JPH05179442A - マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マグネトロンスパッタリングに於けるターゲ
ットの利用率の向上を図り、より均一かつ均質な薄膜を
形成する。 【構成】 陽極と対面する円板状ターゲット２１の裏側
に、環状の第１磁石２３と複数の第２磁石２４〜２６と
からなる磁石装置２２を配置する。第１磁石は、ターゲ
ットの周辺部を対応させて配置し、第２磁石は、第１磁
石の内側にそれぞれ異なる位置に配置する。第２磁石は
それぞれ電磁石からなり、それぞれに電流が適当に位相
を変えて供給される。第１磁石と各第２磁石とによって
形成される磁界が合成されて、ターゲット表面には広い
領域に亘って一様な磁界が作用して、高密度のプラズマ
領域が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンスパッタ
リング装置に関し、特にターゲットに磁界を作用させる
ための新規な陰極の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガラス、プラスチック、金属
そのほかの材料表面に金属の薄膜を付着させるための技
術として、低圧ガス雰囲気内で２個の電極間に電圧を加
え、グロー放電により発生した雰囲気ガスのイオンをタ
ーゲット材料に衝突させ、飛び出した金属原子を対面す
る基材表面に堆積させて金属薄膜を形成するスパッタリ
ング法が知られている。

【０００３】最近では、特に皮膜の形成速度・形成面積
が大きく、ステップカバレージに優れ、基板の温度上昇
が少ない等の利点を備えた、高速高効率のマグネトロン
スパッタリング装置が開発されている。図３は、このよ
うな従来のプレーナ型マグネトロンスパッタリング装置
の構成を概略的に示している。

【０００４】図３に於て、図示されない真空容器の内部
には、陽極１が上方に配置され、その上には薄膜を形成
するべき複数の基板２が保持されている。陽極１の下方
には、陰極である円板状のターゲット３が対面するよう
に配置されている。ターゲット３の直ぐ下側には、該タ
ーゲット表面に磁界を発生させるための磁石装置４が配
置されている。この磁石装置４は、ターゲット３の周辺
部に対応させて同心位置に配置された円環状の第１磁石
５と、ターゲット３の中心位置に配置された第２磁石６
とからなる。また、７、８はそれぞれターゲット３を冷
却するための冷却水取入管及び排出管であり、９はシー
ルド板である。

【０００５】第１及び第２磁石５、６の極性をそれぞれ
図示されるようにＮ、Ｓに設定すると、磁石装置４によ
ってターゲット３の表面には磁界が形成される。陽極１
及びターゲット３を外部の電源に接続して数百ボルトの
電圧を印加する。これにより、陽極１とターゲット３と
の間に画定される空間内に於て、前記真空容器内に導入
された約１０^-2〜１０⁰ Torr程度のアルゴンガスに放電
を起こす。前記磁界と電界とが直交する部分では、放電
により電離した電子のマグネトロン運動によって、高密
度のプラズマが発生する。これにより、ターゲット３か
らスパッタされた原子が基板２の表面に堆積して薄膜が
形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来装置の構成では、図４に示すようにターゲット３
の周辺部から抜け出て中心部に入る磁力線１０によっ
て、磁界がトンネル状に形成される。磁場の水平方向成
分は、第１磁石５と第２磁石６との中間付近で最も大き
くかつ中心部及び周辺部に向けて小さくなるから、実際
にはこの中間部近傍に環状のプラズマ領域が形成される
ことになる。

【０００７】従って、Ａｒ⁺イオンがターゲット３の中
間部付近のみを打撃することになり、ターゲット３は、
前記環状プラズマ領域に対応した部分がスパッタされ
て、図４のような面積が狭く深いエロージョン領域１１
が形成される。このため、ターゲット材料の利用率が非
常に低く、生産性が低下し、製造コストが高くなるとい
う問題があった。また、エロージョン領域が深くなるに
つれてターゲットから飛び出す原子の角度が変化するた
め、基板に均一かつ均質な薄膜が形成されなくなる虞が
ある。

【０００８】また、従来装置には、ターゲットの下側で
磁石装置を回転させて、ターゲット表面に一様な磁界を
作用させるものが提案されている。しかしながら、真空
室内で機械的に回転駆動させると、摺動部分から微粒子
が発生して基板を汚染する虞があり、シール機構が複雑
になって装置の価格が高くなるという問題がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、機械的な駆動機
構を用いることなく電気的な手段により、ターゲット表
面に形成される磁場の分布を平均化し、ターゲットの消
耗即ちエロージョン領域の形成を均一にして、生産性を
高め、製造コストの低減化を図ると共に、より均一かつ
均質な薄膜の形成を可能にするマグネトロンスパッタリ
ング装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、真空室
内に配置された陽極と、この陽極と対面するよう前記真
空室内に配置された陰極ターゲットと、前記陰極ターゲ
ットの表面近傍に磁界を発生させる磁石手段とを備える
マグネトロンスパッタリング装置であって、前記磁石手
段は、前記陰極ターゲットの周辺部に対応する環状の第
１磁石と、前記第１磁石の内側の異なる位置にそれぞれ
配置された複数の第２磁石とを有し、前記各第２磁石が
それぞれ電磁石からなり、かつ前記各第２磁石に電流が
それぞれ位相を変えて流れるようにしたことを特徴とす
るマグネトロンスパッタリング装置が提供される。

【００１１】

【作用】このように磁石手段を構成すると、ターゲット
表面には、第１磁石と各第２磁石とによってそれぞれ別
個に磁界が形成される。そして、電流を前記各第２磁石
にそれぞれ位相を変えて流すことによって、全体として
前記各磁界を合成した一様な磁界が前記ターゲットの表
面に発生することになる。従って、前記第２磁石の位置
及び前記電流の位相を適当に設定することによって、前
記ターゲットのより広い表面領域に亘って一様に電子が
捕捉され、高密度のプラズマを発生させることができ
る。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の好適実施例について添付図
面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１３】図１には、本発明のマグネトロンスパッタ
リング装置について使用される陰極構造の好適な実施例
が示されている。図示されていないが、その表面に薄膜
を形成するべき基板を保持する陽極が、図３の従来装置
と同様に真空室内に水平に配置され、かつその下方に
は、陰極としてスパッタ材料からなる円板形状のターゲ
ット２１が、前記陽極に対面させて水平に配置されてい
る。ターゲット２１の直ぐ下側には、該ターゲットの表
面に磁界を発生させる磁石装置２２が配設されている。

【００１４】磁石装置２２は、円環状の第１磁石２３
と、その内側に配置された３個の第２磁石２４〜２６と
を有する。第１磁石２３は、ターゲット２１の周辺部に
対応させかつ同心位置に配置される。第２磁石２４〜２
６は、ターゲット２１の中心Ｏに対応する第１磁石２３
の中心Ｏ1を中心とする或る半径の同心円２７上に、各
１２０度の一定間隔でそれぞれ配置されている。本実施
例では、第１磁石２３及び第２磁石２４〜２６がそれぞ
れ電磁石で構成され、図示されない外部電源に接続され
ている。しかしながら、第１磁石２３は永久磁石とする
こともできる。また、前記マグネトロンスパッタリング
装置のその他の部分は、図３の従来装置と同様の構造を
有する。

【００１５】第２磁石２４〜２６には、前記外部電源か
らそれぞれ位相を変えて電流が供給される。本実施例で
は、各第２磁石２４〜２６を同一円周上に等間隔で配置
したことから、正弦波交流電流を半波整流してそれぞれ
１２０度ずつ位相を遅らせて給電すると、前記ターゲッ
ト表面には平均して一様な磁界が生じると考えられるか
ら好都合である。しかし、第１磁石と各第２磁石との位
置関係や必要とされる磁界の強さ、その他の条件によっ
て、電流の位相、強さを変えたり、方形波直流電流を用
いることもできる。

【００１６】図２は、ターゲット２１の第２磁石２４の
位置に於ける断面を示している。第１磁石２３及び第２
磁石２４の極性が、図示されるようにターゲット２１側
に於てそれぞれＮ極及びＳ極であると仮定する。第１磁
石２３と第２磁石２４とによって、ターゲット表面に
は、その周辺部から出て第２磁石２４の位置でターゲッ
ト２１に入る磁力線２８、２９によって磁界が形成され
る。この磁界は、第２磁石２４がターゲット中心Ｏに対
して偏倚していることから、第１磁石２３と第２磁石２
４とが接近している図１の左側部分では強いが、前記両
磁石が離れている右側部分では弱くなり、一様ではな
い。このため、ターゲット２１には、図中破線３０で示
すような第２磁石２４の左側領域で狭くかつ深く、右側
領域で広くかつ浅いエロージョンが生じる。

【００１７】しかし、第１磁石２３と他の第２磁石２
５、２６との間でもそれぞれ同様の磁界が発生し、これ
らの磁界によっても、ターゲット表面には、同様に図中
破線３１で示すような一様でないエロージョン３１が生
じる。そして、これら各磁界が各第２磁石２４〜２６を
流れる電流の変化と共に順次作用するので、その変化に
対応してターゲット２１が広い表面領域に亘ってスパッ
タされる。従って、最終的にターゲット２１の表面に
は、符号３０で示すような広い面積の一様なエロージョ
ン領域３２が形成される。

【００１８】以上、本発明を特定の実施例について説明
したが、当業者であれば明らかなように、本発明は上記
実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができ
る。例えば、第１磁石は必ずしも円環形状にする必要は
なく、ターゲットの形状や陽極側に配置される基板の位
置、大きさなどに応じて様々な形状にすることができ
る。また、第２磁石の個数は３個に限定されるものでは
なく、必要により増減することができ、かつそれらの取
付位置も適当に変更することができる。このように第２
磁石の位置や個数、それらに流れる電流の向き、大きさ
等を適当に変化させることによって、ターゲット表面に
於ける磁界の強さ、分布を制御し、プラズマ分布を必要
に応じて変化させることができる。

【００１９】

【発明の効果】上述したように、本発明のマグネトロン
スパッタリング装置によれば、第１磁石と複数の第２磁
石のそれぞれとによってターゲットの表面にトンネル状
の磁界が別個に形成され、前記各第２磁石に流れる電流
を適当に制御することによって、前記ターゲットのより
広い表面領域に亘って前記各磁界を合成した一様な磁界
が作用して、高密度のプラズマ領域が形成される。この
ため、ターゲットの特定部分のみがスパッタされること
がなく、エロージョン領域がより拡大され、ターゲット
の利用率が向上する。従って、基板の薄膜形成に於ける
生産性が向上し、製造コストの低減化が図られる。更
に、一様な磁界が電気的手段のみによって形成され、機
械的な駆動機構を全く用いていないので摺動部分から微
粒子が発生せず、基板を汚染する虞がない優れた利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプレーナマグネトロンスパッタリ
ング装置に使用する陰極構造を概略的に示す斜視図であ
る。

【図２】図１のスパッタリング装置に使用したターゲッ
トのエロージョン領域を示す断面図である。

【図３】従来のプレーナマグネトロンスパッタリング装
置の構成を概略的に示す断面図である。

【図４】図３のスパッタリング装置に使用したターゲッ
トのエロージョン領域を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 陽極 ２ 基板 ３ ターゲット ４ 磁石装置 ５ 第１磁石 ６ 第２磁石 ７ 冷却水供給管 ８ 冷却水排出管 ９ シールド板 １０ 磁力線 １１ エロージョン領域 ２１ ターゲット ２２ 磁石装置 ２３ 第１磁石 ２４〜２６ 第２磁石 ２７ 同心円 ２８、２９ 磁力線 ３０、３１、３２ エロージョン領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室内に配置された陽極と、この陽極と
   対面するよう前記真空室内に配置された陰極ターゲット
   と、前記陰極ターゲットの表面近傍に磁界を発生させる
   磁石手段とを備えるマグネトロンスパッタリング装置で
   あって、 前記磁石手段は、前記陰極ターゲットの周辺部に対応す
   る環状の第１磁石と、前記第１磁石の内側の異なる位置
   にそれぞれ配置された複数の第２磁石とを有し、 前記各第２磁石がそれぞれ電磁石からなり、かつ前記各
   第２磁石に電流がそれぞれ位相を変えて流れるようにし
   たことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。