JPH04103765A

JPH04103765A - 通過式のスパッタリング方法および装置

Info

Publication number: JPH04103765A
Application number: JP21804590A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakajima; 晃治中島; Kimisumi Yamamoto; 山元　公純
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1992-04-06

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、矩形ターゲットを用いた通過式の成膜技術に
おいて、脆い低融点ターゲツト材でも、大きな電力を投
入し、高速成膜を可能としたカソード構造を有する通過
式のスパッタリング方法および装置に関するものである
。

［従来の技術］近年、スパッタリング装置を用いて透明導電膜（ＩＴＯ
膜）等の脆い低融点材料を大面積基板へ均一に高速成膜
する要求が増えてきた。

従来のスパッタリング装置においては、矩形ターゲット
上に磁界によりレーストラック状のプラズマリングを発
生させ、その前面に基板を通過させながら成膜していた
。

前述のレーストラック状プラズマリングを封じ込める磁
界は、ターゲット背面に配置された磁極からの漏れ磁界
によって構成されている。生産性を意識した矩形ターゲ
ットにおいて、高速成膜は必要事項であるが、成膜速度
を上げるべ（大きな電力を投入すると、プラズマにてス
パッタされるターゲット部分が高温となり、低融点材料
の場合は溶解してしまい、投入電力を大きくできないと
いう問題があった。

上記対策として、Ｊ、Ｊ、Ｈｏｆｍａｎｎ：ｐｒｏｃ、
ｏｆ　３２ｎｄＳＶＧ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ、Ｓｔ　Ｌｏｕｉｓ、ＵＳＡ、１９８９に
記述されている英国ＢＶＴ社製回転カソードは、外側の
円筒ターゲットが回転しているため、ターゲットの表面
はスパッタ（加熱）と冷却が交互に繰り返され、結果的
に通常より単位面積当り大きな電力を投入できることに
なり、高速成膜が可能となるが、ターゲットが造りにく
い円筒状であることから脆い低融点材料については使用
できないという問題があった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、上記のことに鑑みなされたもので、従来の製
造実績のある矩形ターゲット形状を変えることなく、脆
い低融点材料でも、大きな電力を投入し、高速成膜を可
能としたスパッタリング装置を提供することを目的とし
ている。

第４図〜第６図に示す従来方式の矩形カソードを用いた
通過式スパッタリング装置の図面を用いて発明が解決し
ようとする課題について説明する。第４図は従来方式の
主要構成を示すもので、第５図はターゲット上面のレー
ストラック状プラズマリングと磁極構造を示すものであ
る。第６図は矩形カソード部の断面図である。

第４図〜第６図において、１は真空容器、２は基板３を
予め所定の温度に加熱しておく基板加熱ヒータ、３は基
板、４は基板３の通過方向に開度調整可能なシャッタ、
５は矩形のターゲット、６はターゲット５を冷却するバ
ッキングプレート、７ａは棒状の中央磁極、７ｂは中央
磁極７ａを囲むように配置された略口形をした外周磁極
、８は中央磁極７ａと外周磁極７ｂを磁気的に結合する
磁性体ヨーク、９はプラズマを封じ込めるための磁力線
の模式図、１０はターゲット５の上面に磁力線９によっ
て封じ込められたレーストラック状プラズマリングの模
式図、１１はターゲット５を冷却する冷却水の通路、白
抜矢印はこの冷却水の流れ方向、１２は矩形のターゲッ
ト５に電力を供給する主放電用高圧電源、１３はシール
ドカバであり、基板３は真空容器１に図示していないゲ
ートバルブを介して搬入され、基板加熱ヒータ２によっ
て加熱され、さらに、搬送機構１４によってターゲット
５の上方を等速度で矢印方向に向けて通過する。

その際、ターゲット５の背面に配置された中央磁極７ａ
と外周磁極７ｂによって発生した漏れ磁界によって、タ
ーゲット５の上面に発生したレーストラック状プラズマ
リング１０により、矩形ターゲット５の表面がスパッタ
され、通過中の基板３に成膜沈着される。ターゲット５
はバッキングプレート６を介して冷却されているものの
、高速成膜のため、投入電力を太き（すると、プラズマ
と接したターゲット５の上面が加熱され、低融点のター
ゲット５では溶解してしまうため、成膜速度を大きくと
れず、生産性を犠牲にして成膜を行っていた。このこと
は、生産性を重視する矩形ターゲット５を用いた通過式
スパッタリング装置では、深刻な問題となっている。

上記対策として、英国ＢＶＴ社製の回転カソードがある
。

第７図は回転カソードを用いた通過式スパッタ装置の主
要構成を示すもので、第８図と第９図は円筒状ターゲッ
ト上面のレーストラック状プラズマリングと磁極構造を
示すものである。第１０図は回転カソード部の断面図で
ある。

第７図〜第１０図において、１は真空容器、２は基板３
を予め所定の温度に加熱しておく基板加熱ヒータ、３は
基板、４は基板３の通過方向に開度調整可能なシャッタ
、１５はスパッタ成膜中に回転可能にした円筒状のター
ゲット、７ａは棒状の中央磁極、７ｂは中央磁極７ａを
囲むように配置された略口形をした外周磁極、８は中央
磁極７ａと外周磁極７ｂを磁気的に結合する磁性体ヨー
クで、保持具１６によって真空容器１に固定されている
。９はプラズマを封じ込めるための磁力線の模式図、１
０は回転する円筒状ターゲット１５の上面に磁力Ｉａ９
によって封じ込められたレーストラック状プラズマリン
グの模式図、１１ａは回転する円筒状ターゲット１５と
同軸状に設けられたターゲット冷却用の冷却水の通路、
１２は円筒状ターゲット５に電力を供給する主放電用高
圧ｔｆ源、１３はシールドカバーであり、基板３は真空
容器１に図示していないゲートバルブを介して搬入され
、基板加熱ヒータ２によって加熱され、さらに、搬送機
構１４によってターゲット１５の上方を等速度で通過す
る。

その際、円筒状ターゲツト１５内部で、真空容器１に固
定配置された中央磁極７ａと外周磁極７ｂによって発生
した漏れ磁界により、回転する円筒状ターゲット１５の
上面に発生したレーストラック状プラズマリング１０に
て、回転中の円筒状ターゲット１５の表面がスパッタさ
れ、通過中。

の基板３に成膜沈着される。レーストラック状プラズマ
リング１０は磁極上面の円筒状ターゲット１５の表面に
生じスパッタされているが、外周のターゲット１５が回
転しているためターゲット１５の表面はスパッタによる
加熱と冷却が交互に繰り返され、結果的に、通常よりタ
ーゲット１５の冷却能力が高く、単位面積当り大きな電
力を投入できることになり、高速成膜が可能となる。

しかし、ターゲット１５が円筒状であることから、脆い
材料等、材料によっては作りにくいものもあり、また、
ターゲット１５の製造コストも高くなることから、比較
的安価なターゲット材料についてのみ使用が試みられて
いるのが現状である。

［課題を解決するための手段および作用］本発明におい
ては、前記課題を解決するために、冷却構造を有するバ
ッキングプレートに矩形ターゲットを保持したものを、
固定配置された磁極の上で周期的あるいは連続的に磁極
の短軸方向に往復移動させ、ターゲット上面にスパッタ
による加熱と冷却を交互に繰り返させ、ターゲットの上
方を移動している基板にスパッタ成膜を行うようにした
。

また、この方法を実施するための装置は、矩形ターゲッ
トを保持し、かつ、冷却構造を有するバッキングプレー
トを、磁極構造の上で、磁極の短軸方向に往復動自在に
設け、矩形ターゲットの上方に基板を移動可能に設けた
通過式のスパッタリング装置とした。

［実施例］第１図〜第３図は、本発明の方法を実施するための装置
の１実施例を示すもので、第１図は全体構造を示す正面
図、第２図は固定された磁極構造と冷却水路を備え、か
つ、駆動機構を有するバッキングプレートの模式図であ
る。第３図はカッ−、ド部の断面図である。

第１図〜第３図において、１は真空容器、２は基板３を
予め所定の温度に加熱しておく基板加熱ヒータ、３は基
板、４は基板３の通過方向に開度調整可能なシャッタ、
５はバッキングプレートにボンディングあるいは固定さ
れた矩形ターゲット、６は少なくとも１系統以上の冷却
水路構造をもつバッキングプレート、７ａは棒状の中央
磁極、７ｂは中央磁極７ａを囲むように配置された略口
形をした外周磁極、８は中央磁極７ａと外周磁極７ｂを
磁気的に結合する磁性体ヨーク、９はプラズマを封じ込
めるための磁力線の模式図、１０は磁極の短軸方向に往
復移動する矩形ターゲット５の上面に磁力線９によって
封じ込められたレーストラック状プラズマリングの模式
図、１１は往復移動するバッキングプレートに少なくと
も１系統以上の冷却水を供給する通路、白抜矢印はこの
冷却水の流れ方向、１２は矩形ターゲット５に電力を供
給する主放電用高圧電源、１３はシールドカバー、１７
はバッキングプレート６を磁極の短軸方向に往復移動す
るために設けられた駆動機構であり、駆動機構１７は例
えばラックとピニオンやシリンダ装置等によって形成さ
れている。

基板３は真空容器１に図示していないゲートバルブを介
して搬入され、基板ヒータ２によって加熱され、さらに
、搬送機構１４によってターゲット上面を等速度で矢印
方向に向けて通過する。その際、往復移動可能なターゲ
ット５の背面に、真空容器１に固定配置された中央磁極
７ａと外周磁極７ｂによって発生した漏れ磁界により、
往復移動する矩形ターゲット５の上面に発生したレース
トラック状プラズマリング１ｏにて、往復移動中の矩形
ターゲット５の表面がスパッタされ、通過中の基板３に
成膜沈着される。レーストラック状プラズマリング１０
は、磁極７ａ、７ｂの矩形ターゲット５の表面に生じ、
スパッタされているが、矩形ターゲット５が磁極７ａ、
７ｂの短軸方向に往復移動しているため、ターゲット５
の表面はスパッタによる加熱と冷却が交互に繰り返され
、ターゲット５の冷却能力が向上し、大電力が投入でき
、高速成膜が可能となる。そのうえ、従来実績のある矩
形ターゲット５であることから、脆い材料でも容易に製
作でき、製造コストも通常と変わらないという効果があ
る。また、ターゲット５のエロージョンゾーンが全面に
なるため、ターゲット５の利用効率も飛躍的に改善され
る利点もある。

以下、本実施例に沿った実験例を示す。

（実験例）矩形ターゲット５としては透明導電膜用ＩＴＯ膜（Ｉｎ
ｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ膜）を用い、ターゲット
５の外形寸法は８ｉｎＸ　３０ｉｎ　（２００ｍｍＸ　
７６２ｍｍ）　、厚さ６ｍｍとした。パーキングプレー
ト６の外形寸法は２５０ｍｍＸ　８００ｍｍ、厚さ１５
ｍｍで、内部にターゲット５の短軸方向中央部で、短冊
状に分断された２系統の冷却水通路１１を設けた。

矩形ターゲット５はこのバッキングプレート６の電極に
ボンディングされ、さらに、バッキングプレート６はラ
ックとピニオン機構からなる駆動機構１７によって、タ
ーゲット５の短軸方向に往復移動可能とした。バッキン
グプレート６の背面には、幅１０ｍｍＸ高さ２０ｍｍＸ
長さ６８０ｍｍの棒状希土類磁石で残留磁束密度１０　
、　ＯＯ０Ｇａｕｓｓの中央磁極７ａと、幅１０ｍｍｘ
高さ２０闘で、中央磁極のまわりを５５ｍｍの間隔をあ
けて置かれた略０形希土類磁石で残留磁束密度１０，０
００Ｇａｕｓｓの外周磁極７ｂを、比透磁率５，０００
の磁性体ヨーク８にて磁気的に結合した磁極構造を固定
配置した。

前記、矩形ターゲット５付きのバッキングプレート６を
ターゲット５の短軸方向に往復移動させながらスパッタ
成膜した際の、その往復スピードとターゲット５への投
入可能電力の関係を示したのが第１０図である。往復ス
ピードを大きくして、ターゲット５の冷却能力を増すこ
とで、投入可能電力が改善された。実験例では、ターゲ
ット５をバッキングプレート６にボンディング接着して
いるが、これは、分割ターゲットをボルト固定しても同
様の効果が得られる。

なお、ターゲット５を短軸方向へ往復移動するには、第
１１図に示すように、ターゲット５の短軸方向の端部で
速度ゼロとなるよう減速されるので、放電パワーを同一
とすると、第１２図に示すように、端部のターゲット消
費が大きくなる。そして、端部の消費がバッキングプレ
ート６に到る時点で、ターゲット５の寿命となり、ター
ゲット５の有効利用という点で好ましくない。また、タ
ーゲット消費を均一にすべ（、移動速度に応じて放電パ
ワーを調整すると、即ち、両端部では放電電流を若干少
なめになるようにすると、基板３の通過方向で膜厚分布
が不均一となる。したがって、ターゲットエロージョン
が平坦になるように、ターゲット駆動装置１７の速度パ
ターンが変更できるようにした。なお、ターゲット５の
エロージョンパターンがモニターできれば、これを検出
してフィードバック制御可能であるが、基板３とターゲ
ット５間にセンサーを設けることは不可能であるため、
トライアンドエラーにより、実状に応じて移動速度パタ
ーンを調整した。即ち、エラージョンの進行の少ない所
では、移動速度を相対的におくらせ、プラズマの滞在時
間を長くとるように調整した。

［発明の効果］本発明においては、冷却構造を有するバッキングプレー
トに矩形ターゲットを保持したものを、固定配置された
磁極の上で周期的あるいは連続的に磁極の短軸方向に往
復移動させ、ターゲット上面にスパッタによる加熱と冷
却を交互に繰り返させ、ターゲットの上方を移動してい
る基板にスパッタ成膜を行うようにした。また、このこ
とを実現し得る装置としたので、矩形ターゲットの往復
スピードを大きくすることにより、矩形ターゲットの冷
却能力を向上させ、大電力が投入できるようになる。し
たがって、高速成膜が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の方法を実施するための装置の
１実施例を示すもので、第１図は装置全体の概要を示す
正面図、第２図は要部の斜視図、第３図は要部の正面図
、第４図〜第６図は本発明に類した従来の装置の１例を
示すもので、第４図は装置全体の概要を示す正面図、第
５図は要部の斜視図、第６図は要部の正面図、第７図〜
第１Ｏ図は本発明に類した従来の装置の他の例を示すも
ので、第７図は装置全体の概要を示す正面図、第８図は
要部の拡大正面図、第９図は第８図の縦断面図、第１０
図は本発明による成膜状態の１実験例を示す線図、第１
１図はターゲットの移動速度の状態を示す線図、第１２
図はターゲットの不適正な消費状態を示す断面図である
。１・・・・・・真空容器、　　　　２・・・・・・基板
加熱ヒータ、３・・・・・・基板、　　　　　　４・・
・・・・シャッタ、５．１５・・・ターゲット、６・・・・・・バッキングプレート、７ａ・・・中央磁極、　　　　７ｂ・・・外周磁極、８
・・・・・・磁性体ヨーク、　９・・・・・・磁力線、
０・・・・・・レーストラック状プラズマリング、１・
・・・・・冷却水の通路、２・・・・・・主放電用電圧電源、３・・・・・・シールドカバー４・・・・・・搬送機構、　　　１７・・・・・・駆動
機構。特許出願人　　宇部興産株式会社第３図第２図第４図１ｂ第１０図第８図第１１図タープ・ソト

Claims

【特許請求の範囲】

（１）冷却構造を有するバッキングプレートに矩形ター
ゲットを保持したものを、固定配置された磁極の上で周
期的あるいは連続的に磁極の短軸方向に往復移動させ、
ターゲット上面にスパッタによる加熱と冷却を交互に繰
り返させ、ターゲットの上方を移動している基板にスパ
ッタ成膜を行うようにした通過式のスパッタリング方法
。
（２）矩形ターゲットを保持し、かつ、冷却構造を有す
るバッキングプレートを、磁極構造の上で、磁極の短軸
方向に往復動自在に設け、矩形ターゲットの上方に基板
を移動可能に設けた通過式のスパッタリング装置。