JPH0364461A - マグネトロンスパッタターゲット設置部及びそれを用いたマグネトロンスパッタ装置 - 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、電界と磁界を併用した状態でのスパッタリン
グ現象を利用して薄ｌＩＱを作成するマグネトロンスパ
ッタ装置のターゲット設置部の構造に関する。

〔従来の技術〕

マグネトロンスパッタ法は、電界と直交する磁界をター
ゲット面上に与えることによって、スパッタ効率を飛躍
的に高めたスパッタ法てあり、電子衝撃が小さいため基
板温度を低めにおさえることができるので、直流２極ス
パツタリングなどの他のスパッタ法に比べると投入電力
を少なくしても高いスパッタ効率を得ることができると
いう利点を有する。この様に、マグネトロンスパッタ法
はそれまでのスパッタ法の欠点を解消し得るところから
、その実用性が高く評価され、半導体素子や磁性薄膜等
の形成において１−てに広く利用されるに至っている。

マグネトロンスパッタ法による成膜に用いる装置は、タ
ーゲット設置部が電界発生用の電極と磁界発牛用の磁石
が配された構造を有するのが一般的である。

従来のターゲット設置部の構成の代表例を第６図及び第
７図に示ｉ。

第６図は従来のターゲット設置部のマグネトロンスパッ
タ装置に設置された状態の模式的断面図である。

この々−ゲット設Ｖ１部は、ターゲット５が固７１され
るターゲット・設置面４−１を有する電極板４と、電極
板４を支持する支持体３と、電極板４及び電極支持体３
により外部と仕切られた内部領域に配置された磁石６を
有し、絶縁部１によりマクネトロンスパッタ装置の真空
チャンバー２の壁面に電気的に絶縁された状態で固定さ
れている。電極４のターゲット設置面４−１に対する背
ｍ１には、磁石６及びヨーク７があって、この磁石より
磁力線８がターゲット５の表面に漏れるようになってい
る。ＤＣまたはＲＦ電ｆ１．９より電極支持体３及び電
極４を介してターゲット５に電力を供給すると放電か起
こり、電子は磁力線８によって閉じ込められ高密度プラ
ズマを形成する。高密度プラズマ領域に生成した正イオ
ンがターゲットに衝突し、ターゲットにスパッタ現象を
起こす。

第７図に真空チャンバーに設置した状態で示したターゲ
ット設置部は、絶縁物からなる電極支持体３′により、
ターゲット・設置部の真空チＶンノマー２への固定か行
なれれるとともに、ターナ・ン１〜設置面４−１の面す
る領域と磁石６のある領域とが（１切られる構造を有す
る。

この状態でＤＣまたはＲＦ電電極より電極４を介してタ
ーゲット５に電力を供給すると放電が起こり、電子は磁
石６よりタープ・ント５方向へ漏れた磁力線８によって
閉し込められ高密度プラズマを形成する。高密度プラズ
マ領域に生成した正イオンがターゲットに衝突し、ター
プ・ントにスバ・ンタ現象を起こす。

以−Ｌのような構成の装置においては、磁力線８がター
ゲット５の表面と平行てかつ密度の高いところでは、高
密度プラズマが生成し、タープ・ントが効率良くスパッ
タされる。したがって、ターゲット表面の磁力線が平行
かつ高密度となるように磁気回路を設計することが重要
となってくる。

〔発明か解決しようとしている課題〕

例えば第６図に示した従来例では、電極支持体３として
、通常ガス放出の少ない非磁刊材料（例えば５ＩＩＳ：
１０１　、５ＩＩＳ：Ｉ　ｌ　ｔｉ　、　ｊＱｊ酸未銅
＝９）からなるものが利用される。しかしながらこれら
の材料は磁界Ｉ’ｌｌ止能が低いため磁石６よりターゲ
ット５の表面のみならず電極支持体３の側部にも、漏洩
磁力線１０が発生し、電極４からの電極支持体３の側部
へのまわり込み電界（図示せず）及び、電極支持体３の
漏洩電界（図示せず）との相互作用により、電極支持体
３の側面における不必要な高密度プラズマの形成による
スパッタ現象の発生が避けられない。

また第７図の上記従来例においても電極支持体３°が、
通常非磁性材料（例えばアルミナセラミックス、石英ガ
ラス、テフロン等）からなるものであるため、磁石６よ
りターゲット５の表面のみならず、電極支持体３の側面
にも漏洩磁力性が発生し、電極４からの電極支持体３の
側部へのまわりこみ電界及び、電極支持体３の内面から
の漏洩電界との相互作用により、電極支持体の側部にも
高密度プラズマの形成による不必要なスパッタ現象の発
生が避けられない場合があった。

以１−述へたような′取Ｊ４　、ｋ　Ｊ、１体側１ｒ１
１てのスパッタ現象の発生は以ドのような問題を発生さ
せる、。

（＋）ターケラトのスパッタに使用される電力効率か低
下する。

（２）電極支持体の側部の高密度プラズマに接している
材料もスパッタされ基板上に形成される薄膜に混入し、
薄膜に品質の低下をまねく。

本発明のＩ」的は、磁界のイＪ与効率を高めることによ
り、より高いスパッタ効率を得ることのできるマグネト
ロンスパッタターゲット設置部及びそれを用いたマクネ
トロンスパッタ設置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明のマグネトロンスパッタターゲット設置部は、タ
ーゲット設置面を有し、該ターゲット設置面上に電界を
付与するための電極と、該電極のターゲット設置面に対
する背向に設けられ、前記ターゲット設置面りの電界と
直交する磁界を形成するための磁界発生手段と、前記電
極を支持し、前記ターゲット設置面の面する領域と前記
磁界先月！手段が配された領域とを仕切るための電極支
持体とを有し、前記磁界発生手段と前記電極支持体との
間に磁界阻止板を配置したことを特徴とする。

なお、本発明における電極支持体は、ターゲット設置部
がマクネトロンスパッタ装置の真空チャンバーに設置さ
れる前において、上述の仕切りとしてずてに機能してい
るものであっても良いし、真空チャンバーに設置された
状態で、例えば真空ヂャンバー壁とともに上述の仕切り
として機能するものであっても良い。

本発明においては、電極支持体とマクネトロン磁場発生
用の磁石等の磁界発生手段との間に、例えば鉄、Ｆｅ−
Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−ＡＩＶ、合金、ケイ
素鋼、炭素鋼、フェライト等の高透磁率材料からなる漏
洩磁界を阻止するための磁界附１１−板が設けられてい
ることにより、電極支持体からの磁界の漏洩を低減でき
、電極支持体の側面の不必要なスパッタ現象の発生を防
止することができる。更に、磁界阻止板を接地すること
により、電極支持体の側面への磁界の漏洩のみならず、
電界の漏洩も防止でき電極支持体での不必要なスパッタ
現象の発生をより亮全に防止することができる。

また磁界防止板を電磁石、永久磁石り９−の磁界発生手
段から１ｍｍ以上電極支持体と接する距離以トに離した
位置に設けることにより、ターゲット表面」二の磁界強
度を大きく低減−４−ることなく、電極支持体の側面で
の漏洩磁界を低減できる。

磁界１（１１止板の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ〜５
０ｍｍ、より好ましくは０．　３ｍｍ　〜１０ｍｍと１
−ることかできる。

磁界阻止板の大きさとしては、支持体側面でのプラズマ
の発生を防止するために、磁石の長さに対して約半分程
度以上の長さがあることか？ましい。

また、装置全体を大型化することなく支持体側面への漏
洩磁力線の発生を効率よく抑えるためには磁界１（ｔＪ
−ｔｌ−板の大きさは磁石の長さに対してほぼ同程度の
長さであることが望ましい。

なお、磁界阻止板は電極支持板と接していても良く、ま
た一体化されていても良い。

更に、磁界発生手段としては、磁石に限らず神々の磁界
発生手段を用いることかできる。

〔実施例〕

実施例１ 第１図は本発明のマグネトロンスパッタターゲット設置
部の構造を示ずマグネトロンスパッタ装置の真空チャン
バーに設置した状態の模式的断面図である。

この例のターゲット設置部は、ターゲットが固着される
ターゲット・設置面←１を有する電極４と電極支持体３
からなり、その内部と外部とを気密に仕切るケース内に
、ヨーク７上に配置された磁石６及び磁界阻止板１１を
配した構造を有し、絶縁物１によりマグネトロンスパッ
タ装置の真空チャンバー２に固定され−Ｃいる。

磁石６からの磁力線８は電極板４からターゲット５の表
面に向うようになっている。また、ターゲット設置部の
側面方向への磁力線１１は磁石６と　０ 支持体３との間にある磁界阻１）−板１１を通過する際
に大幅に低減される。

このターゲット設置部にお４−Ｊる電極板４．電極支持
体３．ヨーク７及び磁イー１゛６としては、辿；１ｉｉ
Ｈ用いられているものを利用することができる。

磁界１ｕｌｌ止板１１としでは、鉄・ニッケル合金のｄ
ｊｉ透磁率材料からなる板部材を用いた。

その厚さは、０．３ｍｍであった。

磁界阻止板１１がない状態てターゲット直上（１ｍｍ）
での磁束密度が５２０カウス、電極支持体３　（１１１
１面中央部側方（１ｍｍ）ての磁束密度が３４０ガウス
である第１図の構成のターゲット設置部を作製し、高透
磁率材料である鉄・ニッケル合金からなる磁界阻止板１
１（厚さ１ｍｍ）を、電極支持体３と磁石６との間に、
磁石６からの距離を変えて配置した場合のターゲット５
Ｌのターゲットに平行な漏れ磁束成分及び電極支持体の
側面中央部での電極支持体側面に平行な漏れ磁束成分を
測定したところ第４図及び第５図に示す結果が得られた
。この結果から漏洩磁界阻１に板を磁石から１ｍｍ以−
ＬＩｉ１ｔず１ ことにより、ターゲット５の磁束密度を低減することな
く電極支持体の側面への漏洩磁界を大幅に低減できるこ
とがわかる。

第１図に示した状態で、真空チャンバー２内を所定の真
空度とし電源９（ＤＣまたはＲＦ）からターゲット５に
電力を供給してターゲット５の表面にに放電を起こして
も、電極支持体３の側面前方での放電は防止され、そこ
での不必要なスパッタ現象の発生を避けることがてきる
。

実施例２ 第２図に本発明のターゲット設置部の他の例のマグネト
ロンスパッタ装置に設置した状態の模式的断面図を示す
。

この例では、電極板４を支持する電極支持体３゛が、マ
グネトロンスパッタ装置の真空チャンバー２に固定され
た状態で、ターゲット設置面４−１の面する領域と磁石
６の設置部との仕切りを形成する構造を自する。従って
、電極支持体３゛は電極板４と真空チャンバー２とを電
気的に絶縁するために絶縁体で構成され゛（いる。ヨー
ク７土に配置さ　２ れた磁石６は磁界１１１１　＋ｌ−１板１１により電極
板４の下部に配置されており、６Ｆ、ｌ　！Ｉ￥　ｌｔ
ｔ’ｌ　ｔｌ板１１は磁石６周［川の電極板４以外を包
囲するように配置さ酌、電極板４からターゲット５」ニ
ガに磁界が漏れ、電極支持体：ｌ′を通る磁力線は大幅
に低減化される。

磁界阻止板１１を、鉄・ニッケル合金等の高透磁率材料
により形成することにより、電源９（ＤＣまたはＲＦ）
からの電力の電極４へのイｊ（給に利用することができ
、ターゲット設置部の構造を複雑化することなく、第１
四に丞した構成と同様に磁界阻１に板１１を設けること
による効果を得ることができる。

なお、磁界阻止板Ｉ＋に用いる高透磁率材料の体積抵抗
率が大きすきる場合は、磁界阻止板１１の表面に体積抵
抗率の小さい材料（例えばＡｇ、　へｕＣｕ、旧等）を
コーディングすることにより電極４への電力供給損失を
防１１−でき、かつ電極支持体３の側面への磁界の漏れ
を効果的に低減できる。

電極支持体３°は、アルミナセラミックス、石英カラス
、デフロン等の屯気絶縁性のヰ４料により形　３ 成てきる。

実施例３ 第３図に本発明のターゲット設置部の他の例のマクネト
ロンスパッタ装置に設置した状態の模式的断面図を示す
。

この設置部は、磁石６の電極板４の背面への保持を第２
図における磁界阻Ｉ４二板１１の代りに電極板４と一体
化された保持部４−２により行ない、アースされた磁界
阻止板１１を保持部４−２と電極支持体３′の間に配し
た以外は第２図に示したものと同様の構成を有する。

保持部４−２は、図示のように電極板４と一体化されて
いても良く、また別部材として形成された後接合された
ものでも良い。

保持部４−２は電源９（ＤＣまたはＲＦ）からの電力を
電極板４に伝達できる側材から構成され、その材質は電
極板４と同一であっても良い。

この設置６部では、磁石６から電極支持体３′の側面方
向に漏れる磁力線ｊＯは磁界阻止板の中を通ることにな
るのて、電極支持体３°の側面での磁石６４ からの漏洩磁界は大幅に低減し、かつ、電極４への電源
９から電極支持体３′の側面方向にもれる電界も、アー
スされた磁界阻１１−板１１によりシールドされるので
、電極支持体３′の側面での漏洩電界も大幅に低減し、
電極支持体３′の側面で放電が効果的に防止される。

なお、磁界阻止板１１の体積抵抗率か犬きすきる場合（
４０μΩ・ｃｍ以−ヒ）には磁界阻止板１１の表面に体
積抵抗率が好ましくは１０μΩ・ｃｍ以下と小さい材料
（例えばＡｇ、　Ａｕ、　Ｇｕ、　Ｎｉ等）をコーディ
ングすれば漏洩電界をより完全に閉止できる。

また、本発明において、磁界防止板に放出カスの大きい
高透磁率材料を用いても、磁界阻止板は大気側に配置さ
れているので、＠膜の品質に影響を及ぼさない。

以Ｆ、本発明のマグネトロンスパッタ装置での成１漠の
」１体例について説明する。

成膜例１ 電極板としてＨさ１０ｍｍの無酸素銅からなる板５ 材を用い、電極板の１面のターゲット設置面にシリコン
ターゲット（厚さ５ｍｍ、直径１５０ｍｍ）をインジウ
ムにより７ｔ：１看し、電極支持体を無酸素銅を用いて
作製し、磁界阻止板として厚さ１ｍｍの鉄・ニッケル合
金（鉄５５％、ニッケル４５％）を用い、それを磁石よ
り５ｍｍ離れた位置に配置し、第１図に示した構成のタ
ーゲット設置部を作製した。なお、電極支持体壁の厚さ
は１０ｍｒｎであり、電極板と電極支持体とは真空シー
ル用のＯリングをはさんでネジ止めすることにより接合
した。

また、この状態で、磁束密度はターゲット上で５２０ガ
ウス、電極支持体側面中央部で１５ガウスであった。

次に、マクネトロンスパッタ装置の真空チャンバー壁に
アルミナセラミックスにより固定し、第１図に示したよ
うな状態を得た。そこで、スパッタ圧力３ｍＴｏｒｒ、
放電電力が３００ＷでのシリコンＩｌｉの成膜を行なっ
た。成膜用基板としては石英ガラス基板を用い、成膜時
に基板の温度を４００℃とした。

６ 基板上に得られたシリコン膜の成膜速度は２５０Ａ／分
であり、１１（中のＣｕ含有量を二次イオン質量分析計
（ＳＩＭＳ）により測定したところ、検出限界（１０１
ｓ個原子／ｃｍ３）以下であった。

成膜例２ 磁界阻止板を磁イｊ側面に接着した以外は成膜例１と同
様にして成膜を行なった。その結果得られた膜の成膜速
度は１８０入／分てあり、そのＣｕ含有量は１０１７個
原子／ｃｍ３であった。

成膜比較例１ 磁界阻止板を設けない以外は成膜例１と同様にして成膜
を行なった。その結果、成膜速度は１２０入／分であり
、得られた膜中のＣ１含有量は１０１９個原子／ｃｍ３
てあった。

成膜例３ 電極板として厚さ１０ｍｍのｊＨＢｑ酸素銅からなる板
を用い、これをアルミナセラミックからなる壁厚１０ｍ
ｍの筒状の電極支持体とコバール接合により接合し、鉄
・ニッケル合金（体積抵抗率４５μΩ　７ ・ｃｍ）からなる磁界阻止板（壁厚１ｍｍ）と電極板を
ネジ止めにより接合し、第２図に示した構成のターゲッ
ト設置部を１÷Ｉた。なお、磁界阻止板により構成され
た室内には図示のようにヨークに支持された磁石を設し
た。磁石と磁界阻止板との距離は５ｍｍであった。

次に、第２図に示すように、成膜例１で用いたのと同様
のシリコンターゲットを電極板上にネジ止めにより固定
した。この状態で磁束密度はターゲット−トで５２０ガ
ウス、電極支持体側面中央部で１５カウスであった。電
極支持体のフランジ部を利用してターゲット設置部をマ
グネトロンスパッタ装置の真空チャンバーに固定し、成
膜例１と同様の条件でシリコン膜の成膜を行なった。そ
の結果、成膜速度は２１０Ａ／分てあり、得られた膜中
のＣｕ含有量は検出限界（ｉｏ１５個原子／Ｃｍ３）以
下であった。

成膜例４ 磁界阻止板の表面に銀メツキ（Ｈさ１０μＩ！＋）を施
した以外は、成膜例３と同様にして成膜を行　８ なったところ、成ｒ＋＝速度は２５０入／分であり、１
（ｔられた１摸中のＣｕ含イーＪ量は検出限界（１０１
′個原−ｒ／ｃｍ”　）以下であった。

成膜比較例２ 磁界阻１１−板を非磁性側材である鋼から構桟した以外
は成膜例３と１ＶＪ様にしてＩＬ　ＩＩＱを行なったと
ころ、成膜速度は１３０入／分であり、得られた膜中の
Ｃｕ含有量は１０１８個原子／ｃｍ３であった。

成膜例５ 電極板としては厚さ１０ｍｍの側酸素銅からなる板を用
い、これをアルミナセラミックスからなる壁厚１０ｍｍ
の筒状の電極支持体とコバール接合により接合し、電極
板とネジ止めにより一体化された保持部（壁厚３ｍｍ）
内に、ヨークにより支持した磁石を配し、磁石配置部を
外部から帯封し、鉄・ニッケル合金からなる磁界１ｉＩ
ｔ　、＋Ｌ板（厚さ１ｍｍ）を磁石から５ｍｍの位置に
配置し、次に、成膜例１て用いたのと同様のシリコンタ
ーケラトを電極板上にネジ止めにより固定した。この状
態で、磁束密度はターゲット」−て５２０ガウス、電極
支　９ 打体側面中央部て１５ガウスてあった。

次に、電極支持体のフランジ部を利用して設置部をマク
ネトロンスパッタ装置の真空チャンバーに固定し第３図
に示した状態を得た後、成膜例１と同様の条件でシリコ
ン膜の成１摸を行なった。

その結果、成膜速度は２６０入／分であり、得られた膜
のＣｕ含有量は検出限界（ｉｏ”個原子／ｃｍ３）以Ｆ
であった。

成膜例６ 磁界＋＋［，１止板表面に銀メツキ（厚さ１０μｆｆ１
）を施した以外は成膜例５と同様にして成膜を行なった
。その結果、成膜速度は２７０入／分であり、得られた
膜中のＣｕ含有量は検出限界（１０１６個原子／ｃｍ３
）以下てあった。

成膜比較例３ 磁界阻止板を設けない以外は、威膜例５と同様にして成
膜を行なったところ、成膜速度は１３０入／分てあり、
得られた膜中のＣｕ含有量は１０′８個原了／ｃｍ・Ｓ
てあった。

実施例５及び成膜例７ ０ 本発明のマグネトロンスパッタターケラト設置部をイ〕
するマクネトロンスパッタ装置の好適な例を模式的に第
８図に示す。

本実施例におけるマクネトロンスパッタ装置は実施例１
て示したマグネトロンスパッタターゲ、ンＩ・設置部を
バルブ２１及び排気ｆ段２２ををする排気系とメインバ
ルブ２３、ガス供給源２４２．２５−２．・・・及びガ
ス供給源ごとに接続されたハ′ルブ２４−１．２５−１
．・・・とをイ丁し、々゛（ｑ１摸を作成するための基
体２０を設置可能な真空チャンバー２に設置したもので
ある。

ターゲット５の材料としてアルミニウムを用い、真空チ
ャンバー２内の圧力を５　Ｘ　１０−　Ｔｏｒｒとし、
？］工極支持体３と磁石６との即離を８ｍｍとした以外
は成膜例１と同様にして、シリコンからなる基体２０の
温度を２００℃としてマグネトロンスパッタ法による成
膜を１０分間行った。

基体２０土二にはアルミニウム膜が３５０ＯＡの厚さて
形成された。

この装置により形成した膜はターゲット設置部１ の側面における不必替な放電を防止しターゲット以外の
材料のスパッタによる不純物の混入を防止することかで
きたため、高い純度であって、高品質の膜を形成するこ
とができた。

〔発明の効果〕

本発明によれは、電極支持体側面での不必要な麹室を効
果的に防止することができる。その結果、マグネトロン
スパッタにおけるターゲットのスパッタでの電力利用効
率が上昇し、生産性を向上させることができ、しかも成
膜された膜中への不純物の混入も低減てき、膜の品質を
向上することがてきる。

また、磁界阻止板は大気側等マグネトロンスパッタ装置
の真空チャンバー内と気密に仕切られた領域に設置され
、磁界阻ＩＬ板からの放出ガスの成膜への影響を考慮す
る必要がないので、磁界阻止板の材料として高透磁率材
料を自由に選択できるので、磁気回路の設計を最適にか
つ効率良く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

　２ 第１図〜軍３図及び第８図は、本発明のタケラミ・設置
部の構成を示す模式的断面図、第４（メ１はターケラト
＋に一゛１ｉ行な漏れ磁束成分を示す特性図、第５図は
電磁支持体の側部ての漏れ磁束成分を示す特性図、第６
図及び第７図は従来のターケラト設置部の模式的断面図
である。 １・・・・絶縁物 ２・・・・真空チャンバー ３・・・・電極支持体 ３“・・・・絶縁物より形成された電極支持体４・・・
・電極板 ４−］・・・タターケラト）１町而 ４−２・・・支持部 ５・・・・ターゲット ６・・・・磁石 ７・・・・ヨーク ８・・・・漏洩磁力線 ９・・・・ＤＣまたはＲＦ電源 １０・・・・漏洩磁力線 １１・・・・磁界阻止板 　３ 第１図 土 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ターゲット設置面を有し、該ターゲット設置面上に
   電界を付与するための電極と、該電極のターゲット設置
   面に対する背面に設けられ、前記ターゲット設置面上の
   電界と直交する磁界を形成するための磁界発生手段と、
   前記電極を支持し、前記ターゲット設置面の面する領域
   と前記磁界発生手段が配された領域とを仕切るための電
   極支持体とを有し、前記磁界発生手段と前記電極支持体
   との間に磁界阻止板を配置したことを特徴とするマグネ
   トロンスパッタターゲット設置部。 ２）磁界阻止板が磁界発生手段から１ｍｍ以上離れた位
   置に配置されている請求項１に記載のマグネトロンスパ
   ッタターゲット設置部。 ３）磁界阻止板が接地されている請求項１または２に記
   載のマグネトロンスパッタターゲット設置部。 ４）磁界阻止板を介して、電極に電力を供給できる構造
   を有する請求項１〜３のいずれかに記載のマグネトロン
   スパッタターゲット設置部。 ５）磁界阻止板の表面に体積抵抗率１０μΩ・ｃｍ以下
   の材料がコーティングされている請求項１〜４のいずれ
   かに記載のマグネトロンスパッタターゲット設置部。 ６）磁界発生手段が磁石である請求項１〜５のいずれか
   に記載のマグネトロンスパッタターゲット設置部。 ７）請求項１〜５のいずれかに記載のマグネトロンスパ
   ッタターゲット設置部を有するマグネトロンスパッタ装
   置。