JPH04346662A - スパッタリング方法およびその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、矩形ターゲットを用い
た通過式スパッタリング装置におけるスパッタリング方
法およびその装置に係わり、特に均一に広い範囲にわた
ってプラズマリングを発生させるとともにそのプラズマ
リングを発生させるカソード構造に関するものである。

【０００２】

【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−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。 前述したレ−ストラック状プラズマリングを封じ込める
磁界は、矩形ターゲット背面側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た。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可能な限り均一に
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、十分な効果が得られていないのが現状である
。

【０００３】図６は従来のスパッタリング装置の主要構
成を説明する図であり、図７は図６の詳細な構成および
その動作を説明する図である。図６において、１は真空
容器、２は基板を予め所定の温度に加熱する基板加熱ヒ
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
に配置された環状（レーストラック状）の外周磁極、８
は中央磁極７ａと外周磁極７ｂとを磁気的に結合させる
磁性体ヨーク、９はプラズマを封じ込める磁力線、１０
は矩形ターゲット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、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である。ま
た、図７において、１４はレーストラック状プラズマリ
ング１０によって消費されたターゲット消費パターンで
ある。

【０００４】

【発明が解決しよとする課題】しかしながら、このよう
に構成されるスパッタリング装置において、基板３は、
真空容器１にゲ−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、さらに搬送機構によって矩
形ターゲット５の上面を等速度で通過する。その際、矩
形ターゲット５の背面に配置された中央磁極７ａと外周
磁極７ｂとによって発生した漏れ磁界により、矩形ター
ゲット５の上面に生じたレーストラック状プラズマリン
グ１０によって矩形ターゲット５がスパッタされ、通過
中の基板３に成膜される。一般に矩形ターゲット５の上
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
密度に分布が生じてしまい、このため、矩形ターゲット
５の消費が不均一に進行する。磁界の水平成分が最も強
い部分（磁界の垂直成分が最も弱い部分）で顕著に消費
され、断面がＶ字形状に侵食されてしまう。このため、
ターゲットの利用率が極めて悪くなり、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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るするために本発明は、矩形ターゲットの長軸方向の中
心線を対称軸として環状（レーストラック状）に配置さ
れた内周磁極と、同一の対称軸にてこの内周磁極の外側
を囲むように環状（レーストラック状）に配置された外
周磁極と、内周磁極と外周磁極との間に配置された中間
磁極とによって構成される磁気発生手段を設けるととも
に内周磁極および外周磁極の両方あるいは少なくとも一
方の磁極要素がＮＳ極性の中心点を回転中心としてＮＳ
極性の方向を回動変更できる回動駆動機構を有する磁気
発生手段を設け、内周磁極と外周磁極とのＮＳ極性の相
対的方向を変えることで矩形ターゲット上面に発生する
漏れ磁界分布を変えるようにしたものである。

【０００６】

【作用】本発明においては、基板上のプラズマ発生領域
を矩形ターゲット中心線に対して拡縮移動させることが
でき、ターゲットの利用効率の飛躍的に向上する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明によるスパッタリング装置の一
実施例による装置全体の構成を示す要部断面図である。 図２（ａ）は図１のターゲット上面で拡縮移動するレー
ストラック状プラズマリングを示し、図２（ｂ）は磁極
の極性の方向を変える回動駆動機構とを備えた磁気発生
手段の構成を示す斜視図であり、図３は図１の内周磁極
と外周磁極とのＮＳ極性の相対的位置とターゲット上面
の生じるレーストラック状プラズマリングの関係とプラ
ズマによって消費されたターゲット消費パターンとの関
係を示す断面図でである。図１において、１は真空容器
、２は基板を予め所定の温度に加熱する基板加熱ヒータ
、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は矩形ターゲット、６は矩形カソード、１１
ａは矩形ターゲット５の長軸方向の中心線を対称軸とし
て環状に配置された磁極の極性の方向を回動変更できる
内周磁極、１１ｂは同一の対称軸にて内周磁極１１ａの
外側を囲むように配置された磁極の極性の方向を回動変
更できる環状の外周磁極、１２は内周磁極１１ａと外周
磁極１１ｂとの中間に配置された環状の中間磁極である
。なお、９は内周磁極１１ａと外周磁極１１ｂとの間に
形成される磁力線、１０は矩形ターゲット５の上面を拡
縮移動するレーストラック状プラズマリング、１３は主
放電用の高圧電源、１４は拡縮移動するレーストラック
状プラズマリング１０によって消費されたターゲット消
費パターン、１５は内周磁極１１ａおよび外周磁極１１
ｂの極性方向を回動変更する駆動装置であり、この駆動
装置１５は外周磁極１１ｂに複数組のウォームギア装置
，軸受け装置およびモータ等を組み合わせ外周磁極１１
ｂの各辺が実線で示す矢印方向および点線で示す矢印方
向に同一タイミングで回動できるように構成されている
。

【０００８】このような構成において、従来と同様の手
順で搬入し、基板加熱された基板３は、矩形ターゲット
５の上面側を等速度で通過するその際、矩形ターゲット
５の背面側に配置された内周磁極１１ａと外周磁極１１
ｂとの極性の相対的位置関係により発生した漏れ磁界９
によって矩形ターゲット５の上面に生じたレーストラッ
ク状プラズマリング１０により、矩形ターゲット５がス
パッタリングされ、基板３は成膜され、真空容器１外へ
従来と同様にして搬送される。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図２（
ｂ）に示すような駆動装置１５により内周磁極１１ａお
よび外周磁極１１ｂの両方あるいは少なくとも一方をの
磁極要素の極性を変えることで図２（ａ）に示すように
スパッタリングの範囲であるレーストラック状プラズマ
リング１０の位置を矢印で示す方向に変える。その後、
新しく搬入された基板３は移動後の新しいスパッタ範囲
をスパッタリングし、成膜される。以上の操作を周期的
あるいは基板ロッド毎にターゲット幅内で繰り返し拡縮
移動させてスパッタリングすることで矩形ターゲット５
の全面にわたって均一に消費できるため、矩形ターゲッ
ト５の利用率が飛躍的に改善され、図３に示すようにタ
ーゲット消費パターン１４が得られる。

【０００９】このように通常のスパッタリングでは、タ
ーゲット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への再
付着による組成ずれが膜の組成にも影響することから、
ターゲットが付着物で汚染された時点で寿命と見なし早
めに交換しているため、ターゲット利用率が極めて悪い
。ターゲットの再付着物が顕著に影響するのがＶ字形状
のエッジ部分でターゲットの消費にしたがってＶ字形状
が深くなるに伴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実施例によるも
は、Ｖ字形状が生じることなく、均一に消費されるため
、前述した原因による組成ずれが生じにくい。さらに本
実施例では、レーストラック状プラズマリング１０を拡
縮移動できるので、プリスパッタすることで、組成ずれ
の防止が可能となる。このため、反応性スパッタにおい
てもターゲット利用率が改善され、威力を発揮できる。

【００１０】次にこのように構成されるスパッタリング
装置を以下の運転条件により矩形ターゲットの有効利用
について具体例を用いて説明する。

【００１１】（比較例）矩形ターゲット５の外形寸法は
８インチ×３０インチ（２０３ｍｍ×７６２ｍｍ），厚
さが６ｍｍであり、磁極構造は中央磁極７ａが幅１５ｍ
ｍ×高さ３０ｍｍ×長さ６００ｍｍの棒状希土類磁石で
残留磁束密度１００００Ｇａｕｓｓ，上面がＮ極になる
ように着磁されている。また、外周磁極７ｂの幅は幅１
５ｍｍ×高さ３０ｍｍで７６０ｍｍ×２００ｍｍの矩形
状を有しており、中央磁極７ａの外側を囲むように配置
されている。残留磁束密度は１００００Ｇａｕｓｓ，上
面がＳ極になるように着磁されている。磁性体ヨーク８
の比透磁率は２５００でターゲットにはＣｕを用いた。 Ａｒガス圧力１０ｍｍＴｏｒｒ，放電電流および放電時
間は任意の場合でのターゲット消費パターンを示したの
が図４（ａ）である。同図に示すようにターゲット消費
パターンはＶ字形状となっており、ターゲット利用率は
約１８％と低い値であった。

【００１２】（具体例）矩形ターゲット５は外形寸法が
８インチ×３０インチ（２０３ｍｍ×７６２ｍｍ），厚
さ６ｍｍのＣｕを用いた。磁極構造は、内周磁極１１ａ
は直径２５ｍｍで内側がＮ極になるように径方向に着磁
された円柱状希土類磁石にて６００ｍｍ×６０ｍｍの矩
形状に４辺の磁気要素にて組み込まれている。残留磁束
密度は１００００Ｇａｕｓｓである。外周磁極１１ｂも
直径２５ｍｍで内周がＮ極になるように径方向に着磁さ
れた円柱状希土類磁石にて７６０ｍｍ×２００ｍｍの矩
形状に４辺の磁極要素にて組み込まれている。残留磁束
密度は１００００Ｇａｕｓｓである。中間磁極１２は幅
２０ｍｍ×高さ１０ｍｍで内周磁極１１ａと外周磁極１
１ｂとの間に配置されており、磁力線の通路となるよう
に着磁されている。本実施例では、内周磁極１１ａは内
側がＮ極の位置に固定し、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）
にそれぞれ示すように外周磁極１１ｂを次の３つのタイ
プ、すなわち■内側をＮ極（外側をＳ極）とする（図３
（ａ））。■上記■の状態から時計方向に９０度回動し
て上面をＳ極とする（図３（ｂ））。■上記■をさらに
時計方向に９０度回動して内側をＳ極とする（図３（ｃ
））。を約１５分毎に■→■→■→■→■の順で繰り返
しスパッタリングを行った。Ａｒガス圧１０ｍｍＴｏｒ
ｒで放電電流，放電時間は任意として図４（ｂ）に示す
ようなターゲット消費パターンとなり、ターゲット利用
率は約６０％と改善された。なお、図４（ａ）は従来の
ターゲット消費パターンである。

【００１３】図５は本発明によるスパッタリング装置の
他の実施例を示す要部斜視図であり、前述の図と同一部
分には同一符号を付してある。同図において、図２と異
なる点は、環状に配置された外周磁極１１ｂの対向する
一方の角部に約０．１〜０．５ｍｍの隙間Ｇを介して磁
性体ヨーク１６を配置して構成することによって矩形タ
ーゲット５の上面に均一な磁界分布が得られる。

【００１４】なお、前述した実施例においては、基板を
１枚１枚通過しながら成膜する場合について説明したが
、本発明はこれに限定されるものではなく、ロールコー
タによるフィルム状基板や磁性体ターゲットの場合にも
ターゲット利用率の上で同様な効果が得られる。

【００１５】また、前述した実施例においては、中間磁
極に永久磁石を用いた場合について説明したが、本発明
はこれに限定されるものでなく、磁性体ヨークあるいは
磁極がなくても同様の効果が得られることは勿論である
。

【００１６】また、前述した実施例では、図３に示した
ように内周磁極１１ａの内側をＮ極，外側をＳ極とした
が、これは内周磁極１１ａの内側をＳ極，外側をＮ極と
し、中間磁極１２の極性を反対にしたり、内周磁極１１
ａの上側をＮ極，下側をＳ極とすることもできる。また
、内周磁極１１ａを回動させたり、内周磁極１１ａと外
周磁極１１ｂとの両方を適宜回動させたりすることもで
きる。

【００１７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
プラズマを拡縮移動するようにしたことにより、ターゲ
ット全面が均一に消費されるので、ターゲットの利用効
率を大幅に向上させることができ、また、組成ずれが生
じにくくなるなどの極めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に係わるスパッタリング装置の構成
を示す断面図である。

【図２】　　図１の駆動装置の構成を示す斜視図である
。

【図３】　　本発明によるスパッタリング方法による矩
形ターゲットの消費状態を説明する断面図である。

【図４】　　従来および本発明によるスパッタリング方
法による矩形ターゲットのターゲット消費パターンを示
す断面図である。

【図５】　　本発明に係わるスパッタリング装置の他の
実施例を示す要部断面図である。

【図６】　　従来のスパッタリング装置の構成を示す断
面図である。

【図７】　　従来のスパッタリング方法を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　真空容器 ２　　　　基板加熱ヒータ ３　　　　基板 ４　　　　シャッタ ５　　　　矩形ターゲット ６　　　　矩形カソード ９　　　　磁力線 １０　　　　レーストラック状プラズマリング１１ａ　
　内周磁極 １１ｂ　　外周磁極 １２　　　　中間磁極 １３　　　　高電圧電源 １４　　　　ターゲット消費パターン １５　　　　駆動装置 １６　　　　磁性体ヨーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板の堆積面に所定の間隔を隔てて矩
   形ターゲットを互いに対向させ、前記矩形ターゲット上
   面に環状プラズマリングを発生させるとともに前記環状
   プラズマリングを拡縮移動させながら、スパッタリング
   を行うことを特徴としたスパッタリング方法。
2. 【請求項２】　　基板の堆積面に所定の間隔を隔てて対
   向配置された矩形ターゲットと、前記矩形ターゲットを
   載置しかつ前記矩形ターゲット上面にプラズマリングを
   発生させる磁気発生手段とを備え、前記磁気発生手段は
   、前記矩形ターゲットの長手方向の中心線を対称軸とし
   て環状に配置された内周磁極と、同一対称軸上に前記内
   周磁極の外側を囲むように環状に配置された外周磁極と
   、前記内周磁極と外周磁極との間に配置された環状の中
   間磁極と、前記内周磁極，外周磁極の少なくとも一方の
   磁極要素のＮＳ極性の方向を回動させる回動駆動機構と
   を有することを特徴としたスパッタリング装置。