JPH0565634A - スパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマを発生させて生じた不活性ガスイオ
ンをターゲット材に衝突させてスパッタさせるスパッタ
装置で、ターゲット材の全面でスパッタさせて、ターゲ
ット材を有効に利用する。 【構成】 不活性ガス雰囲気に配置されたターゲット10
と該ターゲットの裏面に配置された磁石20と、前記ター
ゲットの表面側端部に配置された陽極40とからなり、前
記ターゲット10が円筒状に形成され、前記磁石の廻りを
回転できる構造としたスパッタ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板や棒状物、粉
状物などに金属被膜を付着させるスパッタ装置に関す
る。さらに詳しくは、磁界をかけて陰極から出た電子に
螺旋運動をさせ、ターゲット板上に高密度のプラズマを
つくるスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】陰極の近くに磁石を配置し、プラズマを
発生させスパッタさせるスパッタ装置はスパッタ速度が
速く、大量にスパッタさせる装置として利用されてい
る。従来のこの種の装置の概念図を図６に示す。

【０００３】図６は従来のスパッタ装置の概略断面説明
図である。同図において１はターゲット、２、３は磁
石、４は陽極である。５は無酸素銅などで形成された保
護筒で磁石２を保持すると共に、内部に冷却通路６が形
成され、水冷できる構造になっている。７はターゲット
１を保持するターゲットクランプでステンレス材で形成
されている。このターゲット１および保護筒４は同電位
になって陰極を形成している。陽極４はターゲット１の
前面からターゲット材がスパッタできるようにターゲッ
ト前面には開口が形成されている。

【０００４】磁石２は図６のＡＡ断面を図７に示すよう
にＮ極とＳ極が環状をなすように形成されている。この
磁石２、３によるプラズマ発生の状況を図８により説明
する。同図において、Ｈは磁力線で磁石２のＮ極から磁
石３のＳ極に向かって放物線形状を形成している。ター
ゲット１の表面からは陽極３とのあいだに印加された高
電圧により電子が飛び出るが、この磁界によるローレン
ツ力を受け陽極に到達できず螺旋運動をし中心部（図８
のＡ）で電子が周遊運動をする。その結果、Ａ部分でプ
ラズマが発生し、そのプラズマが不活性ガスであるアル
ゴン（以下Ａｒという）をイオン化し、Ａｒ⁺ とＡｒ^-
に電離させる。このＡｒ⁺ は負電位の陰極となるターゲ
ット１に引張られて飛び込み、Ａｒ⁺ の有する高エネル
ギーをターゲット１に与える。ターゲット１はＡｒ⁺ か
ら受け取ったエネルギーで微粒子となって飛び出し、タ
ーゲット１の前面に配置された被加工物に付着しスパッ
タされる。Ａｒ^- は陽極に引張られて消滅し、つぎつぎ
と不活性ガスの電離によりターゲット材がスパッタされ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種のスパッタ装置
では、以上説明したように、磁石のＮ極とＳ極のあいだ
のターゲット１の表面側のＡ部分でプラズマが発生し、
プラズマ発生部分でＡｒガスが電離しＡｒ⁺ がターゲッ
トに飛び込むため、プラズマ発生部分Ａの近くのターゲ
ット１のＢ部分にＡｒ⁺ が飛び込み、Ｂ部分のみからタ
ーゲット材がスパッタされる。その結果ターゲットのＢ
部分のみが消耗し、ターゲット１の他の部分は消耗され
ない。この状況を図９に、図６の装置に使用したターゲ
ットの一部断面斜視図で示す。

【０００６】このターゲット１の裏面にはターゲットを
保持するため無酸素銅などで形成した保持板１a が形成
されているが、ターゲット材１が消耗して保持板１a が
露出すると、スパッタ材に不純物が混入することにな
る。そのためスパッタ材の消耗状況を常にチェックし、
ターゲット材の一部でも薄くなり、保持板１a が露出し
そうになると使えなくなる。その結果図９に示すよう
に、楕円状に消耗したターゲット１は、周囲に消耗して
いないターゲット材が残っていても使用することができ
ず、全体の10〜20％の使用で取り換えて廃棄としなけれ
ばならない。この傾向は高出力で使用する程顕著であ
る。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みなされたも
ので、ターゲットのターゲット材を均一に消耗させ、タ
ーゲット材を無駄なく使用できるスパッタ装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ装置
は、不活性ガス雰囲気に配置されたターゲットと、該タ
ーゲットの裏面側に配置された磁石と、前記ターゲット
の表面側端部に配置された陽極とからなり、前記ターゲ
ットと前記陽極とのあいだに高電圧が印加されてターゲ
ット材料をスパッタするスパッタ装置であって、前記タ
ーゲットが円筒状に形成され、回転できる構造としたこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、ターゲット材を円筒状に形成
し、回転できる構造としているため、磁石の前面でター
ゲット材が移動し、磁石に対しプラズマの発生する位置
は一定であるが、ターゲット材に対してはプラズマ発生
場所が異なることになる。

【００１０】その結果プラズマ発生によって生じたＡｒ
⁺ のターゲット材への飛び込む場所も異なり、ターゲッ
ト材の消耗場所も順次移動する。そのためターゲット材
は円筒状の表面全体が均一に消耗することになり、全表
面のターゲット材を有効に利用することができる。

【００１１】

【実施例】つぎに、図面に基づいて本発明を説明する。
図１〜４は本発明を説明する図で、図１は本発明の一実
施例であるスパッタ装置の一部断面図、図２はカソード
ボックスの回転機構部分の一部断面図、図３はターゲッ
トの説明図、図４は磁石の配置を示すための軸方向に垂
直な断面の説明図である。

【００１２】これらの図において10はターゲット、20は
磁石、30はカソードボックス、40は陽極、50はカソード
ボックス駆動機構である。本発明では、磁石のＮ極とＳ
極のあいだのプラズマ発生部分をターゲットに対して定
点とならないようにするため、スパッタ装置を同軸形に
構成し、ターゲット10を円筒状に形成して磁石20の周囲
を回転できる構成にしている。

【００１３】ターゲット10はスパッタの目的に応じた材
料で形成されるが、たとえば、ニッケル、クロム、シリ
コンの混合物をスパッタさせるためにニッケルクロムと
シリコンの混合物により厚さ約10mm直径10〜20cmの円筒
状に形成する。この際前述の材料で円筒状に均一の厚さ
で形成することは非常に難かしく、形成コストが高くな
ったり、歪が発生することがある。そのため図３に示す
ように円筒を何分割かした円弧状の板状体11を形成し、
その板状体11を突き当てて円筒状にし、ターゲット固定
金具13でターゲット10の固定場所に固定することが好ま
しい。すなわち図３で(a) は斜視図、(b) 、(c) はそれ
ぞれ３分割、４分割のときの断面形状を示している。

【００１４】このターゲット10のスパッタ装置への取付
けは、まず、ターゲット10を取り付ける場所であるカソ
ードボックスの周囲にアルミ箔12を0.3mm 位の厚さに巻
き付け、分割した円弧状の板状体11をアルミ箔12の外周
に巻き固定金具13で締め付けることにより形成できる。
このアルミ箔12はターゲット10とカソードボックスが均
一接触となるようにし、両者間の電気抵抗を小さくする
目的で形成するものである。このターゲット10はカソー
ドと同電位にするためカソードボックスと電気的に充分
接触しなければならず、その意味からもターゲット10を
分割して固定金具13で締め付けることによりその接触を
完全にすることができ、円筒状のターゲット10を使用す
るより好ましい。

【００１５】磁石20は図１に示すようにたとえば、Ｎ極
がターゲット10の方向に形成されるように軸方向に棒磁
石21を並べて磁石固定子25で固定し、配置する。このタ
ーゲット10側には少なくとも一組のＮ極とＳ極が必要
で、Ｓ極がターゲット10の方向に形成されるもう一列の
棒磁石の列が配置されている。この磁石の配置を説明す
るための軸方向に垂直断面での磁石の位置を示す図を図
４に示す。同図でＮ極とＳ極の中間部分のＡ点でプラズ
マが発生し、スパッタの中心となる。図４ではＮ極の列
の磁石21とＳ極の列の磁石22の一組の磁石20を示してい
るが、想像線で示したように、さらにその円周方向に同
間隔で第二のＮ極の列の磁石23、第二のＳ極の列の磁石
24を形成することもできる。このばあい、図４のＣ、Ｄ
においてもプラズマが発生し、広い範囲でスパッタさせ
ることができ、広い被加工物または沢山の粉状物にスパ
ッタさせるばあいに有効である。

【００１６】前述の磁石固定子25は円柱状に形成され、
その周囲に磁石21、22が配置されており、熱伝導を良く
しガス放出を少なくするため無酸素銅で形成され、その
中心部には冷却水または冷却油を循環させるための冷却
通路26が形成され、磁石固定子25の周囲を冷却水が流れ
てターゲット10や磁石20で発生する熱を冷却する構成に
なっている。図１で矢印Ｐは冷却水の流通経路を示す。
冷却通路26は外部の冷却パイプ61に接続されている。

【００１７】カソードボックス30はターゲット10と充分
に電気的接続され陰極部を形成するもので、熱伝導を良
くするため、やはり無酸素銅で形成された円筒で、内周
部はボールベアリング31、32を介して回転できるように
磁石固定子25に固着され、磁石固定子25との間隙17を前
述の冷却水が流れる構造になっている。カソードボック
ス30の外周には前述のターゲット10が固着される。

【００１８】カソードボックス30の両端にはカソードボ
ックスカバー33、34がボルトで固着され、磁石固定子25
とのあいだに間隙28、29が形成され前述の冷却水が流れ
る通路を構成している。一方のカソードボックスカバー
33は電気的絶縁するためのテフロン製の保護筒35で支え
られ中心部は継手36にねじで固着され、カソードボック
ス30が継手36と共に冷却パイプ61のまわりに保護筒35を
滑って、後述するカソードボックス駆動機構により、回
転するようになっている。保護筒35はマウンティングプ
レート37を介して本体チャンバー壁47に固着されてい
る。

【００１９】陽極40はシャッタを兼ねており、ターゲッ
ト10の周囲を覆う円筒状に、たとえばSUS304の金属板で
形成され、磁石の配置された表面部でプラズマの発生す
る部分には開口部41が形成されている。この陽極40は中
心軸部はボールベアリング42を介してシャッタ固定ボル
ト43で固定され、シャッタ40の底部はシャッタ固定ロー
ラ44（円周上に３ヶ所配置）を介して本体チャンバー壁
47に固定され、シャッタ回転ギヤ45、駆動ギヤ46を介し
て図示しないモータで回転できる構造となっている。

【００２０】このシャッタ（陽極）40を回転できる構造
にしているのは、スパッタするときは真空雰囲気でＡｒ
などの不活性ガスを封入して行うが、被加工物の取換
え、作業の中断などにより、大気圧にターゲット10がさ
らされると不純物がターゲット10の表面に付着し、スパ
ッタの再開時に不純物混入のスパッタ膜が形成されるこ
とになる。これを防止するためスパッタの再開時は磁石
20の表面に相当するスパッタ領域をシャッタ（陽極）40
で覆ってスパッタさせ、シャッタ40に付着させて、不純
物の含まれるスパッタが被加工物に付着しないようにす
るためである。

【００２１】カソードボックス駆動機構50はカソードボ
ックス30を中心軸である冷却パイプ61の廻りに回転させ
るための機構で、冷却パイプ61の周囲に回転自在な継手
51に固着されたカソードボックス駆動用ギヤ52、53を減
速機54を介してモータ55で回転する機構になっている。
この際磁石20の磁石固定子25は回転しないように固定さ
れている。継手51はロータリーフィードスルー56を介し
て前述の継手36に連結され前述のカソードボックス30、
ひいてはカソードボックス30に固定されたターゲット10
を回転する構造になっている。ここでロータリーフィー
ドスルー56は磁気シールユニット57により、冷却水が漏
れないように保持しながら回転できる構造になってい
る。ロータリーフィードスルー56はテフロン製の絶縁用
シール58を介してマウンティングプレート37を経由して
それぞれＯリング59で気密を保持して本体チャーンバー
壁47と固定されている。

【００２２】冷却パイプ61の回りに回転できるように形
成された継手36、51およびロータリフィードスルーの内
壁で形成された冷却水の通路の下端には回転ユニオン62
が接続され、ボールベアリング63を介して排出口64は固
定できる構造になっている。

【００２３】この装置で本体チャンバ壁47の内部を１〜
２×10^-5 Torr の真空にしたのち、Ａｒなどの不活性ガ
スを３〜４ｍTorrになるように充填する。そののち、回
転ユニオン62（タゲット10と電気的に接続されている）
を負に、陽極（シャッタ）40に正の500 〜1000Ｖの高電
圧を印加する。前述のように当初はシャッタ40がタゲッ
ト10のスパッタ部分を覆うようにしておき、スパッタを
開始し、カソードボックス駆動機構50によりタゲット10
を回転させてタゲット10の全表面をクリーニングする。
そののちシャッタ40を回転させて開口部41がターゲット
10のスパッタ表面に位置するように回転させ、被加工物
へのスパッタを始める。

【００２４】前述のごとく磁石20のＮ極とＳ極の中心部
でターゲット10の表面部Ａにプラズマが発生し、その近
辺のターゲット10が微粒子となって飛散する。磁石20は
前述のようにＮ極、Ｓ極が軸方向に平行に並んでいるた
めターゲット10の消耗も軸方向に線状に消耗することに
なる。

【００２５】本発明によれば、カソードボックス駆動機
構50によりターゲット10を回転しているため軸方向の線
状に消耗する線がターゲット10の円周上を順次移動する
ことになる。この回転速度は５〜10分間で１回転する位
のゆっくりした回転で行うのが好ましい。これはスパッ
タによりターゲット10の消耗する厚さは１KWH の出力で
0.6 μｍ／分程度であるので余り早く回転する意味がな
く、スパッタする微粒子は円周に対して垂直方向に飛散
するのが好ましいからである。その結果ターゲット10表
面のターゲット材の消耗はターゲット10の円周方向に均
一に消耗し、ターゲット材の殆んど全部を有効に利用す
ることができる。このターゲット材の消耗した状態を表
わす図を図５にターゲットの一部破断側面図で表わす。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ターゲットを円筒状に形成し、磁石の表面を回転できる
構造にしているため、プラズマ発生場所に位置するター
ゲット材は順次回転して移動し、ターゲット材の消耗は
円周方向に対して均一に消耗し、ターゲットの固定用金
具近辺を除きアルミ箔のすぐ上面までのターゲット材を
有効に利用できる。

【００２７】その結果従来の７〜８倍のターゲット材利
用効率となり、高価なターゲット材を有効に利用でき
る。また円筒状のターゲットも分割して円弧状の板を形
成し円筒形にできるため安価に形成できる。そのため電
子部品のコストを大幅に低下できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるスパッタ装置の一部断
面説明図である。

【図２】図１の実施例のカソードボックスの回転機構部
分の一部断面説明図である。

【図３】ターゲットの説明図である。

【図４】磁石の配置を示す説明図である。

【図５】本発明によるターゲットの消耗を示すターゲッ
トの側面図である。

【図６】従来のスパッタ装置の概略断面説明図である。

【図７】図６のＡＡ断面図である。

【図８】プラズマの発生状況を説明する図である。

【図９】従来の装置で使用したターゲットの消耗状況を
示すターゲットの斜視図である。

【符号の説明】

10 ターゲット 20 磁石 40 陽極 50 カソードボックス回転機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガス雰囲気中に配置されたターゲ
   ットと、該ターゲットの裏面側に配置された磁石と、前
   記ターゲットの表面側端部に配置された陽極とからな
   り、前記ターゲットと前記陽極とのあいだに高電圧が印
   加されてターゲット材料をスパッタするスパッタ装置で
   あって、前記ターゲットが円筒状に形成され、回転でき
   る構造とされてなるスパッタ装置。