプラズマ領域が発生する。

そして、チャンバーののぞき窓等を通して、プラズマ状
態を観察し、電力制御装置３０．３１を調整しながら均
一なプラズマ領域が得られるように調整する。

そして、成膜後の基板上の膜厚分布状態を観察し、この
観察結果に応じて各電力制御装！３０゜３１の可変抵抗
３３．３４を調整する。このようにして、適宜各ターゲ
ット１６．１７に供給する電力を調整して、放電が局部
的に集中するのを防止するようにすれば、ターゲットの
エロージョン状態は、第４図に示すように均一となる。

また同様に、ｔｃｙ分布については、第５図に示すよう
に基板全体に均一な膜厚を得ることができる。

〔他の実施例〕

（ａ）　　前記実施例では、ターゲットを矩形状に形成
したが、ターゲットの形状は円形や長方形であってもよ
く、前記実施例と同°様の効果を奏する。また、電気的
に絶縁されたターゲットの個数は前記実施例のように２
個に限定されるものではなく、数を多くすれば、構造は
複雑になるものの、より膜厚分布を均一化でき、またエ
ロージョンｊＪ１Ｍの偏在をより少なくすることができ
る。

（ｂ）　　前記実施例では、各電力制御装置３０．３１
のコントロール部として可変抵抗３３．３４を用いたが
、電力を制御するための構成は、この第３図の実施例に
限定されるものではない。

（Ｃ）　　前記実施例では、磁界発生装置として永久磁
石を用いたが、例えば励磁コイルを用いて電磁石構成と
し、励磁電流を流すことにより磁界を調整できるように
してもよい。

（山　前記実施例では、成膜中の放電状態をのぞき窓等
から目視によって確認するようにしたが、これを計測器
によりモニタし、このモニタ結果を電力制御装置にフィ
ードバッグして、電力を制御するようにしてもよい。

例えば、薄膜形成中に、音響インピーダンス比Ｚ値を利
用した水晶振動子膜厚モニタをチャンバー内に設け、こ
れにより成膜中の膜厚を計測しながら、各領域における
放電状態を観察し、各ターゲットへの供給電力を制御す
るようにしてもよい。

また、放電領域中に挿入したプローブの電流−電圧特性
を測定することにより、プラズマ電位やプラズマ密度を
観察し、これを電力制御装置にフィードパ・ングするよ
うにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明では、各ターゲット毎に印加す
る電力を各々独立して制御できるようにしたので、ター
ゲットのエロージョン領域を全体にわたって均一化する
ことができるとともに、基板上のｙ厚分布を均一化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に一実施例によるマグネトロンスパッタ
装置のカソード電極構造を示す断面構成図、第２図はそ
の平面図、第３図は前記装置の電力制御装置の具体的−
構成例を示す図、第４図は本実施例によるエロージョン
領域を示す図、第５図は本実施例の膜厚分布を示す図、
第６図は従来のマグネトロン方式のスパッタリング装置
を示す断面構成図、第７図は従来のターゲット上の磁界
ループを示す図、第８図は従来装置におけるエロージづ
ン領域を示す図、第９図は従来装置における膜厚分布を
示す図である。１１・・・カソード電極部、１５・・・ベースブロック
、１６・・・内側ターゲット、１７・・・外側ターゲッ
ト、２０・・・絶縁部材、２３，２４．２７．２８・・
・永久磁石、３０．３１・・・電力制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板と対向して配置され、それぞれ電気的に絶縁
された複数個のターゲットと、前記基板と各ターゲット
との間にそれぞれ独立して放電用電力を供給するととも
に供給電力を制御する電力制御装置と、前記電力制御装
置によって形成される電界と直交する磁界を前記各ター
ゲット面に形成するための磁界発生装置とを備えたマグ
ネトロン方式のスパッタリング装置。