JPH0517869A - スパツタリング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターゲット材料の利用効率を高め、スパッタ
リングの諸特性を安定させるマグネトロンスパッタリン
グ方法および装置を提供する。 【構成】 磁束密度成分が水平方向に双峰特性を示し、
垂直方向で傾きが略零となる様に、磁気装置の２組の磁
気要素を磁化方向、配向が±６０度以内となる永久磁石
で構成し、ターゲット中心近傍と外周近傍に環状に配置
し、その外周に環状の電磁石を配置し、磁気要素の永久
磁石のＮ極またはＳ極を全て同一側とし、高密度プラズ
マの発生領域をターゲットの中心近傍から外周近傍まで
移動させながら成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はグロー放電を利用する薄
膜形成方法及びその装置に係わり、特に成膜物質から成
り、薄膜の原料と言えるターゲット材料の利用効率の高
いマグネトロンスパッタリング技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高ターゲット利用率マグネトロンスパッ
タリング技術の内、本発明に最も近い従来技術として、
永久磁石で構成された磁界発生源をターゲット裏面の内
外周に配置し、この磁界発生源が作るターゲット上の漏
洩磁界を該磁界発生源の近傍に配置した電磁石の励磁電
流を調整し、漏洩磁界分布を変化させることで、スパッ
タリングに寄与するターゲット直上近傍の高密度プラズ
マの発生領域をターゲット中心近傍から外周近傍までの
間を移動させながら成膜する技術がある。高密度プラズ
マの発生領域が調整出来ないマグネトロンスパッタリン
グ技術のターゲット利用率が２０％程度であるのに対
し、この高密度プラズマの発生領域を調整し、最適化す
ることにより、ターゲット利用率を４０％程度まで向上
させている。

【０００３】図１５〜図２３は、本発明に最も近い従来
技術の１例として８×２６インチの矩形プレーナーマグ
ネトロンスパッタリングカソードを有するスパッタリン
グ方法及び装置を説明するもので、図１５は主要構成を
示し、図１６はカソード部の断面構造の概略図で高密度
プラズマをターゲット外周近傍に位置する様に制御した
場合のプラズマ及びターゲットの侵食状態を示し、図１
７は図１６に示したカソードで高密度プラズマをターゲ
ット外周近傍に位置する様に制御した場合に発生するタ
ーゲット直上面の漏洩磁界の中心から外周に到る範囲の
ターゲット面に対し水平方向の磁束密度成分と、垂直方
向の磁束密度成分を表す線図でターゲット直上の漏洩磁
界の磁束密度分布を示し、図１８はカソード部の断面構
造の概略図で高密度プラズマをターゲット内周近傍に位
置する様に制御した場合のプラズマ及びターゲットの侵
食状態を示し、図１９は図１８に示したカソードで高密
度プラズマをターゲット内周近傍に位置する様に制御し
た場合に発生するターゲット直上面の漏洩磁界の中心か
ら外周に到る範囲のターゲット面に対し水平方向の磁束
密度成分と、垂直方向の磁束密度成分を表す線図でター
ゲット直上の漏洩磁界の磁束密度分布を示し、図２０は
高密度プラズマ発生位置の中心に対する高密度プラズマ
の発生領域を移動させるために消費する電磁石の消費電
力を示し、図２１は高密度プラズマをターゲット外周近
傍から内周近傍に位置させた時に変動する放電インピー
ダンスを示し、図２２は高密度プラズマをターゲット外
周近傍から内周近傍に位置させた時に変動する基板近傍
のイオン電流密度を示し、図２３は図１５に示した断面
構造を有するカソードで、高密度プラズマをターゲット
外周近傍、及び、内周近傍に繰り返し位置する様に制御
し、ターゲットとして８×２６インチの無酸素銅を用い
寿命に到るまで使用した場合のターゲット短尺方向の中
心から外周までの範囲における侵食状態を示している。

【０００４】なお、図１５〜図２３において、１は永久
磁石から成る中央磁極、２は永久磁石から成る外周磁
極、４は中央磁極１と外周磁極２を磁気的に結合する軟
磁性体から成るヨーク、６は成膜物質より成るターゲッ
ト、８は基板、１１は中央磁極１と外周磁極２の間の磁
気回路により形成されるトンネル状の磁力線の模式図、
１４はトンネル状の磁力線１１により閉じ込められた環
状のプラズマの断面模式図、１５はプラズマ１４中のス
パッタ用ガスイオンの衝突によりターゲット６が侵食さ
れた部分を表す断面模式図、２０は真空容器、２１はカ
ソード部外壁、２２はターゲット６およびカソード内部
を冷却する水配管、２３はカソード部を真空容器に連結
するための真空シール機能および電気絶縁機能を有する
絶縁体、２４は必要に応じてプラズマポテンシャルを調
整するために設けられたアノードリング、２５は真空容
器外の電源からアノードリングへ給電するための電流導
入端子、２６は真空容器に対してアノードリングを電気
的に絶縁し固定するための絶縁体、２７は基板８を載置
し冷却または加熱され所定の温度を維持し真空容器２０
と電気的に絶縁された基板載置手段、２８は基板用アー
スシールド、２９は基板載置手段２７と基板用アースシ
ールド２８を連結するための真空シール機能および電気
絶縁機能を有する絶縁体、３０はスパッタ用のガスを導
入する質量流量制御弁、３１は真空容器２０の内部を排
気する排気装置、４０はターゲット６およびカソード部
にスパッタリング用のプラズマを生成するために高電圧
を給電するスパッタ用高圧電源、４１は必要に応じてア
ノードリングに給電する電源、５０は電磁石に励磁電流
を供給する励磁電源、５１は内周電磁石、５２は外周電
磁石を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明に最も近い高タ
ーゲット利用率マグネトロンスパッタリング技術は、永
久磁石が作るターゲット上の漏洩磁界を電磁石の励磁調
整で、その分布を変化させ、高密度プラズマの発生領域
を移動制御することで、以前のマグネトロンスパッタリ
ングに比ベターゲット利用率が２倍程度向上した。特
に、高価なターゲットを使用するコーティングで、連続
生産の成膜製造装置においては、成膜コストを低減する
有力な技術である。

【０００６】この従来技術の原理は、ターゲット上の漏
洩磁界を形成する磁界発生源を永久磁石とし、その漏洩
磁界の垂直成分は、図１７に示す様に半径方向（又は、
ターゲット中心から外周方向）に対し、急峻な勾配で０
［Ｇａｕｓｓ］をよぎる分布となる。この０［Ｇａｕｓ
ｓ］をよぎる点は、高密度プラズマの略中心で、この点
では著しくターゲット材料が消費されターゲットの最大
侵食深さを示す位置と成り、高密度プラズマの発生領域
を移動制御させるために、漏洩磁界の垂直成分が０［Ｇ
ａｕｓｓ］と交わり正から負、又は、負から正へと変化
するこの点とターゲットの中心からの距離を、電磁石が
作る磁界を作用させて変化させている。また、電磁石が
作る磁界は、励磁方向、及び、励磁電流により、図１６
に示す様に、プラズマが外周近傍へ位置する場合は、図
１７に示すターゲット上の漏洩磁界の各成分双方が、主
にプラス側へシフトし、一方、図１８に示す様に、プラ
ズマが内周近傍へ位置する場合は、図１９に示すターゲ
ット上の漏洩磁界の各成分双方が、主にマイナス側へシ
フトする様に作用する。

【０００７】ところが、図１６に示す様に、ターゲット
上の漏洩磁界を形成する磁界発生源である永久磁石の磁
化方向、又は、配置（配向）がターゲットに対し略垂直
に交わる方向であるため、ターゲット上の漏洩磁界の垂
直成分は、図１７に示す様に急峻な勾配で０［Ｇａｕｓ
ｓ］をよぎる分布となるため、図２３に示す様なターゲ
ット侵食形状を得るために高密度プラズマの発生領域を
移動させるのに必要な電磁石は大容量となりカソードの
スペースファクタを悪化させ、又、その励磁電源も大容
量のものを採用する必要がある。

【０００８】さらに、プラズマ移動のための電磁石励磁
による強力な磁界のために、図１７及び図１９に示すプ
ラズマ移動には殆ど寄与しない漏洩磁界の水平成分の変
化が大きいので、ターゲット上のプラズマ密度が大きく
変動し、スパッタリング特性の内、特に放電インピーダ
ンスと成膜スピードの変化が大となるばかりか、基板と
ターゲット間の磁界を大きく変動させるため、基板近傍
のイオン電流密度（荷電粒子密度）にも大きく影響す
る。（図２０、図２１、図２２参照）

【０００９】従って、ＩＴＯ（インジウムとスズ合金の
酸化物）等に代表されるスパッタリング特性（放電特
性）が成膜中に変化しては、好ましく無い膜を成膜する
場合、適用できないか、もしくはプラズマ移動幅を小さ
くして制御しなければならないと言った問題点が有っ
た。

【００１０】本発明は、マグネトロンスパッタリング成
膜技術に係わり、特に薄膜の原料と言える成膜物質から
成るターゲット材料の利用効率の高く、スパッタリング
特性の諸特性が安定で、荷電粒子（ガスイオンや電子）
のダメージを嫌う様な成膜においても適用可能なマグネ
トロンスパッタリング方法及び装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、ターゲッ
トを載置し電圧を印加しうる構造で、且つ、冷却機能を
有するカソード部の近傍に磁気装置を配置したものにお
いて、該磁気装置の発生する磁界に関し、ターゲット直
上面の中心から外周に到る範囲の磁束密度分布におい
て、ターゲット面に対し中心と外周の間で垂直方向の磁
束密度成分の傾きが略零となる様に、該磁気装置の少な
くとも１組の磁気要素をターゲット裏面の中心近傍に環
状（又は楕円状、又はレーストラック状）に配置し、該
磁気要素をターゲット面と平行な面に対し磁化方向、又
は、配向が±６０度以内の角度差を有する永久磁石で構
成し、且つ、ターゲット外周近傍に環状の電磁石（ソレ
ノイドコイル）を配置し、該電磁石の励磁方向、及び、
又は、励磁電流を調整し、スパッタリングに寄与するタ
ーゲット直上近傍の高密度プラズマの発生領域をターゲ
ットの軸対称線、又は、軸対称面に対し中心近傍から外
周近傍までの間を移動させながら成膜することにより達
成される。

【００１２】

【作用】スパッタリング用のカソード部（成膜物質から
成るターゲットを載置し冷却が可能でプラズマ生成のた
めの放電電圧を印加できる構造体）の近傍に設けた磁気
装置に関し、該磁気装置の少なくとも１組の磁気要素を
ターゲット裏面の中心近傍に環状（又は楕円状、又はレ
ーストラック状）に配置し、該磁気要素をターゲット面
と平行な面に対し磁化方向、又は、配向が±６０度以内
の角度差を有する永久磁石で構成することで、この磁気
装置によりターゲット直上面に発生される漏洩磁界の磁
束密度分布の中心から外周に到る範囲において、ターゲ
ット面に対し中心と外周の間で垂直方向の磁束密度成分
の傾きが略零となる。この様な漏洩磁界分布のもとで
は、ターゲット外周近傍に配置した環状の電磁石（ソレ
ノイドコイル）の作る磁界でスパッタリングに寄与する
ターゲット直上近傍の高密度プラズマの発生領域をター
ゲットの軸対称線、又は、軸対称面に対し中心近傍から
外周近傍までの間を移動させるのに僅かの励磁で可能と
なる。

【００１３】このため、ターゲット利用率を向上させる
目的で高密度プラズマの発生領域を移動させるのに必要
な電磁石は小容量のもので良く、スペースファクタの良
いカソードが実現でき、又、その励磁電源も小容量で足
りる。

【００１４】一方、プラズマ移動のための電磁石励磁に
よる磁界は僅かで良いため、プラズマ移動には殆ど寄与
しない漏洩磁界の水平成分の変化も少ないので、ターゲ
ット上のプラズマ密度の変動が小さく、放電インピーダ
ンスや成膜スピードに与える影響がごく僅かであると同
時に、基板とターゲット間の磁界の変動も小さいので、
基板近傍のイオン電流密度（荷電粒子密度）に与える影
響も殆ど無視できる状態となる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例として、８×２６インチの矩
形ターゲット用のカソードを有するスパッタリング方法
及び装置を例にとり、図１〜図１４により以下説明す
る。図１〜図１４において、１はターゲット６の面と平
行な面に対し、磁化方向、又は、配向が±６０度以内の
角度差を有する永久磁石から成る中央磁極、２は永久磁
石から成る外周磁極、３は永久磁石から成る中間磁極、
４は中央磁極１と外周磁極２を磁気的に結合する軟磁性
体から成るヨーク、６は成膜物質より成るターゲット、
８は基板、１１は中央磁極１と外周磁極２の間の磁気回
路により形成されるトンネル状の磁力線の模式図、１４
はトンネル状の磁力線１１により閉じ込められた環状の
プラズマの断面模式図、１５はプラズマ１４中のスパッ
タ用ガスイオンの衝突によりターゲット６が侵食された
部分を表す断面模式図、６７は外周磁極２の近傍に配置
した環状の電磁石（ソレノイドコイル）、６０は電磁石
６７に励磁電流を供給する励磁電源、６３は電磁石６７
の励磁方向を示す模式図、６９は中間磁極３をターゲッ
ト６に対し遠近調整する駆動手段である。

【００１６】２０は真空容器、２１はカソード部外壁、
２２はターゲット６およびカソード内部を冷却する水配
管、２３はカソード部を真空容器に連結するための真空
シール機能および電気絶縁機能を有する絶縁体、２４は
必要に応じてプラズマポテンシャルを調整するために設
けられたアノードリング、２５は真空容器外の電源から
アノードリングへ給電するための電流導入端子、２６は
真空容器に対してアノードリングを電気的に絶縁し固定
するための絶縁体、２７は基板８を載置し冷却または加
熱され所定の温度を維持し真空容器２０と電気的に絶縁
された基板載置手段、２８は基板用アースシールド、２
９は基板載置手段２７と基板用アースシールド２８を連
結するための真空シール機能および電気絶縁機能を有す
る絶縁体、３０はスパッタ用のガスを導入する質量流量
制御弁、３１は真空容器２０の内部を排気する排気装
置、４０はターゲット６およびカソード部にスパッタリ
ング用のプラズマを生成するために高電圧を給電するス
パッタ用高圧電源、４１は必要に応じてアノードリング
に給電する電源を示す。

【００１７】なお、スパッタ用高圧電源４０はターゲッ
トの材質により、直流電源、又は、高周波電源と高周波
整合装置を用いる。

【００１８】以上の主要構成要素からなる図１に示す本
発明の第１の実施例の装置全体は以下のように動作す
る。

【００１９】基板８を基板載置手段２７に載置した後、
排気装置３１により、真空容器２０の内部を所定のバッ
クグラウンド（高真空）まで排気すると同時に、基板載
置手段２７を温度制御して基板８を所定の温度に保つ。
その後、スパッタ用のアルゴンガス（これに限定するも
のでは無い）を質量流量制御弁３０より導入し、所定の
ガス圧力に調整する。

【００２０】ターゲット６に電気的に接続されたカソー
ド部外壁２１へスパッタ用高圧電源４０から電力を供給
すると、磁力線１１に閉じ込められたスパッタリング用
の高密度プラズマ１４が発生する。この磁力線１１は、
中央磁極１がターゲット６の面と平行な面に対し、磁化
方向、又は、配向が±６０度以内の角度差を有する永久
磁石から構成され、環状に配置しているので、ターゲッ
ト直上面に発生される漏洩磁界の磁束密度分布の中心か
ら外周に到る範囲において、ターゲット面に対し中心と
外周の間で垂直方向の磁束密度成分の傾きが略零とな
る。

【００２１】この時、電磁石６７に供給する励磁電流を
０［Ａ］に設定しておけば、ターゲット６上の漏洩磁界
分布の垂直・水平の各成分は、図３に示す様な形態にな
るため、スパッタリングに寄与するターゲット６直上近
傍の高密度プラズマ１４の発生位置の中心は、ターゲッ
ト短尺方向の中心より５８［ｍｍ］の所となり、図２に
示す様な断面形態となる。この高密度プラズマ１４中の
アルゴンガスイオンは陰極降下（カソードフォール）に
より加速されターゲット６の上記、中心から５８［ｍ
ｍ］の所が最も多く（プラズマ１４中のアルゴンガスイ
オンの密度分布に略比例）衝突し、ターゲット原子をた
たき出す。たたき出されたターゲット原子が基板８表面
に堆積し、スパッタリング成膜機能を果たすと同時に、
ターゲット６の中心から５８［ｍｍ］の近傍が侵食す
る。

【００２２】同様に、電磁石６７に供給する励磁電流を
＋１４［Ａ］（図４に示す励磁方向模式図６３の矢印方
向）に設定しておけば、漏洩磁界分布の垂直・水平の各
成分は、図５に示す様になるため、高密度プラズマ１４
の発生位置の中心は、ターゲット短尺方向の中心より７
７［ｍｍ］の所となり、図４に示す様な断面形態とな
る。この高密度プラズマ１４中のアルゴンガスイオンは
陰極降下により加速されターゲット６の中心から７７
［ｍｍ］の所が最も多く衝突し、ターゲット原子をたた
き出す。たたき出されたターゲット原子が基板８表面に
堆積し、スパッタリング成膜機能を果たすと同時に、タ
ーゲット６の中心から７７［ｍｍ］の近傍が侵食する。

【００２３】同様に、電磁石６７に供給する励磁電流を
−２０［Ａ］（図６に示す励磁方向模式図６３の矢印方
向）に設定しておけば、漏洩磁界分布の垂直・水平の各
成分は、図７に示す様になるため、高密度プラズマ１４
の発生位置の中心は、ターゲット短尺方向の中心より３
４［ｍｍ］の所となり、図６に示す様な断面形態とな
る。この高密度プラズマ１４中のアルゴンガスイオンは
陰極降下により加速されターゲット６の中心から３４
［ｍｍ］の所が最も多く衝突し、ターゲット原子をたた
き出す。たたき出されたターゲット原子が基板８表面に
堆積し、スパッタリング成膜機能を果たすと同時に、タ
ーゲット６の中心から３４［ｍｍ］の近傍が侵食する。

【００２４】上記の構成により、永久磁石で構成した磁
気要素が作るターゲット上面の漏洩磁界の磁束密度分布
の中心から外周に到る範囲において、ターゲットの中心
と外周の間で垂直方向の磁束密度成分の傾きが略零と成
っているため、従来技術が２個必要であった電磁石が、
最低１個あれば良く、又、この電磁石６７の作る磁界で
高密度プラズマの発生領域を移動させるのに僅かの励磁
で可能となり、その消費電力は、図１１に示す様にプラ
ズマが外周よりの位置（ターゲット中心から７７［ｍ
ｍ］）では０．１７［ｋＷ］、中央よりの位置（ターゲ
ット中心から３４［ｍｍ］）では０．３５［ｋＷ］であ
る。

【００２５】従って、電磁石６７は小容量のもので良
く、スペースファクタの良いカソードが実現でき、その
励磁電源６０も小容量で足りる。

【００２６】又、高密度プラズマの発生領域の中心の移
動幅が４３［ｍｍ］（ターゲット短尺方向の中心より３
４［ｍｍ］〜７７［ｍｍ］の間）なので、上記の電磁石
６７の励磁により高密度プラズマの各位置に滞在する時
間調整を最適化し、ターゲット寿命に到るまで繰り返
し、周期的に移動させ制御することで、成膜物質から成
るターゲット材料の体積利用効率は、４０［％］以上と
することが可能で、そのターゲット短尺方向の中心から
外周までの断面は、図１４に示す形状となる。

【００２７】なお、図１には、基板搬送手段、基板昇降
手段、基板回転手段、リアクティブスパッタ用ガス導入
手段、シャッタ、ビューポート、真空計等は図示してい
ないが、必要に応じて使用が可能で、図１に示す構成に
限定するものではない。

【００２８】図２、図４、図６は本発明の第１の実施例
で図１に示したカソードの電磁石６７の励磁を変化させ
た時のスパッタリング用の高密度プラズマ１４の断面形
状、及び発生領域を示し、従来技術の図１６及び図１８
に比べ、Ｖ字形の侵食形状１５の断面積が広い特徴を有
する。

【００２９】図３、図５、図７は本発明の第１の実施例
で図１に示したカソードの電磁石６７の励磁を変化させ
た時の、ターゲット上面の漏洩磁界の磁束密度分布の中
心から外周に到る範囲のターゲット面に対し水平及び垂
直方向の各磁束密度成分を示した線図で、従来技術の図
１７及び図１９に比べ、水平成分に付いては、プラズマ
移動させるための電磁石励磁の強度が小さいため、磁束
密度の変動が、従来技術で約４００［Ｇａｕｓｓ］なの
に対し、本発明では１００［Ｇａｕｓｓ］以下と小さい
ので、図１２に示す様に放電インピーダンスの変動率が
±１２［％］以内と少なく、又、垂直成分に付いては、
従来技術のターゲット半径方向（中心から外周方向）に
対する分布が急峻な勾配で０［Ｇａｕｓｓ］をよぎるの
に対し、本発明の分布は０［Ｇａｕｓｓ］をよぎる点の
近傍の傾きが略零であるので、僅かの電磁石励磁でこの
点を移動可能なことが理解できる。

【００３０】図１１は本発明の第１の実施例で図１に示
したカソードに関し、電磁石６７の作る磁界で高密度プ
ラズマの発生領域を移動させるために消費する電磁石の
消費電力を高密度プラズマ発生位置の中心に対し表した
線図で、従来技術とほぼ同等の移動をさせる場合で比較
して、従来技術の図２０に示したものが最大１．８５
［ｋＷ］消費するのに対し、本発明では最大０．３５
［ｋＷ］と少ないため、従来の１／５の容量の励磁電源
で同等の効果が得られる。

【００３１】図１２は本発明の第１の実施例で図１に示
したカソードに関し、電磁石６７の作る磁界で高密度プ
ラズマの発生領域を移動させた時の高密度プラズマ発生
位置の中心に対する放電インピーダンスを表した線図
で、従来技術とほぼ同等の移動をさせた場合で比較し
て、従来技術の図２１に示したものが＋２５［％］〜−
５０［％］と大きく変動するのに対し、本発明では±１
２［％］以内と少ないため、成膜スピードの変動が少な
く、その他のスパッタリング特性（放電特性）の変動も
少ない。

【００３２】図１３は本発明の第１の実施例で図１に示
したカソードに関し、電磁石６７の作る磁界で高密度プ
ラズマの発生領域を移動させた時の高密度プラズマ発生
位置の中心に対する基板近傍のイオン電流密度を表した
線図で、従来技術とほぼ同等の幅を移動をさせた場合で
比較して、従来技術の図２２に示したものが０．０８〜
０．７５［ｍＡ／ｃｍ^２］と大きく変化しているのに対
し、本発明では０．１〜０．１７［ｍＡ／ｃｍ^２］と少
ないため、ＩＴＯ（インジウムとスズ合金の酸化物）等
に代表されるスパッタリング特性（基板近傍の荷電粒子
の密度）が成膜中に変化しては、好ましく無いものを成
膜する場合にも適用できる。

【００３３】図１４は本発明の第１の実施例で図１に示
したカソードにてターゲット６として８×２６インチの
無酸素銅を用い寿命に到るまで使用した場合のターゲッ
ト中心から外周までの範囲における侵食状態を示し、従
来技術とほぼ同等の幅を移動をさせた場合で比較して、
従来技術の図２３に示した侵食形状１５に比べ、本発明
の侵食断面積か大きいのは、ターゲット上の高密度プラ
ズマの密度分布が従来に比べ広範囲であるためで、同じ
移動幅においても本発明の方が利用率向上の面で有利で
ある。

【００３４】図８〜図１０は、本発明の第２〜第４の実
施例を示したカソード部断面の概略図である。

【００３５】図８は、本発明の第２の実施例で、高密度
プラズマの発生領域を移動させるための電磁石６７を外
周磁極２の近傍で、その内側に配置したもので、本発明
の第１の実施例で示したカソードに比べ、さらにスペー
スファクタを改善したものである。

【００３６】図９は、本発明の第３の実施例で、中央磁
極１と外周磁極２はターゲット６の面と平行な面に対
し、永久磁石の配向を各々＋４５度と−４５度の角度と
し、環状に配置したもので、第１の実施例で示した中央
磁極の構成要素である永久磁石の着磁方向をターゲット
面と平行な面に対し±６０度以内にしたものに比べ、中
央磁極１の永久磁石のコストを低減したものを示してい
る。

【００３７】図１０は、本発明の第４の実施例で、中央
磁極１と外周磁極２はターゲット６の面と平行な面に対
し、磁化方向又は配向が０度の角度差を有する永久磁石
の小片を複数組合せて環状に配置し、中央磁極１と外周
磁極２の間に磁化方向又は配向が０度の永久磁石で構成
した中間磁極３を環状に配置し、これをターゲット面に
対し遠近調整させる中間磁極駆動手段６９を具備したも
のを示す。この中間磁極駆動手段６９により、中間磁極
３をターゲット面に対し遠近調整させることにより、各
磁極を構成する永久磁石がターゲット６上面に作る漏洩
磁界の磁束密度分布の中心から外周に到る範囲において
垂直方向の磁束密度成分が０［Ｇａｕｓｓ］をよぎる付
近の傾きを微調整できるので、この垂直成分の傾きを限
りなく零に近付け、高密度プラズマの発生領域を移動さ
せるための電磁石６７の励磁を、本発明の第１の実施例
で示したカソードに比べ、さらに低減し、スパッタリン
グ特性（放電特性、基板近傍の荷電粒子密度）の変動を
抑えることができる。なお、永久磁石で構成した中間磁
極３を環状に配置する代わりにソレノイド形状の電磁石
を中央磁極１と外周磁極２の間に配置しても、同様の補
正効果が得られる。

【００３８】本発明の第４の実施例では、各磁極を構成
する永久磁石がターゲット６上面に作る漏洩磁界の磁束
密度分布の中心から外周に到る範囲において、垂直方向
の磁束密度成分が０［Ｇａｕｓｓ］をよぎる付近の傾き
を微調整するために中間磁極３をターゲット面に対し遠
近調整させる中間磁極駆動手段６９を具備したものを示
したが、カソード部の各磁気要素の設計時、もしくは、
組み付け時に補正を考慮す場合は、中央磁極１と外周磁
極２とを構成する各永久磁石の残留磁束密度、及び、又
は、断面寸法（断面積）を相対的に変えても同様の補正
効果が得られ、又、ターゲット面からの中央磁極１及び
外周磁極２の距離を相対的に変えても同様の補正効果が
得られるので、図１、図２、図４、図６、図８、図９の
磁気要素の構成及び寸法に限定されるものではない。

【００３９】本発明の実施例では、ターゲット６中心に
対して基板８中心が相対的に移動し無いものについて説
明したが、インライン装置の様に基板８が搬送手段によ
り移動するものでも良く、また、カソード部の形状は矩
形に限らず円形や楕円形でも適用可能で、当然のことな
がら、ターゲット寸法やカソード寸法異なるものでも適
用できる。さらに、ロール等による搬送手段で移送され
るフィルム状の基板、カルーセルと呼ばれる回転するド
ラムに載置された基板、ターゲット面に対し並行移送さ
れる搬送手段に載置された単数または複数の基板等へ片
面又は、両面同時成膜する場合にも適用が可能で、図１
に限定されるものではない。また、ターゲット６と基板
８は、完全に平行で対向配置する必要は無く、多少の角
度を持たせて配置しても良い。

【００３９】なお、図１、図２、図４、図６及び、図８
〜図１０に示す本発明の第１〜第４の実施例で示した各
永久磁石のＮ極、Ｓ極の極性と電磁石の励磁方向を全く
逆にしても、同様の効果が得られる。また、各永久磁石
は環状又は楕円状の一体成形品を着磁したもの、小片磁
石を環状又は楕円状に集積したもののいずれでも良い。

【００４０】さらに、図９では、中央磁極１と外周磁極
２を磁気的に結合する軟磁性体から成るヨーク４を用い
たものを示したが、永久磁石として残留磁束密度がおよ
そ１［Ｔ］程度ある希土類磁石等を採用した場合、ヨー
クを省いてもほぼ同等の効果が得られる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、スパッタリング用のカ
ソード部（成膜物質から成るターゲットを載置し冷却が
可能でプラズマ生成のための放電電圧を印加できる構造
体）の近傍に設けた磁気装置に関し、該磁気装置の少な
くとも１組の磁気要素をターゲット裏面の中心近傍に環
状（又は楕円状、又はレーストラック状）に配置し、該
磁気要素をターゲット面と平行な面に対し磁化方向、又
は、配向が±６０度以内の角度差を有する永久磁石で構
成することで、この磁気装置によりターゲット直上面に
発生される漏洩磁界の磁束密度分布の中心から外周に到
る範囲において、ターゲット面に対し中心と外周の間で
垂直方向の磁束密度成分の傾きが略零となる。この様な
漏洩磁界分布のもとでは、ターゲット外周近傍に配置し
た環状の電磁石（ソレノイドコイル）の作る磁界でスパ
ッタリングに寄与するターゲット直上近傍の高密度プラ
ズマの発生領域をターゲットの軸対称線、又は、軸対称
面に対し中心近傍から外周近傍までの間を移動させるの
に僅かの励磁で可能となるため、ターゲット利用率を向
上させる目的で高密度プラズマの発生領域を移動させる
のに必要な電磁石は小容量のもので良く、スペースファ
クタの良いカソードが実現でき、又、その励磁電源も小
容量のもので良く、さらに、ターゲット上のプラズマ密
度の変動が小さく、放電インピーダンスや成膜スピード
に与える影響がごく僅かであると同時に、基板近傍の荷
電粒子密度の変動も少ないので、ＩＴＯ（インジウムと
スズ合金の酸化物）に代表されるスパッタリング特性に
敏感な（スパッタリングの各特性が成膜中に変化しては
好ましく無いもの）膜を成膜する際にも、高いターゲッ
ト利用率で成膜可能なスパッタリング方法及び装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す装置全体の
断面概略図である。

【図２】本発明の第１の実施例で、図１の一部拡大図で
あり、ターゲット上の高密度プラズマ移動用の電磁石を
励磁しない状態で、プラズマが移動範囲の略中央に位置
する場合のカソード部の断面構造の概略と、それにより
生成される高密度プラズマ及びターゲットの侵食状態を
示したカソード部の断面概略図である。

【図３】本発明の第１の実施例で図２に示した断面構造
を有するカソード部の内部に配置された磁気装置の発生
する漏洩磁界のターゲット直上面の中心から外周に到る
範囲のターゲット面に対し水平方向の磁束密度成分と、
垂直方向の磁束密度成分を表す線図である。

【図４】本発明の第１の実施例で、図１の一部拡大図で
あり、ターゲット上の高密度プラズマ移動用の電磁石を
励磁して、プラズマが移動範囲の最外周に位置する場合
のカソード部の断面構造の概略と、それにより生成され
る高密度プラズマ及びターゲットの侵食状態を示したカ
ソード部の断面概略図である。

【図５】本発明の第１の実施例で図４に示した断面構造
を有するカソード部の内部に配置された磁気装置の全て
が発生する漏洩磁界のターゲット直上面の中心から外周
に到る範囲のターゲット面に対し水平方向の磁束密度成
分と、垂直方向の磁束密度成分を表す線図である。

【図６】本発明の第１の実施例で、図１の一部拡大図で
あり、ターゲット上の高密度プラズマ移動用の電磁石を
励磁して、プラズマが移動範囲の最内周に位置する場合
のカソード部の断面構造の概略と、それにより生成され
る高密度プラズマ及びターゲットの侵食状態を示したカ
ソード部の断面概略図である。

【図７】本発明の第１の実施例で図６に示した断面構造
を有するカソード部の内部に配置された磁気装置の全て
が発生する漏洩磁界のターゲット直上面の中心から外周
に到る範囲のターゲット面に対し水平方向の磁束密度成
分と、垂直方向の磁束密度成分を表す線図である。

【図８】本発明の第２の実施例を示したカソード部の断
面概略図である。

【図９】本発明の第３の実施例を示したカソード部の断
面概略図である。

【図１０】本発明の第４の実施例を示したカソード部の
断面概略図である。

【図１１】本発明の第１の実施例で、高密度プラズマ発
生位置の中心に対する高密度プラズマの発生領域を移動
させるための電磁石の消費電力を表した線図である。

【図１２】本発明の第１の実施例で、高密度プラズマ発
生位置の中心に対する放電インピーダンスを表した線図
である。

【図１３】本発明の第１の実施例で、高密度プラズマ発
生位置の中心に対する基板近傍のイオン電流密度を表し
た線図である。

【図１４】本発明の第１の実施例で、図１に示したカソ
ードにてターゲットとして８×２６インチの無酸素銅を
用いプラズマを移動制御し寿命に到るまで使用した場合
のターゲット中心から外周までの範囲における侵食状態
を示す断面模式図である。

【図１５】従来技術の主要構成を示す装置全体の断面概
略図である。

【図１６】従来技術のカソード部で、ターゲット上の高
密度プラズマ移動用の電磁石を励磁して、プラズマが移
動範囲の最外周に位置する場合の断面概略図である。

【図１７】図１６に示した断面構造を有するカソード部
の内部に配置された磁気装置の発生する漏洩磁界のター
ゲット直上面の中心から外周に到る範囲のターゲット面
に対し水平方向の磁束密度成分と、垂直方向の磁束密度
成分を表す線図である。

【図１８】従来技術のカソード部で、ターゲット上の高
密度プラズマ移動用の電磁石を励磁して、プラズマが移
動範囲の最内周に位置する場合の断面概略図である。

【図１９】図１８に示した断面構造を有するカソード部
の内部に配置された磁気装置の発生する漏洩磁界のター
ゲット直上面の中心から外周に到る範囲のターゲット面
に対し水平方向の磁束密度成分と、垂直方向の磁束密度
成分を表す線図である。

【図２０】従来技術において、図１５に示したカソード
に関し、高密度プラズマ発生位置の中心に対する高密度
プラズマの発生領域を移動させるための電磁石の消費電
力を表した線図である。

【図２１】従来技術において、図１５に示したカソード
に関し、高密度プラズマ発生位置の中心に対する放電イ
ンピーダンスを表した線図である。

【図２２】従来技術において、図１５に示したカソード
に関し、高密度プラズマ発生位置の中心に対する基板近
傍のイオン電流密度を表した線図である。

【図２３】従来技術において、図１５に示したカソード
にてターゲットとして８×２６インチの無酸素銅を用い
プラズマを移動制御し寿命に到るまで使用した場合のタ
ーゲット中心から外周までの範囲における侵食状態を示
す断面模式図である。

【符号の説明】

１ 中央磁極 ２ 外周磁極 ３ 中間磁極 ４ 軟磁性体ヨーク ６ ターゲット ８ 基板 １１ 磁力線の模式図 １４ プラズマの断面模式図 １５ ターゲットの侵食を表す断面模式図 ２０ 真空容器 ２１ カソード部外壁 ２２ 水配管 ２３、２６、２９ 絶縁体 ２４ アノードリング ２５ 電流導入端子 ２７ 基板載置手段 ２８ 基板用アースシールド ３０ 質量流量制御弁 ３１ 排気装置 ４０ スパッタ用高圧電源 ４１ 電源 ５０、６０ 励磁電源 ５１ 内周電磁石 ５２ 外周電磁石 ６３ 電磁石 ６７ 電磁石の励磁方向を示す模式図 ６９ 中間磁極の駆動手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単数又は複数の基板を保持、又は、カソ
   ード部に対し相対的に運動（垂直、又は、平行移動、及
   び又は、自公転、及び又は、回転運動）を与える基板載
   置手段と、該基板の堆積面と所定の間隔を隔てて対向す
   る成膜物質から成るターゲットと、該ターゲットを載置
   し電圧を印加しうる構造で、且つ、冷却機能を有するカ
   ソード部の近傍に磁気装置を配置したものにおいて、該
   磁気装置の発生する磁界に関し、ターゲット直上面の中
   心から外周に到る範囲の磁束密度分布において、ターゲ
   ット面に対し中心と外周の間で垂直方向の磁束密度成分
   の傾きが略零となる様に、該磁気装置の少なくとも１組
   の磁気要素をターゲット裏面の中心近傍に環状（又は楕
   円状、又はレーストラック状）に配置し、該磁気要素を
   ターゲット面と平行な面に対し磁化方向、又は、配向が
   ±６０度以内の角度差を有する永久磁石で構成し、且
   つ、ターゲット外周近傍に環状の電磁石（ソレノイドコ
   イル）を配置し、該電磁石の励磁方向、及び、又は、励
   磁電流を調整し、スパッタリングに寄与するターゲット
   直上近傍の高密度プラズマの発生領域をターゲットの軸
   対称線、又は、軸対称面に対し中心近傍から外周近傍ま
   での間を移動させながら成膜することを特徴とするスパ
   ッタリング方法。
2. 【請求項２】 単数又は複数の基板を保持、又は、カソ
   ード部に対し相対的に運動（垂直、又は、平行移動、及
   び又は、自公転、及び又は、回転運動）を与える基板載
   置手段と、該基板の堆積面と所定の間隔を隔てて対向す
   る成膜物質から成るターゲットと、該ターゲットを載置
   し電圧を印加しうる構造で、且つ、冷却機能を有するカ
   ソード部の近傍に磁気装置を配置したものにおいて、該
   磁気装置の発生する磁界に関し、ターゲット直上面の中
   心から外周に到る範囲の磁束密度分布において、ターゲ
   ット面に対し中心と外周の間で垂直方向の磁束密度成分
   の傾きが略零となる様に、該磁気装置の少なくとも１組
   の磁気要素をターゲット裏面の中心近傍に環状（又は楕
   円状、又はレーストラック状）に配置し、該磁気要素を
   ターゲット面と平行な面に対し磁化方向、又は、配向が
   ±６０度以内の角度差を有する永久磁石で構成し、且
   つ、ターゲット外周近傍に環状の電磁石（ソレノイドコ
   イル）を配置し、該電磁石の励磁方向、及び、又は、励
   磁電流を調整し、スパッタリングに寄与するターゲット
   直上近傍の高密度プラズマの発生領域をターゲットの軸
   対称線、又は、軸対称面に対し中心近傍から外周近傍ま
   での間を移動させながら成膜することを特徴とするスパ
   ッタリング装置。