JPH08134641A

JPH08134641A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH08134641A
Application number: JP27515694A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Ito; 藤昭彦伊
Original assignee: Shibaura Engineering Works Co Ltd
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-28
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JP2928105B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ中の負の荷電粒子を真空容器等の構
造物へと導き、負の荷電粒子の衝撃による基板や薄膜の
損傷を防止すると共にプラズマ中の負の電位に起因する
基板上の放電を防止することができるスパッタリング装
置を提供する。【構成】ターゲット側磁石（９）によって真空容器
（１）内に第１の磁場（Ａ）を形成し、この第１の磁場
（Ａ）を利用してマグネトロン放電を発生させる。この
マグネトロン放電によって生成された正イオンでターゲ
ット（８）をスパッタし、スパッタされた粒子が基板
（１０）の表面に堆積される。一方、第２の磁場（Ｂ）
を真空容器（１）内に形成するように基板側磁石（１
２）を設け、第２の磁場（Ｂ）によって真空容器（１）
内の負の荷電粒子を真空容器（１）等の構造物の方向に
導くようにする。

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装置に係
り、特に、プラズマ中の負の荷電粒子を真空容器等の構
造物の方向へ導くことのできるスパッタリング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスパッタリング装置、例えばプレ
ーナマグネトロンスパッタリング装置においては、電界
と磁場とが直交する空間中でマグネトロン放電を行な
い、このマグネトロン放電を利用してアルゴン等の不活
性ガスをイオン化する。このようにして生成されたイオ
ンを電界で加速して陰極であるターゲットに衝突させ、
ターゲットを構成する粒子をスパッタする。スパッタさ
れた粒子は、ターゲットに対向して配置された基板の表
面に付着し、基板の表面上に徐々に粒子が堆積する。こ
のようにして堆積された粒子は基板の表面に薄膜を形成
する。

【０００３】なお、アルゴン等の不活性ガスに酸素や窒
素等の活性ガスを添加し、ターゲット構成元素と活性ガ
ス構成元素との混合物・化合物膜を基板上に形成するこ
ともできる。

【０００４】この従来のスパッタリング装置は、図３に
示されているように、真空容器１の内部にバルブ２を介
してアルゴンガスが導入される。なお、真空容器１の内
部は常時排気されている。また、真空容器１の下部には
陰極であるベース３が設けられており、このベース３は
直流電源４のマイナス側に電気的に接続されている。ベ
ース３の上には絶縁物５を介して陽極であるアノード６
が設けられている。このアノード６は、直流電源４のプ
ラス側（アース側）に電気的に接続されている。ベース
３の中央の上面にはバッキングプレート７が載置されて
おり、このバッキングプレート７の上面にはターゲット
８が載置されている。

【０００５】ベース３の下方にはターゲット側磁石９が
設けられており、このターゲット側磁石９はターゲット
８の上方に磁力線Ａで示された磁場を形成している。こ
のターゲット側磁石９は、Ｓ極を上方に向けてターゲッ
ト８の中央の下方に設けられた内側磁石９ａと、この内
側磁石９ａを中心とした同一円周上にＮ極を上方に向け
て延設された外側磁石９ｂとにより構成される。また、
ターゲット８に対向するようにして基板１０が配置され
ており、この基板１０は基板ホルダ１１によって保持さ
れている。

【０００６】このような構成よりなる従来のスパッタリ
ング装置においては、バルブ２を介して真空容器１の内
部にアルゴンガス等が導入され、直流電源４によってベ
ース３に所定の高電圧が印加されると、真空容器１の内
部で放電が生じ、この放電によってアルゴンガスがイオ
ン化する。この際、ターゲット８の上方にはターゲット
側磁石９の磁力線Ａによる磁場が形成されているため、
この磁力線Ａと直流電源４による電界とが直交する部分
において、放電によって電離した電子がマグネトロン運
動を行ない、高密度のプラズマが形成される。プラズマ
内のアルゴンイオンは正の電荷を有するため、陰極であ
るターゲット８に向かって加速され、ターゲット８に衝
突する。このアルゴンイオンの衝撃によってターゲット
８を構成する粒子がスパッタされ、基板１０に向かって
飛び出す。飛び出した粒子は基板１０に付着し、徐々に
堆積されて基板１０の表面に薄膜が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、プラズマ中
の電位は一般に負となるため、プラズマ中に存在する電
子や負イオンといった負の荷電粒子は、このプラズマの
負電位によって形成された電界と直流電源４によって形
成された電界とが重ね合った電界によって基板１０の方
向へ加速される。このため、負の荷電粒子は高いエネル
ギーを持って基板１０に衝突し、基板１０を損傷した
り、基板１０の表面上の薄膜を損傷して膜質が劣化する
という問題があった。

【０００８】特に、反応性スパッタリングにおいては、
プラズマ中で励起された負イオンの衝撃による膜質劣化
の問題が深刻であった。例えば、液晶表示パネルの透明
導電膜（ＩＴＯ）を反応性スパッタリングによって作成
する際に、プラズマ中で励起された酸素イオン（負イオ
ン）が電界によって加速されて薄膜に衝突し、これによ
ってＩＴＯの導電率の面内均一性が著しく低下するとい
う問題があった。

【０００９】一方、従来のスパッタリング装置において
は、ターゲット８と基板１０との離間距離を短くするこ
とによって、基板の処理速度及びターゲットの１枚当た
りの基板の処理枚数を増加させることができる。ところ
が、ターゲット８と基板１０との離間距離を短くすると
プラズマと基板１０との距離も短くなり、このためプラ
ズマ中の負電位に起因して基板１０の方向への放電が発
生し、基板１０の表面上の薄膜にすじ状の放電の痕跡が
残り、基板１０が使用不可能となるという問題もあっ
た。

【００１０】そこで、本発明の目的は、プラズマ中の負
の荷電粒子を真空容器等の構造物へと導くことによっ
て、負の荷電粒子の衝撃による基板や薄膜の損傷を防止
すると共にプラズマ中の負の電位に起因する基板方向へ
の放電を防止することができるスパッタリング装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるスパッタリング装置は、ターゲット側
磁石によって真空容器内に第１の磁場を形成し、この第
１の磁場を利用してマグネトロン放電を発生させ、この
マグネトロン放電によって生成された正イオンでターゲ
ットをスパッタし、スパッタされた粒子が基板の表面に
堆積されるようにしたスパッタリング装置において、第
２の磁場を前記真空容器内に形成するように基板側磁石
を設け、前記第２の磁場によって前記真空容器内の負の
荷電粒子を前記真空容器等の構造物の方向に導くように
したことを特徴とするものである。

【００１２】また、前記基板側磁石の磁力線は前記ター
ゲット側磁石の磁力線とほぼ同じ方向を向いていること
が好ましい。

【００１３】さらに、前記基板側磁石の磁力線は前記基
板に対してほぼ平行であることが好ましい。

【００１４】また、前記基板側磁石は前記基板の背面全
体をほぼ覆うようにして配置することもできる。

【００１５】また、前記基板側磁石の磁力線は、前記タ
ーゲットのエロージョンの中心位置、すなわちエロージ
ョンを最も受けやすい部位に対向する前記基板の対向位
置の周辺において前記基板に対してほぼ平行とすること
もできる。

【００１６】

【作用】第２の磁場を形成する磁力線によって、プラズ
マ中の負の荷電粒子が真空容器等の構造物の方向へ導か
れる。このため、プラズマ中の負の荷電粒子は基板の方
向に加速されにくくなる。また、プラズマ中の負の電荷
は構造物を介して逃がされるため、プラズマ中の負の電
位が低減される。プラズマ中の負の電位が低減される
と、基板上での放電が生じにくくなると共に、負の荷電
粒子を基板方向に加速する電界の強度が減少する。

【００１７】また、基板側磁石の磁力線はターゲット側
磁石の磁力線とほぼ同じ方向を向いているので、基板側
磁石の磁場によってターゲット側磁石の磁場が弱められ
ることがなく、マグネトロン放電の達成が阻害されるこ
とがない。

【００１８】さらに、基板側磁石の磁力線は基板に対し
てほぼ平行であるため、負の荷電粒子は基板側磁石の磁
力線に沿って基板に対して平行に移動し、負の荷電粒子
が基板に衝突することがない。

【００１９】また、基板の背面全体をほぼ覆うようにし
て配置された基板側磁石の磁力線は、基板表面の前方の
空間領域を全体的に覆うため、負の荷電粒子は基板側磁
石の磁力線によって確実に構造物の方向へと導かれ、基
板への衝突が防止される。

【００２０】また、基板側磁石の磁力線はターゲットの
エロージョンの中心位置に対向する基板の対向位置の周
辺において基板に対してほぼ平行であるから、負の荷電
粒子による膜質劣化が生じやすい部位、すなわちターゲ
ットのエロージョンの中心位置に対向する基板の対向位
置において、負の荷電粒子による衝撃を確実に防止する
ことができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明によるスパッタリング装置の一
実施例について、図１及び図２を参照して説明する。な
お、図３に示す従来例と同一の部材については同一符号
を付して説明は省略する。

【００２２】図１において、ターゲット８と基板１０と
の離間距離は、基板１０の処理速度の向上等を図るべ
く、上述した従来のスパッタリング装置よりも短くなっ
ている。また、基板１０の裏面と基板ホルダ１１の内側
面との間に形成される空間には基板側磁石１２が配設さ
れており、この基板側磁石１２は符号Ｂで示されたよう
な磁力線を有している。

【００２３】この基板側磁石１２は、図２に示されいて
いるように、同一円周上に配設された複数の台形板磁石
１２ａ、１２ａ…１２ａにより構成されており、基板１
０の背面の上方をほぼ覆うように配置されている。ま
た、この基板側磁石１２の極性は、中心側がＳ極で外周
側がＮ極である。したがって、この基板側磁石１２の磁
力線Ｂの向きは、ベース３の下方に設けられたターゲッ
ト側磁石９の磁力線Ａの向きとほぼ同じ方向を向いてい
る。

【００２４】次に、本実施例の作用について説明する。
ベース３の下方に設けられたターゲット側磁石９によっ
てターゲット８の上方に磁力線Ａが形成されており、こ
の磁力線Ａはターゲット８の表面の外周縁付近から中央
へと向かっている。

【００２５】一方、基板側磁石１２によって基板１０の
下方に形成される磁力線Ｂは、基板１０の外周縁付近か
ら中央へと向かっている。すなわち、ターゲット側磁石
９の磁力線Ａと基板側磁石の磁力線Ｂはほぼ同じ方向を
向いている。

【００２６】また、図１において符号Ｏで示されたター
ゲット８のエロージョンの中心位置に対向する基板１０
の対向位置の周辺において、基板側磁石１２の磁力線Ｂ
は基板１０に対してほぼ平行である。なお、ターゲット
８のエロージョンの中心位置Ｏとは、スパッタリングに
よるエロージョンを最も受けやすいターゲット８の部位
のことである。

【００２７】そして、例えば反応性スパッタリングにお
いては、常時排気されている真空容器１の内部へバルブ
２を介してアルゴンガスおよび酸素ガスを導入する。次
に、直流電源４によってベース３に所定の高電圧を印加
すると真空容器１の内部で放電が生じる。この際、ター
ゲット８の上方にはターゲット側磁石９の磁力線Ａによ
る磁場が形成されているため、この磁場と電界とが直交
する部分において、放電によって電離した電子がマグネ
トロン運動を行ない、高密度のプラズマが発生する。

【００２８】プラズマ内のアルゴンイオンは正の電荷を
有するため、電界によって陰極であるターゲット８に向
かって加速され、ターゲット８に衝突する。アルゴンイ
オンがターゲット８に衝突すると、ターゲット８の構成
元素がスパッタされて基板１０の方向へ放出される。放
出された元素は基板１０の表面に付着するが、同時に酸
素と反応して基板１０の表面上で酸化物膜を形成する。

【００２９】一方、電離した電子及び負イオンは、電界
によって陽極である基板１０の方向へ向かう力を受ける
と同時に、ターゲット側磁石９および基板側磁石１２に
よって形成される磁場からも力をうける。

【００３０】このため、ターゲット８の近くの空間に存
在する電子及び負イオンは、ターゲット側磁石９の磁力
線Ａに巻き付くと同時に陽極である基板１０の方向への
力を受けるので、基板１０の方向への力とターゲット８
の方向への力とがつりあい、ターゲット８の近くの空間
に捕捉されることになる。

【００３１】一方、基板１０の近くの空間に存在する電
子及び負イオンは、基板側磁石１２の磁力線Ｂに巻き付
くと同時に電界によって陽極である基板１０の方向への
力を受けるので、基板側磁石１２の磁力線Ｂに沿って螺
旋運動をしながら真空容器１や基板ホルダ１１といった
金属製の構造物の方向へと移動する。電子及び負イオン
が構造物に達すると、構造物を介して電子及び負イオン
の負電荷がアースへと流れ込む。

【００３２】このように、基板１０の近くの空間に存在
する電子及び負イオンは金属製の構造物を介してアース
へと逃がされるため、電界によって加速された電子及び
負イオンが基板１０又は基板表面に形成された薄膜を衝
撃して損傷する可能性が極めて小さくなる。

【００３３】また、基板１０の近くの空間の負電位が小
さくなるため、電子及び負イオンが加速されて基板１０
に衝突したとしても、そのエネルギーは極めて小さく、
基板１０又は基板表面に形成された薄膜の損傷は生じな
い。

【００３４】さらに、空間中の負電位は極めて小さいた
め、この負電位空間から基板１０への放電も防止され、
放電による基板１０又は基板表面に形成された薄膜の損
傷は防止される。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第２
の磁場によってプラズマ中の負の荷電粒子が真空容器等
の構造物の方向に導かれるため、負の荷電粒子の衝撃に
よって基板や基板表面に形成された薄膜が損傷を受ける
ことがなく、また、基板上での放電によって基板や基板
表面に形成された薄膜が損傷することもない。

【００３６】また、基板側磁石の磁力線はターゲット側
磁石の磁力線とほぼ同じ方向を向いているので、基板側
磁石の磁場によってターゲット側磁石の磁場が弱められ
ることがなく、マグネトロン放電を確実に維持しながら
基板又は基板表面に形成された薄膜の損傷を防止するこ
とができる。

【００３７】さらに、基板側磁石の磁力線は基板に対し
てほぼ平行であるため、基板側磁石の磁力線に沿って移
動する負の荷電粒子は基板に衝突することがなく、基板
又は基板表面に形成された薄膜の損傷を確実に防止する
ことができる。

【００３８】また、基板の背面全体をほぼ覆うようにし
て配置された基板側磁石の磁力線は、基板の表面の前方
の空間領域を全体的に覆うため、負の荷電粒子は基板に
衝突することがなく、基板側磁石の磁力線によって確実
に構造物の方向に導かれ、これによって基板又は基板表
面に形成された薄膜の損傷が確実に防止される。

【００３９】また、基板側磁石の磁力線はターゲットの
エロージョンの中心位置に対向する基板の対向位置の周
辺において基板に対してほぼ平行であるから、負の荷電
粒子による膜質劣化が生じやすい部位、すなわちターゲ
ットのエロージョンの中心位置に対向する基板の対向位
置において、負の荷電粒子による衝撃を確実に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスパッタリング装置の一実施例を
示した縦断面図。

【図２】本発明の要部である基板側磁石を示した図１の
２−２断面図。

【図３】従来のスパッタリング装置を示した縦断面図。

【符号の説明】

１真空容器８ターゲット９ターゲット側磁石１０基板１２基板側磁石Ａ第１の磁場を形成する磁力線Ｂ第２の磁場を形成する磁力線Ｏターゲットのエロージョンの中心位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット側磁石によって真空容器内に第
１の磁場を形成し、この第１の磁場を利用してマグネト
ロン放電を発生させ、このマグネトロン放電によって生
成された正イオンでターゲットをスパッタし、スパッタ
された粒子が基板の表面に堆積されるようにしたスパッ
タリング装置において、第２の磁場を前記真空容器内に
形成するように基板側磁石を設け、前記第２の磁場によ
って前記真空容器内の負の荷電粒子を前記真空容器等の
構造物の方向に導くようにしたことを特徴とするスパッ
タリング装置。
【請求項２】前記基板側磁石の磁力線は前記ターゲット
側磁石の磁力線とほぼ同じ方向を向いていることを特徴
とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】前記基板側磁石の磁力線は前記基板に対し
てほぼ平行であることを特徴とする請求項１記載のスパ
ッタリング装置。
【請求項４】前記基板側磁石は前記基板の背面全体をほ
ぼ覆うようにして配置されたことを特徴とする請求項１
記載のスパッタリング装置。
【請求項５】前記基板側磁石の磁力線は前記ターゲット
のエロージョンの中心位置に対向する前記基板の対向位
置の周辺において前記基板に対してほぼ平行であること
を特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。