JPH08269712A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターゲットのエロージョンが特定範囲に集中
させずに利用率を高めるとともに、非エロージョン部分
からの発塵の影響を少なくして歩留まり低下を防止した
マグネトロンスパッタ装置を提供する。 【構成】 基板11を載支する基板ホルダー12およびター
ゲット23の間に高電圧をかけて放電を生じさせる。ター
ゲット23上に設けたマグネット24で磁場を形成して、基
板11表面にスパッタリングによる被膜を形成する。長手
方向が基板11の幅方向に沿うようにマグネット24を配置
し、基板11の長手方向に沿って往復動作させる。往復動
作端の位置の近くでは、この往復動作に連動して基板11
の幅方向にも移動させる。マグネットの移動軌跡を往路
と復路では異なるようにし、ターゲット23に生じるエロ
ージョンの範囲が拡大し、利用率を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板ホルダおよびター
ゲットの間で放電させ、ターゲットの基板とは反対の面
に設けられたマグネットで磁場を形成することにより、
基板ホルダ上の基板の表面にスパッタリングにより成膜
するマグネトロンスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の製造工程において、基板の表
面をスパッタリングによって成膜する工程があり、この
場合、図４で示すような枚葉式のマグネトロンスパッタ
装置が用いられている。

【０００３】そして、この図４に示すマグネトロンスパ
ッタ装置は、スパッタリング対象の基板11を載支する板
状の基板ホルダ12に対してスパッタリングされるターゲ
ット13を対向配置し、さらに、このターゲット13の上
面、すなわち、基板11の反対側の面にスパッタ用のマグ
ネット14を移動可能に設けたものである。なお、ターゲ
ット13は、スパッタリング対象である基板11と同等以上
の面積を有している。また、基板ホルダ12およびターゲ
ット13間に、高電圧を印加して放電を生じさせる図示し
ない電源装置が設けられている。

【０００４】さらに、基板11の表面をスパッタリングす
る場合は、電源装置により基板ホルダ12とターゲット13
との間に高電圧を印加して放電を生じさせ、マグネット
14で磁場を形成し、これら高電圧および磁場の両者の相
互作用によってターゲット13の近傍にプラズマを発生さ
せる。このプラズマにより活性化されたイオンは、ター
ゲット13からこのターゲット13を構成する物質を叩き出
し、ターゲット13から叩き出されたターゲット構成物質
は、ターゲット13と対向して配置された基板11の表面に
飛来し、その基板11の表面に膜を形成する。

【０００５】この場合、マグネット14は、図示しない駆
動機構により、基板11の長手方向に沿って矢印で示すよ
うに往復動作するように駆動される。そして、このマグ
ネット14の往復動作を数回繰り返すことにより、基板11
上には所望の膜厚が均等に形成される。

【０００６】このようなマグネトロンスパッタ法では、
スパッタ用マグネット14を用いて成膜しているので、タ
ーゲット13にはエロージョンが生じる。このエロージョ
ンは磁場の強さによって形成深さが異なり、当然ながら
磁場の強い部分ではターゲット13の表面におけるエロー
ジョンの深さが深くなる。

【０００７】ところで、枚葉式のマグネトロンスパッタ
装置では、スパッタ用のマグネット14がターゲット13に
対して同一の軌跡で往復動作するため、ターゲットに生
じるエロージョンが特定の範囲に集中して発生する。特
に、マグネット14の端部は磁場が集中するため、同じ軌
跡での往復動作を繰り返すと、図５（ａ）で示すよう
に、この部分に対応するターゲット13のエロージョン深
さが他の部分に比べて深くなる。

【０００８】また、ターゲット13の平面形状は、通常、
基板11より面積の大きな単なる方形であり、マグネット
14の往復動作軌跡を考慮していないため、非エロージョ
ン部分の範囲が広くなる。そして、図５（ａ）で示す例
では、非エロージョン部分の幅は１０mm程度と大きい。
これらの結果、ターゲット13の利用率は３０％以下と低
くなり、生産効率が低下する。また、非エロージョン部
分が広いため、この非エロージョン部分からの発塵も多
くなり、この発塵による被膜へのダメージが発生する確
率も高くなるため、歩留まりが低下する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、エロージ
ョンが特定範囲に集中して発生したり、非エロージョン
部分の範囲が広いなど、ターゲットの利用率が低く、生
産効率の低下を招いている。また、非エロージョン部分
の範囲が広いため、この非エロージョン部分からの発塵
による影響も大きく、製品歩留まりを低下させる原因に
なる問題を有している。

【００１０】本発明の目的は、ターゲットのエロージョ
ンが特定範囲に集中させずに利用率を高めるとともに、
非エロージョン部分からの発塵の影響を少なくして歩留
まり低下を防止したマグネトロンスパッタ装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、スパッタリン
グ対象の基板を載支する基板ホルダと、この基板ホルダ
に対向するターゲットと、前記基板ホルダおよびターゲ
ット間に高電圧を印加して放電させる放電手段と、前記
ターゲットの前記基板とは反対面に設けられたマグネッ
トと、このマグネットを駆動する駆動手段とを備え、前
記放電手段で前記基板ホルダおよびターゲットの間に放
電し、前記マグネットで磁場を形成することにより、前
記基板にスパッタリングにより成膜するマグネトロンス
パッタ装置において、前記マグネットは、長手方向が前
記基板の幅方向に沿うように前記ターゲット上に配置さ
れ、このマグネットを前記駆動手段によって基板の長手
方向に沿って往復動作させ、この往復動作端の位置の近
くでは、前記往復動に連動して基板の幅方向にも移動さ
せるものである。

【００１２】

【作用】本発明は、基板を載支する基板ホルダおよびタ
ーゲットの間に高電圧をかけて放電を生じさせるととも
にターゲット上に設けたマグネットで磁場を形成して、
基板の表面にスパッタリングによる被膜を形成する際
に、長手方向が基板の幅方向に沿うように配置したマグ
ネットを長手方向と直交する基板の長手方向に沿って往
復動作させるとともに、往復動作端の位置の近くでは、
この往復動作に連動して基板の幅方向にも移動させるよ
うにして、マグネットの移動軌跡を往路と復路では異な
るようにしたので、ターゲットに生じるエロージョンの
範囲を拡大させて利用率を高める。

【００１３】

【実施例】以下、本発明のマグネトロンスパッタ装置の
一実施例を図面を参照して説明する。なお、図４に示す
従来例に対応する部分には、同一符号を付して説明す
る。

【００１４】図１に示すように、スパッタリング対象の
基板11を載支する板状の基板ホルダ12に対してスパッタ
リングされるターゲット23を対向配置し、さらに、この
ターゲット23の上面、すなわち基板11の反対側の面にス
パッタ用のマグネット24を移動可能に設けたものであ
る。なお、ターゲット23は、スパッタリング対象である
基板11と同等以上の面積を有している。また、基板ホル
ダ12およびターゲット23間に、高電圧を印加して放電を
生じさせる図示しない放電手段としての電源装置が設け
られている。

【００１５】そして、基板11の表面をスパッタリングす
る場合は、図示しない電源装置により、基板ホルダ12お
よびターゲット23の間に高電圧をかけて放電を生じさ
せ、マグネット24で磁場を形成し、これら高電圧および
磁場の両者の相互作用によってターゲット23の近傍にプ
ラズマを発生させる。このプラズマにより活性化された
イオンは、ターゲット23からこのターゲット23を構成す
る物質を叩き出し、ターゲット23から叩き出されたター
ゲット構成物質は、ターゲット23と対向して配置された
基板11の表面に飛来し、その基板11の表面に膜を形成す
る。

【００１６】ここで、マグネット24は図示のように直方
体状あるいは直棒状で、長さは基板11の幅より長く、ま
た、その幅は基板11の長さの半分より短く設定する。そ
して、マグネット24は長手方向がホルダ12上に載支され
た基板11の幅方向に沿うように配置されている。

【００１７】このマグネット24は、図示しない駆動手段
としての駆動機構により、長手方向と直交する方向、す
なわち基板11の長手方向に沿って平行移動し、往復動作
するように駆動される。しかし、図４で示した従来のマ
グネット14のように、単に往復動作するだけではなく、
図１の矢印で示すように、その往復動作端部近くでは往
復動作に連動して、往復動作と直交する方向、すなわち
基板11の幅方向にも移動するように駆動される。なお、
この幅方向の移動を偏心動作する。

【００１８】また、このマグネット24の移動軌跡を図２
を参照して説明する。図２はマグネット24の移動軌跡を
表しており、横方向は往復動作方向に対応し、縦方向は
偏芯動作方向に対応する。

【００１９】図２（ａ）において、位置Ａは一方の往復
動作端部におけるスタート点を表し、この位置Ａからマ
グネット24は左方向に平行移動、すなわち往動作すると
ともに、図示上方にも偏心動作するように駆動する。こ
のため、マグネット24は弧を描いて位置Ｃに移動し、こ
の位置Ｃにて偏心動作は上限に達するので、これ以降、
位置Ｄから他方の往復動作端の位置Ｅまでは横方向の動
作のみとなる。

【００２０】一方、他方の往復動作端の部分Ｅでは、下
方に偏心動作し、その偏心動作の中心の位置Ｆまで移動
した後は、右方への平行移動、すなわち復動作と組み合
わされ、位置Ｈまで弧を描いて移動する。この位置Ｈに
て、偏心動作は下限に達するので、これ以降は位置Ｉか
ら一方の往復動作端となる位置Ｊまでは図示横方向の動
作のみとなる。そして、この一方の往復動作端部位置Ｊ
では、図示上方に偏心動作し、位置Ａまで移動した後、
再び位置Ａ−位置Ｃ−位置Ｄ−位置Ｅ−位置Ｆ−位置Ｈ
−位置Ｉ−位置Ｊの順に往復動作および偏心動作を繰り
返す。

【００２１】図２（ｂ）は往復動作および偏心動作を反
対向きに行なう場合を示している。すなわち、マグネッ
ト24は、一方の往復端部におけるスタート点の位置Ａか
ら図示左方向に平行移動、すなわち往動作するが、その
際、下方にも偏心動作させ、弧を描いて位置Ｉまで移動
させる。この位置Ｉにて、偏心動作は図示下限に達する
ので、これ以降、位置Ｈから他方の往復動作端部位置Ｇ
までは図示横方向のみに移動した後、上方に偏心動作
し、その偏心動作中心の位置Ｆまで移動する。

【００２２】この後、右方への平行移動、すなわち復動
作と組合わされ、位置Ｄまで弧を描いて移動する。この
位置Ｄにて、偏心動作は上限に達するので、これ以降、
位置Ｉから一方の往復動作端部の位置Ｂまで図示横方向
のみ移動した後、下方に偏心動作し、スタート点の位置
Ａに戻る。この後、再び位置Ａ−位置Ｉ−位置Ｈ−位置
Ｇ−位置Ｆ−位置Ｄ−位置Ｃ−位置Ｂの順に往復動作お
よび偏心動作を繰り返す。

【００２３】なお、図示しない駆動機構は、マグネット
24を往復動作させる往復動作機構と、偏心動作させる偏
心動作機構とを、一体に組合せたもの、あるいは、それ
ぞれ個別に構成したもののいずれでもよい。

【００２４】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００２５】基板ホルダ12上に載支された基板11の表面
にスパッタリングで成膜する場合は、基板ホルダ12およ
びターゲット23の間に電源装置により高電圧を印加して
放電を生じさせるとともに、磁場を生じるマグネット24
を図２（ａ）で示すように位置Ａ−位置Ｃ−位置Ｄ−位
置Ｅ−位置Ｆ−位置Ｈ−位置Ｉ−位置Ｊの順に所定回数
繰り返し移動させて、マグネトロンスパッタ法を実行
し、基板11の表面にターゲット24の構成物質による被膜
を所定の膜厚で形成する。

【００２６】このマグネトロンスパッタ法を終了すると
きは、マグット24が位置Ｊに達した時点で放電を終了さ
せ、放電なしの状態でマグネット24をスタート点の位置
Ａまで移動させた後、停止させればよい。

【００２７】このようにして、１枚の基板11に対する成
膜が終了したなら、再び１枚の基板11を基板ホルダ12上
に設置し、すなわち枚葉式にて、上述したマグネトロン
スパッタ法を実行する。この場合、マグネットの移動方
向は、図２（ｂ）で示すように、位置Ａ−位置Ｉ−位置
Ｈ−位置Ｇ−位置Ｆ−位置Ｄ−位置Ｃ−位置Ｂの順であ
り、この動作を所定回数繰り返すことにより、基板11の
表面にターゲット24の構成物質による被膜を所定の膜厚
で形成する。

【００２８】このマグネトロンスパッタ法を終了すると
きは、マグット24が位置Ｂに達した時点で放電を終了さ
せ、放電なしの状態でスタート点位置Ａまでマグネット
24移動させた後、停止させればよい。

【００２９】なお、図２（ａ）、（ｂ）において、太線
の矢印は放電ありの状態でのマグネット24の移動方向を
示し、白抜きの矢印は放電なしの状態でのマグネット24
の移動方向を示す。

【００３０】また、図３（ａ）は、図２（ａ）で示した
マグネット24の移動軌跡により生じるエロージョン領域
23a を示し、図３（ｂ）は、図２（ｂ）で示した移動軌
跡により生じるエロージョン領域23b を示している。

【００３１】ここで、マグネットの移動軌跡は、図２
（ａ）で示す方向と、図２（ｂ）で示す方向とを、枚葉
式に処理される基板11毎に交互に繰り返すので、ターゲ
ット23に生じるエロージョン領域は、図３（ａ），
（ｂ）で示す領域23a ，23b を重ね合せた形状となる。

【００３２】そこで、ターゲット23としては、スパッタ
リング対象である基板11と同等以上の面積を有し、か
つ、マグネット24の移動軌跡によって決まるエロージョ
ン領域23a ，23b を重ね合せた形状より僅かに大きな相
似形の形状とする。このように、ターゲット23の形状
を、エロージョン領域を考慮した形状とすることによ
り、非エロージョン部分の範囲を狭くすることができ
る。図の例では非エロージョン部の幅を３mm以下と、従
来の１０mmに比べ、大巾に縮小することができた。

【００３３】また、マグネトロンスパッタ時、スパッタ
用のマグネット24を、往路と復路とで、図示上下に互い
に偏心させているので、従来のようにエロージョンが特
定箇所に集中することはなく、図５（ｂ）で示すよう
に、エロージョン深さを均等化することができる。

【００３４】このように、非エロージョン範囲の縮小化
およびエロージョン深さが均一化されることにより、タ
ーゲット23の利用率が向上する。すなわち、図５（ａ）
で示した従来のターゲット13の利用率は３０％以下であ
ったのに対し、図２（ｂ）で示す本実施例のターゲット
13の利用率は５０％以上と大幅に向上した。

【００３５】また、非エロージョン部の範囲が大幅に減
少したことにより、パーティクルの発生を抑制でき、製
品の歩留まり低下を防止できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明のマグネトロンスパッタ装置によ
れば、マグネトロンスパッタに伴うターゲットのエロー
ジョン深さの均等化および非エロージョン部の範囲の減
少化が可能となったので、ターゲットの利用率が向上
し、生産効率を上昇できるとともに、非エロージョン部
の範囲が縮小化したので、ターゲットからの発塵を大幅
に低減でき、成膜の膜質を向上させて歩留まりを向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマグネトロンスパッタ装置の一実施例
を示す斜視図である。

【図２】同上スパッタ用マグネットの移動軌跡の説明図
である。 （ａ） 左回りの場合 （ｂ） 右回りの場合

【図３】同上ターゲットに生じるエロージョン領域の説
明図である。 （ａ） マグネットが左回りの場合 （ｂ） マグネットが右回りの場合

【図４】従来例のマグネトロンスパッタ装置の斜視図で
ある。

【図５】同上ターゲットに形成されるエロージョン深さ
を表す断面図である。 （ａ） 従来例の装置によるもの （ｂ） 本発明の実施例によるもの

【符号の説明】

11 基板 12 基板ホルダ 23 ターゲット 24 マグネット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリング対象の基板を載支する基
   板ホルダと、この基板ホルダに対向するターゲットと、
   前記基板ホルダおよびターゲット間に高電圧を印加して
   放電させる放電手段と、前記ターゲットの前記基板とは
   反対面に設けられたマグネットと、このマグネットを駆
   動する駆動手段とを備え、前記放電手段で前記基板ホル
   ダおよびターゲットの間に放電し、前記マグネットで磁
   場を形成することにより、前記基板にスパッタリングに
   より成膜するマグネトロンスパッタ装置において、 前記マグネットは、長手方向が前記基板の幅方向に沿う
   ように前記ターゲット上に配置され、このマグネットを
   前記駆動手段によって基板の長手方向に沿って往復動作
   させ、この往復動作端の位置の近くでは、前記往復動に
   連動して基板の幅方向にも移動させることを特徴とする
   マグネトロンスパッタ装置。