JPH07173626A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ターゲットの利用効率を高くして、被堆積基板
への堆積膜の成膜コストを低減することができるマグネ
トロン型スパッタ装置を提供する。 【構成】磁石部２０を、第１電磁石２１と、この第１電
磁石２１に対して互いに異なる間隔をもって配置された
第２および第３の電磁石２２，２３とで構成し、第２電
磁石２２と第３電磁石２３を励磁切換えスイッチの切換
えによって選択的に励磁することにより、プラズマを封
じ込めるための磁界Ｍ1 ，Ｍ2 を、第１電磁石２１と２
電磁石２２との間と、第１電磁石２１と第３電磁石２３
との間との２箇所に選択的に生じさせて、ターゲット１
０の２箇所から選択的に粒子をスパッタさせるようにし
た。

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型のスパッ
タ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロン型のスパッタ装置は、放電
により発生するプラズマを磁界中に封じ込め、このプラ
ズマによりターゲットから粒子をスパッタさせて、この
スパッタ粒子を被堆積基板面に被着堆積させるものであ
る。

【０００３】図３は従来のマグネトロン型スパッタ装置
の構成を示す斜視図であり、このスパッタ装置は、図示
しない耐圧真空室内に、プラズマを封じ込めるための磁
界Ｍを発生する磁石部１を設け、その上方に、放電電流
を流すとともにターゲット１０からのスパッタ粒子を被
堆積基板Ａの方向に飛ばすためのアノード電極５を設置
した構成となっている。

【０００４】上記磁石部１は、第１の磁石（以下、第１
磁石という）２と、この第１磁石２に対し所定の間隔を
もって配置された第２の磁石（以下、第２磁石という）
３とからなっており、これら磁石２，３はいずれも永久
磁石とされている。

【０００５】そして、上記第１磁石２は、その一方の極
例えばＳ極側を上にしてバッキングプレート４上に固定
され、第２磁石は他方の極例えばＮ極側を上にして前記
バッキングプレート４上に固定されており、プラズマを
封じ込めるための磁界Ｍは、第１磁石２と第２磁石３と
の間に形成される。図３において、ｍは、第１磁石２と
第２磁石３との間の磁力線を示しており、矢印は磁力線
ｍの向きを表わしている。

【０００６】なお、図３に示したスパッタ装置は、第１
磁石２の両側に第２磁石３を配置したダブル・エロージ
ョン型と呼ばれるものであり、このダブル・エロージョ
ン型のスパッタ装置では、プラズマを封じ込めるための
磁界Ｍが、第１磁石２とその一側の第２磁石３との間
と、前記第１磁石２とその他側の第２磁石３との間とに
それぞれ形成される。

【０００７】一方、上記アノード電極５は、図３に示す
ような枠状の導電板からなっており、このアノード電極
５は、被堆積基板Ａの配置位置の下方に、枠内の空間が
前記被堆積基板Ａに対向するようにして設置されてい
る。

【０００８】このスパッタ装置は、上記磁石部１の上
に、銅板等からなる導電板１１の表面に薄板状のターゲ
ット材１２を設けたターゲット１０を配置し、上記アノ
ード電極５の上方にガラス基板等の被堆積基板Ａを配置
して、前記ターゲット１０からのスパッタ粒子を前記基
板Ａ面に被着堆積させるスパッタリングを行なうもので
あり、このスパッタリングは、上記耐圧真空室内にＡr
（アルゴン）ガス等の雰囲気ガスを導入し、ターゲット
１０側の導電板１１をカソード電極として、このカソー
ド電極１１とアノード電極５との間に高圧電圧（直流電
圧）を印加して行なわれる。

【０００９】このように、Ａr ガス等の雰囲気ガス中に
おいてターゲット１０側のカソード電極１１とアノード
電極５との間に高圧電圧を供給すると、これらの電極１
１，５間に放電電流が流れて、この放電によりプラズマ
が発生する。この発生したプラズマは第１磁石２と第２
磁石３との間の磁界Ｍ中に封じ込められ、この磁界Ｍ中
に封じ込められたプラズマにより、ターゲット材１２か
ら粒子がスパッタされる。

【００１０】そして、ターゲット材１２からスパッタさ
れたスパッタ粒子は、上記カソード電極１１とアノード
電極５との間に印加された電圧によって生ずる電界によ
り図３に破線で示したように被堆積基板Ａの方向へ飛
び、この基板Ａ面に被着堆積する。

【００１１】ところで、上記スパッタ装置においては、
ターゲット１０のターゲット材１２が、スパッタ粒子の
放出により表面側から損耗して行く。このターゲット材
１２の損耗部はエロージョンと呼ばれており、このエロ
ージョンｅは、図３に示したように、第１磁石２と第２
磁石３との中間に対応する部分に溝状にでき、スパッタ
リングの繰返しにともなって深くなって行く。

【００１２】このため、従来は、ターゲット材１２のエ
ロージョンｅがターゲット１０の使用限界、つまり正常
なスパッタリングを行なえる限界深さまで進行したとこ
ろでターゲット１０を交換している。図４は使用限界ま
で使用されたターゲット１０の拡大断面図である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスパッタ装置では、上述したように、ターゲット材
１２が第１磁石２と第２磁石３との中間に対応する限ら
れた箇所において損耗するだけであり、ターゲット材１
２の他の部分は損耗しないため、エロージョンｅが限界
深さまで進行したところでターゲット１０を交換するの
では、ターゲット材１２の大部分が無駄になってしま
う。

【００１４】このため、従来のスパッタ装置は、ターゲ
ット１０の利用効率が悪く、したがって、被堆積基板Ａ
への堆積膜の成膜コストが高いという問題をもってい
た。本発明は、ターゲットの利用効率を高くして、被堆
積基板への堆積膜の成膜コストを低減することができる
スパッタ装置を提供することを目的としたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、マグネトロン
型のスパッタ装置において、プラズマを封じ込めるため
の磁界を発生する磁石部を、少なくとも、第１の磁石
と、この第１の磁石に対し所定の間隔をもって配置され
前記第１の磁石との間に前記プラズマを封じ込めるため
の磁界を形成する第２の電磁石と、前記第１の磁石に対
し前記所定の間隔とは異なる間隔をもって配置され前記
第１の磁石との間に前記プラズマを封じ込めるための他
の磁界を形成する第３の電磁石とで構成し、かつ、前記
第２の電磁石と第３の電磁石を、励磁切換え手段により
選択的に励磁するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【作用】すなわち、本発明のスパッタ装置は、その磁石
部を、少なくとも、第１の磁石と、この第１の磁石に対
して互いに異なる間隔をもって配置された第２および第
３の電磁石とで構成し、前記第２の電磁石と第３の電磁
石を励磁切換え手段によって選択的に励磁することによ
り、プラズマを封じ込めるための磁界を、前記第１の磁
石と前記第２の電磁石との間と、前記第１の磁石と前記
第３の電磁石との間との少なくとも２箇所に選択的に生
じさせて、ターゲットの少なくとも２箇所から選択的に
粒子をスパッタさせるようにしたものである。

【００１７】このスパッタ装置によれば、同じターゲッ
トを、前記少なくとも２箇所のうちの一方のスパッタ箇
所に生じるエロージョンが限界深さに達し、さらに他方
のスパッタ箇所に生じるエロージョンが限界深さに達す
るまで使用し続けることができるため、ターゲットの利
用効率を高くして、被堆積基板への堆積膜の成膜コスト
を低減することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。図１はスパッタ装置の磁石部２０と
その上に配置したターゲットの斜視図である。なお、こ
の磁石部２０は、図示しない耐圧真空室内に設置されて
いる。また、図１には示していないが、前記耐圧真空室
内には、磁石部２０の上方に枠状のアノード電極が設置
されており、その上方に被堆積基板が配置される。

【００１９】この実施例のスパッタ装置は、プラズマを
封じ込めるための磁界を発生する磁石部２０を、第１の
磁石２１と、この第１の磁石２１に対して互いに異なる
間隔をもって配置された第２および第３の磁石２２，２
３とで構成したものであり、これら各磁石２１，２２，
２３はいずれも電磁石とされている。

【００２０】すなわち、上記磁石部２０は、第１の電磁
石（以下、第１電磁石という）２１と、この第１電磁石
２１に対し所定の間隔をもって配置され前記第１電磁石
２１との間にプラズマを封じ込めるための第１の磁界Ｍ
1 を形成する第２の電磁石（以下、第２電磁石という）
２２と、前記第１電磁石２１に対し前記所定の間隔とは
異なる間隔をもって配置され前記第１電磁石２１との間
にプラズマを封じ込めるための第２の磁界Ｍ2 を形成す
る第３の電磁石（以下、第３電磁石という）２３とから
なっている。

【００２１】そして、第１電磁石２１はその一方の極
（図１ではＳ極）を上にしてバッキングプレート２４の
上に固定され、第２電磁石２２と第３電磁石２３は前記
第１電磁石２１とは反対の極（図１ではＮ極）を上にし
て前記バッキングプレート２４上に固定されており、上
記第１の磁界Ｍ1 は第１電磁石２１と第２電磁石２２と
の間に形成され、第２の磁界Ｍ2 は第１電磁石２１と第
３電磁石２３との間に形成される。

【００２２】図１において、ｍは、第１電磁石２１と第
２および第３の電磁石２２、２３との間の磁力線を示し
ており、実線で示した磁力線ｍは第１の磁界Ｍ1 を形成
する磁力線、破線で示した磁力線ｍは第２の磁界Ｍ2 を
形成する磁力線である。また、磁力線ｍに付した矢印は
磁力線の向きを表わしている。

【００２３】なお、この実施例のスパッタ装置はダブル
・エロージョン型のものであり、第２電磁石２２と第３
電磁石２３は、第１電磁石２１の両側にそれぞれ配置さ
れている。このダブル・エロージョン型のスパッタ装置
では、上記第１の磁界Ｍ1 と第２の磁界Ｍ2 が、第１電
磁石２１とその一側の第２および第３電磁石２２、２３
との間と、前記第１電磁石２１とその他側の第２および
第３電磁石２２、２３との間とにそれぞれ形成される。

【００２４】また、上記第１電磁石２１と第２および第
３電磁石２２、２３は、励磁電源（直流電源）２５から
供給される電力によって励磁されるようになっている。
これら電磁石２１，２２，２３のうち、第１電磁石２１
は、前記起動スイッチ２６を介して励磁電源２５に接続
されており、第２電磁石２２と第３電磁石２３はそれぞ
れ、励磁切換えスイッチ２７と前記起動スイッチ２６と
を介して励磁電源２５に接続されている。

【００２５】上記励磁切換えスイッチ２７は、上記第２
電磁石２２と第３電磁石２３とを選択的に励磁するため
のものであり、この励磁切換えスイッチ２７が図１に実
線で示した状態にあるときは第２電磁石２２が励磁さ
れ、励磁切換えスイッチ２７を図１に鎖線で示した状態
に切替えると第３電磁石２３が励磁される。なお、第１
電磁石２１は、起動スイッチ２６がＯＮ状態にある間、
継続して励磁される。

【００２６】この実施例のスパッタ装置は、上記磁石部
２０の上に、銅板等からなる導電板１１の表面に薄板状
のターゲット材１２を設けたターゲット１０を図１に示
したように配置し、前記磁石部２０の上方に設置した図
示しないアノード電極の上方にガラス基板等の被堆積基
板を配置して、前記ターゲット１０からのスパッタ粒子
を前記基板面に被着堆積させるスパッタリングを行なう
ものであり、このスパッタリングは、耐圧真空室内にＡ
r ガス等の雰囲気ガスを導入し、ターゲット１０側の導
電板１１をカソード電極として、このカソード電極１１
とアノード電極５との間に高圧電圧（直流電圧）を印加
して行なわれる。

【００２７】そして、このスパッタ装置では、新しいタ
ーゲット１０の使い初めから一定期間（ターゲット材１
２のエロージョンが正常なスパッタリングを行なえる限
界深さまで進行するまでの期間）は、上記励磁切換えス
イッチ２７を図１に実線で示した状態にしておき、第１
電磁石２１と第２電磁石２２とを励磁してスパッタリン
グを行なう。

【００２８】このように、第１電磁石２１と第２電磁石
２２とを励磁した状態で、Ａr ガス等の雰囲気ガス中に
おいてターゲット１０側のカソード電極１１と上記アノ
ード電極との間に高圧電圧を供給すると、これらの電極
間に放電電流が流れて、この放電によりプラズマが発生
する。この発生したプラズマは第１電磁石２１と第２電
磁石２２との間の磁界Ｍ1 中に封じ込められ、この磁界
Ｍ1 中に封じ込められたプラズマにより、ターゲット材
１２から粒子がスパッタされる。

【００２９】そして、ターゲット材１２からスパッタさ
れたスパッタ粒子は、上記カソード電極１１とアノード
電極との間に印加された電圧によって生ずる電界により
被堆積基板の方向へ飛び、この基板面に被着堆積する。

【００３０】一方、ターゲット１０のターゲット材１２
は、スパッタ粒子の放出により表面側から損耗して行く
が、上述した期間中は、励磁状態にある第１電磁石２１
と第２電磁石２２との間の磁界Ｍ1 中に封じ込められた
プラズマによってターゲット材１２から粒子がスパッタ
されるため、この期間中にターゲット材１２に生ずるエ
ロージョンｅ1 は、図１に実線で示したように、第１電
磁石２１と第２電磁石２２との中間に対応する部分に溝
状にできる。

【００３１】このエロージョンｅ1 は、スパッタリング
の繰返しにともなって深くなって行き、その深さがター
ゲット材１２の下面近くに達すると、正常なスパッタリ
ングが行なえなくなる。

【００３２】そこで、このスパッタ装置では、上記エロ
ージョンｅ1 が正常なスパッタリングを行なえる限界深
さまで進行した時点で、励磁切換えスイッチ２７を図１
に鎖線で示した状態に切換え、それ以後の一定期間（タ
ーゲット材１２のエロージョンが正常なスパッタリング
を行なえる限界深さまで進行するまでの期間）は、第１
電磁石２１と第３電磁石２３を励磁してスパッタリング
を行なう。

【００３３】なお、上記励磁切換えスイッチ２７は、上
記エロージョンｅ1 の深さが限界深さに達するまでの累
積放電時間をスパッタ装置の制御部（図示せず）に設定
しておくことによって自動的に切換えることができる。

【００３４】そして、この第１電磁石２１と第３電磁石
２３を励磁してスパッタリングを行なう期間にも、ター
ゲット１０のターゲット材１２は、スパッタ粒子の放出
により表面側から損耗して行くが、この期間には、励磁
状態にある第１電磁石２１と第３電磁石２３との間の磁
界Ｍ2 中に封じ込められたプラズマによってターゲット
材１２から粒子がスパッタされるため、この期間中にタ
ーゲット材１２に生ずるエロージョンｅ2 は、図１に鎖
線で示したように、第１電磁石２１と第３電磁石２３と
の中間に対応する部分に溝状にできる。

【００３５】なお、この期間には、第２電磁石２２の励
磁が励磁切換えスイッチ２７の切換えにより停止されて
いるため、第１電磁石２１と第２電磁石２２との間の磁
界Ｍ1 はなくなっており、したがって、この箇所にプラ
ズマが封じ込められてターゲット材１２から粒子がスパ
ッタされることはないから、前の期間にターゲット材１
２に生じたエロージョンｅ1 がさらに深く進行して行く
ことはない。

【００３６】また、上記第１電磁石２１と第３電磁石２
３の励磁によるスパッタリングは、上記エロージョンｅ
2 が正常なスパッタリングを行なえる限界深さに達する
まで、すなわちターゲット材１２の損耗がターゲット１
０の使用限界に達するまで行ない、その時点で起動スイ
ッチ２６をＯＦＦさせてスパッタリングを停止する。な
お、この起動スイッチ２６も、上記エロージョンｅ2 の
深さが限界深さに達するまでの累積放電時間をスパッタ
装置の制御部（図示せず）に設定しておくことによって
自動的に切換えることができる。

【００３７】図２は、使用限界まで、つまり、第１電磁
石２１と第３電磁石２３の励磁によるスパッタリングに
おいて生じたエロージョンｅ2 も正常なスパッタリング
を行なえる限界深さに達するまで使用されたターゲット
１０の拡大断面図である。なお、使用限界まで使用した
ターゲット１０は、スパッタリングの停止期間中に新し
いターゲットと交換する。

【００３８】すなわち、上記スパッタ装置は、その磁石
部２０を、第１電磁石２１と、この第１電磁石２１に対
して互いに異なる間隔をもって配置された第２および第
３の電磁石２２，２３とで構成し、前記第２電磁石２２
と第３電磁石２３を励磁切換えスイッチ２７の切換えに
よって選択的に励磁することにより、プラズマを封じ込
めるための磁界Ｍ1 ，Ｍ2 を、第１電磁石２１と第２電
磁石２２との間と、第１電磁石２１と第３電磁石２３と
の間との２箇所に選択的に生じさせて、ターゲット１０
の２箇所から選択的に粒子をスパッタさせるようにした
ものである。

【００３９】このスパッタ装置によれば、同じターゲッ
ト１０を、前記２箇所のうちの一方のスパッタ箇所に生
じるエロージョンｅ1 が限界深さに達し、さらに他方の
スパッタ箇所に生じるエロージョンｅ2 が限界深さに達
するまで使用し続けることができるため、従来のスパッ
タ装置に比べて、ターゲット１０の寿命を２倍にするこ
とができ、したがって、ターゲット１０の利用効率を高
くして、被堆積基板への堆積膜の成膜コストを低減する
ことができる。

【００４０】なお、上記実施例では、第１電磁石２１と
第２電磁石２２の励磁によるスパッタリングにおいて生
じたエロージョンｅ1 が限界深さに達した後に、第１電
磁石２１と第３電磁石２３の励磁によるスパッタリング
を行なうようにしたが、前記第２電磁石２２と第３電磁
石２３の励磁の切換えは、例えば、１枚の基板に対する
成膜時間を複数分割してその各分割時間ごとに行なって
もよく。その場合は、上記２箇所のエロージョンｅ1 ，
ｅ2 が交互に進行して行く。

【００４１】また、上記実施例では、磁石部２０を、第
１電磁石２１の両側にそれぞれ第２電磁石２２と第３電
磁石２３を配置した構成としているが、この磁石部２０
は、上記実施例のものに限らず、例えば、第１電磁石２
１の一側だけに第２電磁石２２と第３電磁石２３を配置
した構成としてもよい。

【００４２】さらに、上記実施例では、第１電磁石２１
との間にプラズマを封じ込めるための磁界を形成する電
磁石として、第２と第３の２つの電磁石２２，２３を備
えているが、この電磁石の数はさらに多くしてもよく、
例えば、前記２つの電磁石２２，２３に加えて、第１電
磁石２１に対し前記２つの電磁石２２，２３とは異なる
間隔をもって配置され前記第１電磁石２１との間にプラ
ズマを封じ込めるための他の磁界を形成する第４の電磁
石を設ければ、ターゲット１０の３箇所から選択的に粒
子をスパッタさせることができるため、ターゲット１０
の寿命を３倍にし、ターゲット１０の利用効率をさらに
高くすることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明のスパッタ装置は、その磁石部
を、少なくとも、第１の磁石と、この第１の磁石に対し
て互いに異なる間隔をもって配置された第２および第３
の電磁石とで構成し、前記第２の電磁石と第３の電磁石
を励磁切換え手段によって選択的に励磁することによ
り、プラズマを封じ込めるための磁界を、前記第１の磁
石と前記第２の電磁石との間と、前記第１の磁石と前記
第３の電磁石との間との少なくとも２箇所に選択的に生
じさせて、ターゲットの少なくとも２箇所から選択的に
粒子をスパッタさせるようにしたものであるため、同じ
ターゲットを、前記少なくとも２箇所のうちの一方のス
パッタ箇所に生じるエロージョンが限界深さに達し、さ
らに他方のスパッタ箇所に生じるエロージョンが限界深
さに達するまで使用し続けることができ、したがって、
ターゲットの利用効率を高くして、被堆積基板への堆積
膜の成膜コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すスパッタ装置の磁石部
とその上に配置したターゲットの斜視図。

【図２】実施例のスパッタ装置により使用限界まで使用
されたターゲットの拡大断面図。

【図３】従来のスパッタ装置の構成を示す斜視図。

【図４】従来のスパッタ装置により使用限界まで使用さ
れたターゲットの拡大断面図。

【符号の説明】

１０…ターゲット １１…導電板（カソード電極） １２…ターゲット材 ２０…磁石部 ２１…第１電磁石 ２２…第２電磁石 ２３…第３電磁石 ２４…バッキングプレート ２５…励磁電源 ２６…起動スイッチ ２７…励磁切換えスイッチ Ｍ1 …第１の磁界 Ｍ2 …第２の磁界 ｅ1 …第１電磁石と第２電磁石の励磁によるスパッタリ
ングにおいて生じたエロージョン ｅ2 …第１電磁石と第３電磁石の励磁によるスパッタリ
ングにおいて生じたエロージョン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを封じ込めるための磁界を発生す
   る磁石部と、その上方に設置されたアノード電極とを備
   え、前記磁石部の上に配置したターゲットと前記アノー
   ド電極との間に放電を生じさせることによって発生する
   プラズマを前記磁界中に封じ込め、このプラズマにより
   前記ターゲットから粒子をスパッタさせて、このスパッ
   タ粒子を前記アノード電極の上方に配置した被堆積基板
   面に被着堆積させるマグネトロン型のスパッタ装置であ
   って、 前記磁石部は、少なくとも、第１の磁石と、この第１の
   磁石に対し所定の間隔をもって配置され前記第１の磁石
   との間に前記プラズマを封じ込めるための磁界を形成す
   る第２の電磁石と、前記第１の磁石に対し前記所定の間
   隔とは異なる間隔をもって配置され前記第１の磁石との
   間に前記プラズマを封じ込めるための他の磁界を形成す
   る第３の電磁石とからなり、かつ、前記第２の電磁石と
   第３の電磁石は、励磁切換え手段により選択的に励磁さ
   れることを特徴とするスパッタ装置。