JPH0417671A - 通過式スパッタリング方法および装置 - 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、矩形ターゲ・リドを用いた通過式スパッタリ
ング方法お上−ｃ５１置に関するもので、ターゲットの
有効利甲′７虹どしたカソード構造を用いた成膜技術に
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大面積基板上に薄膜を
均一に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
。こ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！された磁極からの漏れ磁界に
よって構成されていた。

第４〜６図は従来方式の矩形カソードを用いた通過式ス
パッタリング方法および装置を説明するもので、第４図
は主要構成を示し、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し、第６図は矩
形カソード部の断面とターゲット上面のプラズマによっ
て消費されたターゲット消費パターンを示したものであ
る。

第４〜６図において、１：、を真空容器、２は基板を予
め所定の温度に加熱しておく基板加熱ヒータ、３は成膜
用の基板、４は基板の通過方向に開度調整可能なシャッ
タ、５は矩形ターゲット、６は矩形カソード、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を磁気的に結合させる磁性体ヨーク、７は中央磁
極７ａ。

外周磁極７ｂ、磁性体ヨーク８からなる磁極構造体、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
ストラック状のプラズマリング模式図、１３は矩形カソ
ード６に電力を供給する主放電用高圧電源、１４はレー
ストラック状プラズマリングによって消費されたターゲ
ット消費パターンである。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１５によってターゲ
ット５の上方を等速度で通過する。

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。また、シャッタ
４は開度調整することでスパッタ粒子の斜め入射をカッ
トしている。

［本発明が解決しようとする課題］ このような従来の技術においては、ターゲット上面での
漏れ磁界の強さによって封じ込められたプラズマの密度
に分布が生じてしまい、このためターゲットの消費が不
均一に進む。磁界の水平成分が最も強い部分で顕著に消
費され、７字形状に浸食され、スパッタ粒子が飛ぶ方向
も不揃いが生じ、膜厚分布にも不均一が生じる原因とな
っている。また、当然、ターゲットの利用率が極めて悪
く、生産性を重視する矩形ターゲットを用いた通過式ス
パッタリング技術では深刻な問題となっている。

このように、生産性を意識した矩形ターゲットにおいて
ターゲットの有効利用は必要事項であり、従来よりプラ
ズマリングをできるだけ均一に広い範囲にわたって発生
させる磁気回路の改良がなされてきたが、十分な効果は
得られていないのが現状である。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、タゲットの有
効利用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。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このために、成膜用の基板を略長方形のマグ
ネトロン電極の短手方向に通過移動させるとともに、前
記電極を構成するターゲットと磁極構造体の相対位置を
基板の移動方向と同方向に交互に移動させながら成膜す
るようにした。

［作用］ 本発明では、磁極の幅を従来のターゲット寸法に比べて
相対的に小さくした細長磁極とし、周期的あるいは連続
的にターゲットと磁極の短手方向の位置を相対的に移動
することで、スパッタ範囲となる細長レーストラック状
プラズマリングの位置をターゲットの短手方向に変えて
ターゲットの有効利用をはかることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の方法を実施するための装置の全体図、
第２図はターゲット上面で移動する細長レーストラック
状プラズマリングと駆動機構を備えた磁極構造、第３図
は矩形カソードの断面図とターゲット上面のレーストラ
ック状プラズマリングによって消費されたターゲット消
費パターンを示したものである。第１〜３図において、
１は真空容器、２は基板加熱ヒータ、３は成膜用の基板
、４は基板の通過方向への開度調整と磁極の移動に従っ
て開口位置が調整できるシャッタ、５は矩形ターゲット
、６は矩形カソード、７ａは棒状の中央磁極、７ｂは中
央磁極７ａを囲むように従来のものより幅を狭めて配置
された略長方形をした外周磁極、８は磁性体ヨーク、７
は中央磁極７ａ。

外周磁極７ｂ、磁性体ヨーク８からなるマグネトロン電
極用の磁極構造体、９は磁力線模式図、１０は細長レー
ストラック状プラズマリング模式図、１１は細長レース
トラック状プラズマリングをターゲット上面でターゲッ
トの幅方向に移動するだめに磁極全体を移動させる駆動
機構、１２は磁極構造体７全体を駆動する動力源、１３
は高圧電源、１４は細長レーストラック状プラズマリン
グの移動により消費されたターゲット消費パターンであ
る。

略長方形のマグネトロン電極を構成するターゲット５と
磁極構造体７をその短手方向に相対的に移動自在に設け
、基板３を前記電極の短手方向に通過移動させるように
している。そして、ターゲット５と磁極構造体７の相対
位置を基板３の移動方向と同方向に交互に移動させなが
ら成膜しつるようにした。”なお、例えば、ターゲット
５を固定し、磁極構造体７を移動させつるようにした。

この装置において、従来の手順と同様にして搬入、基板
加熱された基板３は、細長レーストラック状プラズマリ
ング１０に対応した位置にあるシャッタ４の開口部を等
速度で通過する際にスパッタ成膜され、真空容器１外へ
従来と同様の手順で搬出される。上記一連の成膜手順の
内でスパッタ成膜される以外のラグタイムを用いて、磁
極構造体７全体を駆動機構１１を用いてターゲット幅方
向にすなわち、前記電磁７ａ、７ｂの短手方向に移動す
ることで、スパッタ範囲である細長レーストラック状プ
ラズマリングの位置を変える。

さらに、シャッタ４の開口位置もそれに従って移動させ
基板３に対する細長レーストラック状プラズマリングの
位置関係を常に同一条件にしてお（。

その後、基板３は、移動後の新しいスパッタ範囲をスパ
ッタし成膜される。以上の操作を周期的あるいは連続的
にターゲット幅内で微移動を繰り返し往復スパッタする
ことで、ターゲット全面にわたって均一に消費できるた
め、ターゲットの有効利用率が飛躍的に改善され、第３
図に示すようにターゲット消費パターン１４が得られる
。以上のように通常のスパッタではターゲット５の有効
利用ができるが、さらに反応性スパッタにおいては反応
後スパッタ原子のターゲット５への再付着による組成ず
れが膜の組成にも影響するということから、ターゲット
が付着物で汚れた時点で寿命と見なし早めに交換してい
るためターゲット利用率は極めて悪い。ターゲットへの
再付着が顕著に生じるのが、■谷のエッチ部分でターゲ
ットの消費に従って、■谷が深くなるに従って組成ずれ
が大きくなっている。従来のターゲットの消費パターン
に対して本発明によるものは、■谷が生じることな（均
一に消費されるため、上記原因による組成ずれが生じな
い。そのため、反応性スパッタにおいてもターゲット利
用率改善に威力を発揮する。

細長レーストラック状プラズマリングとシャック４の開
口部を連続的に移動させ、プレート状あるいはフィルム
状基板３をターゲット５に対して平行に通過させながら
成膜する際、一般にプラズマリングの移動する方向と速
度によって基板３の通過方向に膜厚分布が生じてしまう
。プラズマリングが移動することはシャッタ４の開口部
に基板３がさらされて成膜される時間が、基板３の送り
方向にプラズマリングを移動する場合には長く、逆の場
合は短（なるため、膜厚分布が生じ、基板３の通過方向
に膜厚の厚い部分と薄い部分ができてしまう。成膜時間
を均一にするための方策として、プラズマリングの移動
速度を基板３の搬送速度に加えた速度で基板３を通過さ
せることで、プラズマリングの移動による膜厚分布は生
じな（なる。すなわち、基板３の送り方向にプラズマリ
ングを移動する場合には、基板搬送速度にプラズマリン
グの移動速度を加え、逆の場合は、基板搬送速度からプ
ラズマリングの移動速度を減じた通過速度にすることで
、相対的にプラズマリングが静止した場合と同一となり
、膜厚分布は均一となる。

基板３の搬送速度を細かく制御するには機構的に大変で
あることから他の方法として、成膜時間の差異を補うた
めに、放電電流を制御することで均一化が可能となる。

すなわち、成膜時間が長（なる基板３の送り方向にプラ
ズマリングを移動する場合には、放電電流を小さくし、
成膜時間が短（なる基板３の送り方向と逆にプラズマリ
ングを移動する場合には、放電電流を大きくする。この
相方を併用しても、どちらが一方のみの操作でも膜厚分
布均一化の効果はある。一方、基板３０通過速度に比べ
てプラズマの移動速度が極めて遅い場合には、成膜時間
の差異も小さくなり、膜厚分布も許容範囲と見なせる。

例えば、膜厚分布を±５％にするためには、プラズマ移
動速度をフィルム搬送速度の５％以下にすればよいこと
になる。勿論、磁極構造体７の移動速度と基板３の移動
速度を同じにして、成膜厚み分布が一定になるようにす
ることもできる。

なお、フィルム状基板をドラムに巻き付けて成膜するロ
ールコーク式スパッタにおいても、ロール径がカソード
幅に比べて十分大きい場合には、上述の方策で効果が得
られる。

以下、本発明の実験例と比較例を示し、本発明における
ターゲットの有効利用について説明する。

（比較例） ターゲット５の外形寸法５ｉｎＸ３０ｉｎ（１２７ｍｍ
Ｘ７６２ｍｍ）、厚さ６ｍｍ、磁極構造体７は、中央磁
極７ａが幅１０ｍｍＸ高さ２０ｍｍＸ長さ６００ｍｍの
棒状希土類磁石で残留磁束密度１０，０００　Ｇａｕｓ
ｓ、外周磁極７ｂが幅１０ｍｍＸ高さ２０ｍｍで中央磁
極７ａのまわりに５５ｍｍの間隔をあけて置かれた口形
希土類磁石で残留磁束密度１０，０００　Ｇａｕｓｓで
ある。磁性体ヨク８の比透磁率５０００で、ターゲット
５にはＣｕを用いた。Ａｒガス圧力１０ｍＴｏｒｒ　、
放電電流、放電時間は任意の場合のターゲット消費パタ
ーンを示したのが第７図である。ターゲット消費パター
ンは■谷となっており、ターゲット利用率は３０％と低
い値であった。

（実験例） ターゲット５の外形寸法は比較例のものと同様５ｉｎＸ
３０ｉｎ　（１２７ｍｍＸ７６２ｍｍ）厚さ６ｍｍ、磁
極構造体７は、中央磁極７ａが幅１０ｍｍｘ高さ２０ｍ
ｍＸ長さ６８０ｍｍの棒状希土類磁石で残留磁束密度１
０，０００　Ｇａｕｓｓ、外周磁極７ｂが幅１０ｍｍＸ
高さ２０ｍｍで中央磁極７ａのまわりに２５ｍｍの間隔
をあけて置かれた細長口形希土類磁石で残留磁束密度は
１０，０００Ｇａｕｓｓである。磁性体ヨークの比透磁
率５０００で、ターゲット５にはＣｕを用いた。Ａｒガ
ス圧力１０ｍＴｏｒｒ　、　Ｖ谷が生じないようにター
ゲット背面の磁極全体をボールネジを用いてターゲット
幅方向に周期的に繰り返し１０ｍｍ間隔で往復移動させ
た場合、放電電流、放電時間は任意のタゲット消費パタ
ーンを示したのが第８図である。

ターゲット消費パターンは均一な消費パターンとなって
おり、ターゲット利用率は７０％と改善された。

この実験例では基板を１枚１枚通過しながら成膜する場
合について述べたが、ロールコータによりフィルム状基
板の場合で同様の効果が得られる。

また、磁極を固定してターゲットの位置を移動させても
、ターゲット上でプラズマ位置が相対的に移動するため
同様の効果が期待できる。

［発明の効果］ 本発明においては、基板を通過移動させながらスパッタ
リングを行うときに、略長方形のターゲットと磁極構造
体の相対位置を基板の移動方向と同方向に交互に移動さ
せながら成膜するようにしたので、ターゲットの多くの
部分を有効利用することができ、ターゲットの利用率は
少なくとも２倍以上にもなり、生産性も著しく向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の方法を実施する装置の１実施例を
示すもので、第１図は概略正面図、第２図はターゲット
と磁極構造体の斜視図、第３図はターゲット部の作用説
明図、第４〜６図は本発明に類した従来技術の１例を示
すもので、第４図は概略正面図、第５図はターゲットと
磁極構造体の斜視図、第６図はターゲット部の作用説明
図、第７図は従来例によるターゲット消費パターンを示
す図、第８図は本発明によるターゲット消費パターンを
示す図である。 １・・・・・・真空容器、 ３・・・・・・基板、 ５・・・・・・矩形ターゲット、 ７・・・・・・磁極構造体、 ７ｂ・・・外周磁極、 ９・・・・・・磁力線、 １０・・・・・・レーストラック状プラズマリング、１
１・・・・・・磁極駆動部、　　１２・・・・・・駆動
部動力源、２・・・・・・基板加熱ヒータ、 ４・・・・・・シャッタ、 ６・・・・・・矩形カソード、 ７ａ・・・中央磁極、 ８・・・・・・磁性体ヨーク、 １３・・・・・・高圧電源、 １４・・・・・・タ ゲット消費パターン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成膜用の基板を略長方形のマグネトロン電極の短
   手方向に通過移動させ、前記電極を構成するターゲット
   と磁極構造体の相対位置を基板の移動方向と同方向に交
   互に移動させながら成膜するようにした通過式スパッタ
   リング方法。
2. （２）略長方形のマグネトロン電極を構成するターゲッ
   トと磁極構造体をその短手方向に相対的に移動自在に設
   け、成膜用の基板を前記電極の短手方向に通過移動可能
   に設けた通過式スパッタリング装置。