JPH0641736A - スパッタリング電極 - Google Patents

スパッタリング電極

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JPH0641736A
JPH0641736A JP20076392A JP20076392A JPH0641736A JP H0641736 A JPH0641736 A JP H0641736A JP 20076392 A JP20076392 A JP 20076392A JP 20076392 A JP20076392 A JP 20076392A JP H0641736 A JPH0641736 A JP H0641736A
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斉 山西
Isamu Aokura
勇 青倉
Toshiyuki Suemitsu
敏行 末光
Kumio Nako
久美男 名古
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 近年、半導体プロセスや電子部品材料等の製
造工程に使用されているスパッタリング装置に搭載され
るスパッタリング電極において、形成される薄膜の基板
面内,バッチ間における膜厚および膜質の均一性を向上
し、またターゲットの利用効率の向上、さらには強磁性
材料ターゲットの高速かつ効率的なスパッタリングを提
供することを目的とする。 【構成】 磁場発生用の磁気回路15が矩形平板ターゲ
ット表面の前方側面の左右2か所(左側磁気回路15
1,右側磁気回路152)に該ターゲット1の長軸に方
向に配置されている。左側磁気回路151および対向す
る位置にある右側磁気回路152は永久磁石の小片18
を片側で8個、となり合う該永久磁石18の極性が逆転
するように構成され、左右間でN極からS極へと磁力線
16が通るように配置されている。以上のような構成に
より、形成される薄膜の基板面内,バッチ間における膜
厚および膜質の均一性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスパッタリング法により
形成される薄膜の基板面内における膜厚,膜質の均一性
向上、およびスパッタリングターゲットの利用効率向上
を目的とした矩形平板ターゲットを有するスパッタリン
グ電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スパッタリング法は真空蒸着法に比べ、
高融点材料や化合物の薄膜が容易に形成できる薄膜形成
技術ということで、現在広く半導体や電子部品等の工業
分野で普及している。特にマグネトロンスパッタリング
法は薄膜の形成速度が真空蒸着法に比べ約1桁遅いとい
うスパッタリング法の欠点を解決し、スパッタリング法
による薄膜形成の量産化を可能にした。
【0003】矩形平板ターゲットを有するマグネトロン
スパッタリング電極は、円筒形の基板ホルダーを回転さ
せながら薄膜形成を行なうカルーセル型スパッタリング
装置やターゲットに対し基板を平行移動させて薄膜形成
を行なう大型のインラインスパッタリング装置等、現在
広く使用されているスパッタリング装置に搭載されてい
るスパッタリング電極の一種である。
【0004】以下、従来の矩形平板ターゲットを有する
マグネトロンスパッタリング電極について図9,図10
および図11を参照して説明する。図9は従来の矩形平
板ターゲットを有するマグネトロンスパッタリング電極
の平面図、図10はそのA−A′断面図および図11は
斜視図である。1は矩形平板ターゲットでありインジウ
ム等のハンダ剤によりバッキングプレート2に接着さ
れ、真空シール用のOリング3を介して電極本体4に設
置される。前記ターゲット1の裏側にはマグネトロン放
電用磁気回路5が、閉じた磁力線6を形成し、かつ少な
くとも該記磁力線6の一部が前記ターゲット表面で平行
になるように配置される。そのため、前記ターゲット表
面には図11に示すようにトロイダル型の閉じたトンネ
ル上の磁場7が形成される。
【0005】以上のように構成された矩形平板ターゲッ
トを有するマグネトロンスパッタリング電極についてそ
の動作原理を説明する。スパッタリング電極は通常、真
空チャンバー(図示していない)に絶縁材を介して設置
する。薄膜形成を行なうには、真空チャンバーを真空ポ
ンプにより高真空(〜10-7Torr程度)まで排気
し、Ar等の放電ガスを導入しチャンバー内を10-3
10-2Torr程度の圧力に保つ。そして矩形平板ター
ゲット1を取り付けたスパッタリング電極に直流あるい
は交流電源により負の電圧を印加することで電場と磁気
回路5のトロイダル型トンネル状磁場7の周辺でマグネ
トロン放電が起こり、前記ターゲット1がスパッタされ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の矩形平板
ターゲットを有するマグネトロンスパッタリング電極で
は、ターゲット面と平行に通る磁力線の最も強い部分で
プラズマ密度が高くなるためターゲット上に、スパッタ
される領域(図11の8、以下エロージョン領域と記
す)とスパッタされた粒子が再付着する領域とができ、
ターゲットの侵食が不均一に進む。このため、ターゲッ
トに対向して設置される基板上に形成される薄膜の膜厚
均一性を確保するためターゲットの大きさ,磁気回路,
あるいはターゲットと基板との距離を充分調整する必要
がある。一般には薄膜の膜厚均一性を確保するため、基
板の約2倍の大きさのターゲットが必要とされる。
【0007】また、スパッタリングが進むとターゲット
のエロージョン領域も変化してくるため、図12に示す
ように膜厚分布にも(a)から(c)へと変化が生じ、
エロージョンの進行にともない基板の周辺で膜圧が薄く
なる傾向にある。
【0008】さらにターゲット上の部分的なエロージョ
ン領域は、合金のスパッタリングや反応性スパッタリン
グにおいては基板面内やバッチ間での膜組成や構造等、
薄膜の物性の不均一性をも生じさせることとなる。
【0009】その他、従来のマグネトロンスパッタリン
グ電極では、ターゲットの利用効率が一般に20〜30
%と悪く、さらにターゲットが鉄やコバルト等の強磁性
材料の場合、ターゲット表面への漏れ磁束が充分得られ
ないためスパッタリングが困難となることもある。
【0010】そこで現在、ターゲットエロージョン領域
の全面均一化に向けた取り組みが幅広く行なわれてい
る。
【0011】その一例として、ターゲット表面の前方側
面に磁気回路を配置し、ターゲット全面で該ターゲット
と平行な磁力線が得られるようにした矩形平板スパッタ
リング電極を図13および図14に示す。図13は平面
図、図14はそのA−A′断面図である。また、前述の
従来例のマグネトロンスパッタリング電極と同一物には
共通の符号を付してその説明は省略する。
【0012】ターゲット1の表面の前方側面の片側にN
極の磁石351、対する側にS極の磁石352を配置す
ることにより前記ターゲット表面全域に渡りほぼ均一に
平行な磁力線36が通るため、ターゲット全面でのエロ
ージョン化が可能となる。図15に図13のB−B′上
で、ターゲット長軸方向に対して直角、かつターゲット
表面に平行な磁力線による磁場強度を示す。
【0013】しかし、この方法では前記磁力線36の向
きが前記ターゲット全面で同一方向のため、磁場と電場
による電子の螺旋運動が一方向39に限られてしまうた
め、その方向に行くほど前記電子の原子,分子との衝突
が増え、プラズマ密度が高くなる。その結果、膜厚分布
は図36に示すように極端な勾配を持ったものとなって
しまう。
【0014】そこで、本発明は矩形平板ターゲットを有
するスパッタリング電極において形成される薄膜の基板
面内,バッチ間における膜厚および膜質の均一性向上を
提供するものである。さらにはターゲットの利用効率向
上、強磁性材料ターゲットの高速かつ効率的なスパッタ
リングを提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、矩形平板ターゲットを有し、該ターゲットの
表面を平行に磁力線が通るように磁石を配置したスパッ
タリング電極において、前記ターゲットの表面を水平に
通る磁力線の強さが該ターゲットの中心線に対し、左右
対称で該磁力線の方向が反対であるように磁石を配置し
たことを特徴としている。さらに、前記ターゲットの表
面を平行に通る磁力線の強度および方向を変化できるよ
うに磁石を配置したことを特徴としている。
【0016】
【作用】矩形平板ターゲットの表面を平行に通る磁力線
の強度が前記ターゲットの中心線に対し、左右対称で方
向が反対であり、さらに磁力線の強度および方向を変化
できるように磁石を配置しているため、形成される薄膜
の基板面内,バッチ間における膜厚および膜質の均一性
を向上できる。またターゲットの利用効率の向上も達成
できる。さらには強磁性材料ターゲットの高速かつ効率
的なスパッタリングが可能となる。
【0017】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例について、図面を
参照して説明する。
【0018】図1は本実施例のスパッタリング電極の平
面図、図2はそのA−A′断面図である。本実施例にお
いて、従来例と同一物には共通の符号を付して示しその
説明は省略する。
【0019】磁場発生用の磁気回路15はターゲット表
面の前方側面の左右2か所(左側磁気回路151,右側
磁気回路152)に該ターゲット1の長軸に平行に配置
される。左側磁気回路151および対向する位置にある
右側磁気回路152は永久磁石の小片18を片側で8
個、となり合う該永久磁石18の極性が逆転するような
構成になっており、左右間でN極からS極へと磁力線1
6が通るように配置される。
【0020】図3に図1のB−B′上で、ターゲット長
軸方向に対して直角、かつターゲット表面に平行な磁力
線による磁場強度を示す。磁束密度の符号は、図1の前
記左側磁気回路151(N極)から右側磁気回路152
(S極)へと磁力線が通る時を正、逆に右側(N極)か
ら左側(S極)へ磁力線が通る時を負と定義する。また
ターゲット中心からの距離はターゲット中心線を零と
し、紙面に対して上側を正、下側を負とする。
【0021】以上のように構成された本実施例の矩形平
板ターゲットを有するスパッタリング電極は、従来のマ
グネトロンスパッタリング電極と同様にスパッタリング
装置に設置され、また動作方法も何等変わるところがな
いのでその説明は省略する。
【0022】本実施例において、スパッタリングを行な
う場合、磁場発生用の磁気回路15をターゲット表面の
前方側面の左右2か所に該ターゲット1の長軸に平行に
配置していることにより、前記ターゲット表面全域に渡
り水平な磁力線16が通るため該ターゲット全面でのエ
ロージョン化が可能となる。しかも、図3に示すように
ターゲット表面上での磁場を該ターゲット1の中心線
(図1のA−A′)に対し磁場強度が左右対称で、方向
が反対になるよう前記磁気回路15を調整してあるた
め、磁場と電場による電子の螺旋運動19が一方向に限
られてしまうことがなく左右対称となる。その結果、膜
厚分布は図4に示すように非常に均一性の良いものとな
り、図16の結果と比べ飛躍的に改善されていることが
わかる。
【0023】以上のように本実施例によれば、矩形平板
ターゲットの表面全域に渡り水平な磁力線が通り、該磁
力線の強さが前記ターゲットの中心線に対し左右対称
で、該磁力線の方向が反対であるため、形成される薄膜
の基板面内、バッチ間における膜厚および膜質の均一性
を向上できる。またターゲットの全面にエロージョン領
域が形成されるためターゲットの利用効率の向上も達成
できる。さらには磁気回路をターゲット表面の前側面の
左右2か所に、該ターゲットの長軸に平行に配置してい
るため強磁性材料ターゲットの高速かつ効率的なスパッ
タリングも可能となる。
【0024】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて、図面を参照して説明する。
【0025】図5は本実施例のスパッタリング電極の平
面図、図6はそのA−A′断面図である。1は矩形平板
ターゲット、2はバッキングプレート、3はOリング、
4は電極本体、25は磁場発生用の磁気回路(左が和磁
気回路251,右側磁気回路252)で、以上は図1お
よび図2の構成と同様である。図1および図2の構成と
異なるのは、磁気回路を構成する永久磁石28を実施例
1のように細かくN極とS極を交互に組み合わせるので
はなく、磁力線26の向きをターゲットの中心線(図5
のA−A′)に対し紙面上側では左から右へ、下側では
右から左へと単純化したものである。本構成においても
図7に示すようにターゲット表面上の磁場強度(測定位
置は図3と同様)を調整するだけで、図8に示すような
良好な膜厚分布を得ることができる。
【0026】本実施例においても重要なことは、磁力線
の強さが矩形平板スパッタリングターゲットの中心線に
対し左右対称で、該磁力線の方向が反対であるというこ
とである。
【0027】また、磁気回路を構成する永久磁石の数を
実施例1では片側で8個、実施例2では2個としたが、
磁力線の強さがターゲットの中心線に対し左右対称で、
該磁力線の方向が反対であれば永久磁石の個数はいくら
でもよい。また磁気回路は永久磁石のほか、電磁石で構
成しても構わない。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明は、矩形平板ターゲ
ットを有し、該ターゲットの表面を平行に磁力線が通る
ように磁石を配置したスパッタリング電極において、前
記ターゲットの表面を水平に通る磁力線の強さが該ター
ゲットの中心線に対し、左右対称で該磁力線の方向が反
対であり、さらに前記磁力線の強度および方向を変化で
きるように磁石を配置したことを特徴としているため、
形成される薄膜の基板面内,バッチ間における膜厚およ
び膜質の均一性を向上できる。またターゲットの利用効
率の向上も達成できる。さらには強磁性材料ターゲット
の高速かつ効率的なスパッタリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1の実施例における矩形平板ターゲットを有
するスパッタリング電極の平面図
【図2】図1のA−A′断面図
【図3】第1の実施例におけるスパッタリング電極のタ
ーゲット上の表面磁場分布図
【図4】第1の実施例におけるスパッタリング電極によ
る膜厚分布図
【図5】第2の実施例における矩形平板ターゲットを有
するスパッタリング電極の平面図
【図6】図5のA−A′断面図
【図7】第2の実施例におけるスパッタリング電極のタ
ーゲット上の表面磁場分布図
【図8】第2の実施例におけるスパッタリング電極によ
る膜厚分布図
【図9】従来の矩形平板ターゲットを有するマグネトロ
ンスパッタリング電極の平面図
【図10】図10のA−A′断面図
【図11】従来の矩形平板ターゲットを有するマグネト
ロンスパッタリング電極の斜視図
【図12】従来のマグネトロンスパッタリング電極のタ
ーゲットエロージョン進行による膜厚分布図
【図13】従来の矩形平板ターゲットを有するスパッタ
リング電極(ターゲット表面上一様磁場)の平面図
【図14】図13のA−A′断面図
【図15】従来の矩形平板ターゲットを有するスパッタ
リング電極(ターゲット表面上一様磁場)のターゲット
上の表面磁場分布図
【図16】従来の矩形平板ターゲットを有するスパッタ
リング電極(ターゲット表面上一様磁場)による膜厚分
布図
【符号の説明】
1 ターゲット 7 トロイダル型トンネル状磁場 8 エロージョン領域 5,15,25,35 磁気回路 6,16,26,36 磁力線の方向 18,28 永久磁石 19 電子の螺旋運動の方向 151,251,351 左側磁気回路 152,252,352 右側磁気回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名古 久美男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 矩形平板ターゲットを有し、前記ターゲ
    ットの表面を平行に磁力線が通るように磁石を配置した
    スパッタリング電極において、前記ターゲットの表面を
    水平に通る磁力線の強さが前記ターゲットの中心線に対
    し、左右対称で該磁力線の方向が反対であるように磁石
    を配置したことを特徴とするスパッタリング電極。
  2. 【請求項2】 矩形平板ターゲットの表面を平行に通る
    磁力線の強度を変化できるように磁石を配置したことを
    特徴とする請求項1記載のスパッタリング電極。
  3. 【請求項3】 矩形平板ターゲットの表面を平行に通る
    磁力線の方向を変化できるように磁石を配置したことを
    特徴とする請求項1記載のスパッタリング電極。
JP20076392A 1992-07-28 1992-07-28 スパッタリング電極 Expired - Fee Related JP3316878B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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