JPH11172431A - マグネトロンスパッタ成膜方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マグネトロンスパッタ成膜装置において、タ
ーゲット上の磁界強度可変して放電インピーダンスを変
え、独立にスパッタ電流によって被成膜基板の薄膜の成
膜を制御する。 【解決手段】 真空チャンバ１内の被成膜基板２とター
ゲット４の間にマグネトロン放電を起こすために、直流
電源６による負電圧をバッキングプレート５に印加する
とともに、バッキングプレート５の裏側に永久磁石１０
ａ，１０ｂおよび同永久磁石１０ａ，１０ｂと同軸のコ
イル１１ａ，１１ｂによってターゲット３表面上に磁界
を発生する。そのマグネトロン放電によりチャンバ１内
の放電用ガスをイオン化するとともに、このイオン化さ
れた正イオンによりターゲット４の原子をスパッタリン
グして被成膜基板２を成膜する。このとき、コイル１１
ａ，１１ｂの電流を変えてターゲット４表面上の磁界を
可変し、放電インピーダンスを変え、被成膜基板２の薄
膜の特性を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマグネトロンスパッ
タ法により光学薄膜や磁性薄膜等を基板に成膜するマグ
ネトロンスパッタ成膜技術に係り、特に詳しくは薄膜の
材質、特性や膜厚に応じた機能性薄膜の成膜を制御可能
とするマグネトロンスパッタ成膜方法およびその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンスパッタ成膜装置は、所定
真空圧の真空槽（真空チャンバ）内に放電用ガス（不活
性ガス）を流入し、真空チャンバに配置したターゲット
の陰極に負電圧を加えて放電（グロー放電を含む）を起
こして不活性ガスをイオン化し、かつターゲット表面上
に磁界を発生させてその放電をマグネトロン放電とし、
イオン（正イオン、電子）をマグネトロン回転運動させ
てターゲット面近傍に捕捉する。これにより、ターゲッ
ト上に高密度のブラズマを発生させ、このプラズマ中の
正イオンをターゲットに衝突させて同ターゲットの原子
をスパッタリングし、このスパッタリング原子を基板に
蒸着して機能性薄膜を成膜する。

【０００３】図６に示すように、真空チャンバ１内に被
成膜基板２を保持部３で保持し、被成膜基板２に対向し
て成膜材料のターゲット４をバッキングプレート５に固
持し、真空チャンバ１内を排気管を介して排気して所定
真空度とし、かつ放電用ガスをガス導入管を介して流入
し、ターゲット４を固持するバッキングプレート５にス
パッタ電源６からの負の所定電圧Ｖを印加する。する
と、被成膜基板２とターゲットとの間には放電が起こ
る。

【０００４】また、前記バッキングプレート５側下部に
は、前記放電をマグネトロン放電とする磁界を発生させ
るための永久磁石７を配置し、ターゲット４の表面近傍
にイオンをより長い時間捕捉する。これにより、ターゲ
ット４表面上に発生するプラズマａは高密度となり、こ
の高密度のプラズマａの正イオンがターゲット４に衝突
してターゲット粒子を真空チャンバ１内にたたき出す。
このターゲット粒子が真空チャンバ１内を飛行して正側
の被成膜基板２に付着し、そのターゲット粒子が時間を
経て被成膜基板２に堆積することにより、被成膜基板２
に薄膜が成膜される。このように、マグネトロンスパッ
タ成膜装置は、比較的低真空度でも高密度のプラズマａ
を発生させることができ、これによりスパッタレートを
上げ、基板２の成膜速度を上げることができるというの
が利点である。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】ところで、前記マグネ
トロンスパッタ成膜装置にあっては、永久磁石７が固定
されていることから、ターゲット４の表面上の磁界強度
が一定であり、つまりその磁界強度を可変することがで
きない。そのために、プラズマａの密度は固定状態にあ
り、あるスパッタ電圧における放電インピーダンスは一
意的に決定され、これによりスパッタ電流も一意的に決
まり、つまりスパッタ電圧およびスパッタ電流の２つの
パラメータを独立に設定することができない。換言する
と、被成膜基板２の薄膜を制御するには、その２つのパ
ラメータが成膜の固有のパラメータとして扱う必要があ
る。

【０００６】そこで、放電インピーダンスを可変する手
段として、例えば真空チャンバ１内の真空圧を可変する
ことが考えられるが、真空圧を高くすると、スパッタリ
ング現象によってたたき出されるターゲット粒子がガス
分子と衝突して散乱し、結果被成膜基板２の薄膜の特性
が悪くなってしまう。したがって、真空圧を制御して放
電インピーダンスを可変する方法は、成膜の制御方法と
しては好ましくない。このような理由もあって、スパッ
タ電圧とスパッタ電流の２つのパラメータを当該装置固
有のパラメータとして扱わざるを得ず、したがって成膜
条件が限られ、また成膜される薄膜の特性が他の装置と
同等の特性となるとは限らなかった。

【０００７】本発明は前記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的はターゲット表面上の磁界強度を可変して
放電インピーダンスを変えることにより、スパッタ電圧
によらず、独立にスパッタ電流によって被成膜基板の薄
膜の特性を制御することができ、適応的に機能性薄膜の
性膜を可能とするマグネトロンスパッタ成膜方法および
その装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は真空チャンバ内にターゲットおよび同ター
ゲットに対向して被成膜基板を配置し、該真空チャンバ
内を排気して所定真空圧とした後に所定ガスを入れ、前
記ターゲットと被成膜基板の間に放電を起こし、かつ該
放電をマグネトロン放電にして前記ガスをイオン化する
とともに、該イオン化された正イオンにより前記ターゲ
ットの原子をスパッタリングし、該スパッタリング粒子
により前記被成膜基板に薄膜を成膜するマグネトロンス
パッタ成膜方法において、前記マグネトロン放電を起こ
して前記ターゲット上に高密度のブラズマを発生させる
ために、前記ターゲット表面上に磁界を発生させるとと
もに、少なくとも該磁界の強度を可変して放電インピー
ダンスを変え、前記被成膜基板に成膜される薄膜を制御
可能としたことを特徴としている。

【０００９】この発明は真空チャンバ内にターゲットお
よび同ターゲットに対向して被成膜基板を配置し、該真
空チャンバ内を排気して所定真空圧とした後に所定ガス
を入れ、前記ターゲットと被成膜基板の間に放電を起こ
し、かつ該放電をマグネトロン放電にして前記ガスをイ
オン化するとともに、該イオン化された正イオンにより
前記ターゲットの原子をスパッタリングし、該スパッタ
リング粒子により前記被成膜基板に薄膜を成膜するマグ
ネトロンスパッタ成膜装置において、前記ターゲットに
所定電圧を印加するためのバッキングプレートの裏側に
は同ターゲット表面上に磁界を発生し、かつ該磁界の強
度を可変する磁界発生手段を備え、該磁界により前記マ
グネトロン放電を起こして前記ターゲット上に高密度の
ブラズマを発生させる一方、少なくとも前記磁界の強度
を可変して放電インピーダンスを変えることにより、前
記被成膜基板に成膜される薄膜を制御可能としたことを
特徴としている。

【００１０】この発明は真空チャンバ内にターゲットお
よび同ターゲットに対向して被成膜基板を配置し、該真
空チャンバ内を排気して所定真空圧とした後に所定ガス
を入れ、前記ターゲットと被成膜基板の間に放電を起こ
し、かつ該放電をマグネトロン放電にして前記ガスをイ
オン化するとともに、該イオン化された正イオンにより
前記ターゲットの原子をスパッタリングし、該スパッタ
リング粒子により前記被成膜基板に薄膜の成膜するマグ
ネトロンスパッタ成膜装置において、前記ターゲットに
所定電圧を印加するためのバッキングプレートの裏側に
は同ターゲット表面上に磁界を発生し、かつ該磁界の強
度を可変する磁界発生手段と、前記被成膜基板の薄膜を
諸量を計測する計測手段と、該計測諸量に応じて前記磁
界の強度を制御する制御手段とを備え、該磁界により前
記マグネトロン放電を起こして前記ターゲット上に高密
度のブラズマを発生させる一方、前記薄膜の諸量に応じ
て前記磁界の強度を可変し、放電インピーダンスを変え
ることにより、前記被成膜基板に成膜される薄膜を制御
可能としたことを特徴としている。

【００１１】この場合、前記磁界発生手段は複数の永久
磁石および同各永久磁石と同軸状に配置した複数のコイ
ルからなり、前記複数の永久磁石を少なくとも当該装置
の断面で異極となるように交互に配置し、前記コイルに
流す電流を可変し、前記複数の磁石およびコイルによる
磁界の強度あるいは磁界の強度分布を可変すると好まし
い。また、前記磁界発生手段は複数の永久磁石および同
複数の永久磁石を昇降する昇降手段からなり、複数の永
久磁石を少なくとも当該装置の断面で異極となるように
交互に配置し、前記複数の永久磁石を昇降して磁界の強
度あるいは磁界の強度分布を可変すると好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図５を参照して詳細に説明する。図中、図６と同
一部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本発明
のマグネトロンスパッタ成膜方法およびその装置は、タ
ーゲット表面上の磁界強度を変えればプラズマ密度が変
化し、放電インピーダンスを変えることができ、つまり
スパッタ電流が変化することから、スパッタ電流値によ
って磁界強度を制御することで、スパッタ電圧によらず
に薄膜の特性を一定に保てることに着目したものであ
る。

【００１３】ここに、被成膜基板２の成膜特性がターゲ
ット粒子によって決まることを説明すると、まずターゲ
ット粒子の運動エネルギーおよびその量が成膜される薄
膜の性質に大きく影響することを説明する。スパッタ成
膜では、一般にターゲット粒子は大きな運動エネルギー
をもって被成膜基板に衝突することから、その運動エネ
ルギーは薄膜の性質を決定する大きい要因になると言わ
れている。すなわち、運動エネルギーの一部は被成膜基
板に熱エネルギーとして伝わり、残りはターゲット粒子
が被成膜基板上を移動するエネルギーとなり、このエネ
ルギーによりターゲット粒子が被成膜基板上の他のター
ゲット粒子と結合して島状構造等を形成しながら成長し
て成膜となるからである。

【００１４】この場合、運動エネルギーが小さいと、被
成膜基板上のターゲット粒子は移動のための充分なエネ
ルギーを得ることができず、結晶性の低い薄膜となる。
また、運動エネルギーが大き過ぎると、ターゲット粒子
が被成膜基板にする時に既に成膜されている薄膜の結晶
構造を破壊する。ターゲット粒子の運動エネルギーだけ
なく、被成膜基板に飛来するターゲット粒子の量も重要
な要因である。飛来するターゲット粒子の量が多いと、
ターゲット粒子が被成膜基板に衝突した際に発生する熱
エネルギーが被成膜基板を加熱して同被成膜基板の温度
が高くなる。この温度上昇分が被成膜基板上を移動する
ターゲット粒子にエネルギーとして伝達されるため、結
晶性の高い薄膜が成膜される。

【００１５】続いて、ターゲット粒子の運動エネルギー
およびその量とスパッタ電圧およびスパッタ電流との関
係を説明すると、ターゲット粒子の運動エネルギーおよ
びその量はスパッタ電圧およびスパッタ電流とは密接な
関係がある。スパッタ電圧によりプラズマ中の正イオン
の加速量が決定され、正イオンがターゲットに衝突する
ときのエネルギー（つまりスパッタエネルギー）を決定
する。このスパッタエネルギーによりスパッタされるタ
ーゲット粒子の運動エネルギーが決定されることから、
スパッタ電圧によりターゲット粒子の運動エネルギーが
決定されるということが言える。また、スパッタ電流は
単位時間にターゲットに流入する正イオンの量と同義と
見なすことができるため、スパッタ電流が大きいと、タ
ーゲット粒子の量も多くなる。厳密には、スパッタ電流
値とスパッタエネルギーによって決まるスパッタ係数と
を掛け合わせでターゲット粒子の量が決まるが、スパッ
タエネルギーはスパッタ電圧によって決まることから、
結局スパッタ電圧とスパッタ電流とによりターゲット粒
子のエネルギーおよび量が決定されることが分かる。し
たがって、スパッタ電圧とスパッタ電流とを制御するこ
とにより、薄膜の性質を制御できることが分かる。

【００１６】続いて、ターゲット表面上の磁界の強さと
スパッタ電流の関係について説明すると、プラズマ中の
イオンはターゲットおよびバッキングプレートの裏側に
配置している磁石によって発生する磁界によりマグネト
ロン回転運動し、ターゲット表面近傍にとどまり、これ
によりプラズマは高密度となる。したがって、磁界の強
さが変化すると、プラズマ中のイオン密度も変化するこ
とになる。プラズマ中からターゲット側に拡散して飛び
出す正イオンはバッキングプレートにかけられている負
電位によりターゲットに引き寄せられ、これがスパッタ
電流となる。このとき、プラズマ中のイオン密度が変化
すると、プラズマ中から拡散して飛び出してくる正イオ
ンの量が変化し、これに伴ってスパッタ電流値も変化す
る。すなわち、ターゲット表面上の磁界の強さにより、
スパッタ電流が変化する。したがって、前述したよう
に、その磁界の強度を変えれば、スパッタ電圧によら
ず、磁界強度によりスパッタ電流値を制御することがで
きる。

【００１７】そのため、図１に示すように、本発明のマ
グネトロンスパッタ成膜装置は、バッキングプレート５
の裏側に当該装置の断面で交互に異なる異極となる永久
磁石１０ａ，１０ｂを複数個配置し、また各永久磁石１
０ａ，１０ｂの磁極軸を同軸としてコイル１１を配置し
ている（例えば永久磁石１０ａ，１０ｂにコイル１１
ａ，１１ｂを巻いた形になっている）。一例として、図
２に示すように、永久磁石１０ａ，１０ｂは円柱形の磁
石であり、永久磁石１０ａはターゲット４の中心に対向
してＳ極（あるいはＮ極）となるように配置され、永久
磁石１０ｂはターゲット４の外周に沿ってＮ極（あるい
はＳ極）となるように、かつ等間隔に複数個（例えば８
個）配置されている。この場合、コイル１１ａ，１１ｂ
についても同様に配置される。したがって、永久磁石１
０ａ，１０ｂおよびコイル１１ａ，１１ｂは、永久磁石
と疑似的電磁石との複合磁石を構成することになる。な
お、コイル１１ａとコイル１１ｂとはコイルの巻方が逆
になっている。また、ターゲット４表面上の磁界強度を
変えるために、コイル１１ａ，１１ｂを駆動する電磁石
用電源１２を備えており、電磁石用電源１２はコイル１
１ａ，１１ｂに流す電流の向きを変え、またその大きさ
も変える。

【００１８】前記構成のマグネトロンスパッタ成膜装置
の動作を説明すると、永久磁石１０ａ，１０ｂによる磁
界をバイアス磁界とすれば、電磁石用電源１２によって
コイル１１ａ，１１ｂに電流を流すと、複合磁石によっ
て発生する磁界はそのバイアス磁界を前後する強さとな
り、つまりターゲット４表面上の磁界強度が変化する。
例えば、コイル１１ａ，１１ｂによる磁界が永久磁石１
０ａ，１０ｂの磁界と同じ向きになるように、コイル１
１ａ，１１ｂに電流を流せば、ターゲット４表面上の磁
界強度はバイアス磁界を上回る。逆に、コイル１１ａ，
１１ｂに流す電流の向きを変えれば、ターゲット４表面
上の磁界強度はバイアス磁界を下回る。補足的に説明す
ると、例えば永久磁石１０ａ，１０ｂの発生磁界強度が
５００ガウスとすると、コイル１１ａ，１１ｂによる発
生磁界強度はその１／１０（５０ガウス）程度にする。
つまり、コイル１１ａ，１１ｂによる磁界の強さは永久
磁石１０ａ，１０ｂの磁化を反転させない程度とする
（永久磁石１０ａ，１０ｂのヒステシス曲線の飽和領域
近傍で変化する程度とする）。この場合、ターゲット４
表面上の磁界強度の最大可変幅は４５０ガウスから５５
０ガウス程度とすることができる。

【００１９】前述した手段等により、ターゲット４表面
上の磁界の強度を変えれば放電インピーダンスが変化
し、これに伴ってスパッタ電流値が可変する。したがっ
て、スパッタ電圧によらず、磁界の強度を変えることに
より、スパッタ電流値を変えることになり、被成膜基板
２の薄膜の成膜制御を行うことができ、例えば薄膜の特
性を均一性に保つことができる。この場合、後述する
が、そのスパッタ電流を測定し、この測定値に応じてコ
イル１１ａ，１１ｂに流す電流を制御し、ターゲット４
表面上の磁界強度を最適な値とすることで、スパッタ電
圧によらず、所望とするスパッタ電流を得ることがで
き、ひいては被成膜基板２の薄膜を所望に成膜すること
ができる。

【００２０】図３は本発明の変形例を説明する概略的断
面図である。なお、図中、図１と同一部分および相当す
る部分には同一符号を付し重複説明を省略する。この実
施の形態では、ターゲット４表面上の磁界の強度を変え
る手段として、バッキングプレート５の裏側に配置した
全ての永久磁石１０ａ，１０ｂを同時に昇降する永久磁
石駆動装置１３を用いている。

【００２１】永久磁石駆動装置１３によって、全ての永
久磁石１０ａ，１０ｂをバッキングプレート５に近づけ
ると、ターゲット４表面上の磁界の強度は大きく、逆に
全ての永久磁石１０をバッキングプレート５から遠ざけ
ると、ターゲット４表面上の磁界は小さくなる。換言す
れば、バッキングプレート５と全ての永久磁石１０との
距離を可変することにより、ターゲット４表面上の磁界
の強度を変えることができる。このように、ターゲット
４表面上のプラズマの密度を変え、放電インピーダンス
を変えることができるため、前実施の形態と同様に、ス
パッタ電圧によらず、スパッタ電流値を変えることにな
り、ひいては被成膜基板２の薄膜の特性を一定に保つ成
膜制御を行うことができる。

【００２２】図４は本発明の他の実施の形態を説明する
概略的断面図である。なお、図中、図１と同一部分には
同一符号を付し重複説明を省略する。この他の実施の形
態では、図１に示すマグネトロンスパッタ成膜装置に薄
膜を計測手段を設け、薄膜の諸量を計測し、この計測値
に応じてターゲット４表面上の磁界強度を変えることに
よりスパッタ電流を変え、つまりスパッタ条件を可変し
て成膜される薄膜の特性を制御する。図４に示すよう
に、真空チャンバ１内には白色光を被成膜基板２に照射
する照射手段１４および同被成膜基板２からの反射光を
受光する光学センサ１５が配置されている。

【００２３】光学センサ１５からの信号（反射率）によ
り薄膜の複素屈折率（ｎ＋ｋｉ）のｎ（屈折率）および
ｋ（消衰係数）を測定するとともに、被成膜基板２の薄
膜厚ｄを測定するための測定部１６と、この測定結果に
より複素屈折率を計算して薄膜の光学的特性を得、この
光学特性および膜厚をスパッタ電流（またはスパッタ電
圧）の制御にフィードバックする制御部（マイクロコン
ピュータ等）１７とを備えている。なお、スパッタ電流
はスパッタ電源６内等に設けたプローブ（図示せず）か
らの信号によりスパッタ電流値を算出し、このスパッタ
電流値が所定値になるようにスパッタ電源６の設定スパ
ッタ電圧を変える。

【００２４】前記構成のマグネトロンスパッタ成膜装置
の動作を説明すると、薄膜の光学的特性および膜厚に応
じてスパッタ電流を制御する場合、スパッタ電流値を測
定しながらターゲット４表面上の磁界強度を可変し、そ
の磁界強度を適正な値とすることで、スパッタ電圧によ
らずにスパッタ電流を所望の値とする。具体的に説明す
ると、制御部１７はスパッタ電源６内に設けたプローブ
（図示せず）からの信号によりスパッタ電流値を算出
し、このスパッタ電流値および現に設定しているスパッ
タ電圧値により放電インピーダンスを算出し、この放電
インピーダンスが所望になるように電磁石用電源１２を
制御する。すなわち、図１の実施の形態で説明したよう
に、ターゲット４表面上の磁界強度を可変すれば、放電
インピーダンスが変わり、これに伴ってスパッタ電流も
変わるからである。このように、薄膜の成膜中に、薄膜
の光学的特性および膜厚の状態を監視しながら、前実施
例と同様に、スパッタ電流によって薄膜の成膜を制御す
ることができる。なお、磁界強度の可変によっても、ス
パッタ電流が所望の値にならない場合には、スパッタ電
源６の設定スパッタ電圧を変更するとよい。また、この
実施例を図３に示した実施の形態に適用すれば、同様の
効果を得ることができる。

【００２５】図５は、前記他の実施の形態の変形例を説
明する概略的断面図である。図中、図４と同一部分には
同一符号を付し重複説明を省略する。この変形例では、
ターゲット４表面上の磁界の強度分布を可変し、すなわ
ちプラズマの形状を変えて放電インピーダンスの可変幅
を大きくしている。図５において、バッキングプレート
５の裏側に配置する永久磁石１８ａ，１８ｂ，１８ｃお
よびコイル１９ａ，１９ｂ，１９ｃは以下のように配置
する。まず、バッキングプレート５の中心に１つの永久
磁石１８ａおよびコイル１９ａと、同心円上に等間隔に
配置した複数個（例えば８個）の永久磁石１８ｂおよび
コイル１９ｂと、さらに大きい半径の同心円上に永久磁
石１８ｂおよびコイル１９ｂと同様に配置する複数個
（例えば８個）の永久磁石１８ｃおよびコイル１９ｃと
からなる。

【００２６】図２と対応して説明すると、中心の永久磁
石１０ａおよびコイル１１ａに代えて永久磁石１８ａお
よびコイル１９ａを配置し、永久磁石１０ｂおよびコイ
ル１１ｂに代えて８つの永久磁石１８ｃおよびコイル１
９ｃを配置し、また８個の永久磁石１８ｂおよびコイル
１９ｂは永久磁石１８ａおよびコイル１９ａと永久磁石
１８ｃおよびコイル１９ｃとの中間に配置している。す
なわち、前の実施例が一重であるのに対し、本例では二
重になってる。したがって、ターゲット４表面上の磁界
は図５の波線矢印に示す形、つまり前実施の形態と明ら
かに異なる形になり、これによりプラズマの形状も異な
る。

【００２７】また、各コイル１９ａ，１９ｂ，１９ｃに
よる疑似的電磁石を駆動する装置としては、コイル１９
ａ，１９ｃとコイル１９ｂとはコイルの巻が逆になり、
またコイル数も多いこともあって２つの装置、つまり第
１および第２の電磁石駆動装置２０，２１を用いてい
る。第１の電磁石駆動装置２０はコイル１９ａ，１９ｃ
（合計１６個のコイル）に電流を流し、第２の電磁石駆
動装置２１はコイル１９ｂ（８個のコイル）に電流を流
す。さらに、制御部２２は図４に示す制御部１７の機能
を有し、第１および第２の電磁石駆動装置２０，２１を
制御する。前記構成のマグネトロンスパッタ成膜装置を
説明すると、永久磁石１８ａ，１８ｂ，１８ｃおよびコ
イル１９ａ，１９ｂ，１９ｃによって複合磁石が構成さ
れる。この複合磁石によって発生する磁界の強度分布は
前の実施の形態における磁界の強度分布と異なり、しか
も複雑である。

【００２８】これにより、プラズマ発生も異なり、例え
ば前の実施例ではプラズマがほぼ１つのリング状に現れ
るが、この実施例ではプラズマはほぼ２つのリング状に
現れる可能性が極めて高く、つまりターゲット４表面上
に占めるプラズマ領域が多くなる。また、図４に示した
実施例と同様に、制御部２２はスパッタ電流値を測定し
ながら第１および第２の電磁石駆動装置２０，２１を制
御する。したがって、ターゲット４表面上の磁界の強度
が可変し、その磁界強度を適正な値とすることで、スパ
ッタ電圧によらずにスパッタ電流を所望の値とすること
ができ、つまり薄膜の特性を維持して成膜を行うことが
できる。しかも、前述したように、プラズマ領域が大き
いことから、第１および第２の電磁石駆動装置２０，２
１の制御によっては、薄膜の成膜を種々制御することが
可能である。このようなことから、総合的に見ると、前
実施例よりも、被成膜基板２に成膜する薄膜の特性分布
を適切に制御することができ、より均一性の高い薄膜を
被成膜基板２に成膜することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したとおり、マグネトロンスパ
ッタ成膜方法およびその装置の請求項１記載の発明によ
ると、被成膜基板とターゲットとの間にマグネトロン放
電を起こして同ターゲット表面上に高密度のブラズマを
発生させるために、前記ターゲット上に磁界を発生する
とともに、少なくとも該磁界の強度を可変して放電イン
ピーダンスを変えることにより、前記被成膜基板に成膜
される薄膜を制御可能としたので、スパッタ成膜時にお
いてスパッタ電圧によらず、放電インピーダンスの可変
により、つまり独立にスパッタ電流の可変により被成膜
基板上に成膜させる薄膜の特性を制御することができ、
例えばそ特性を一定に保つことができるという効果があ
る。

【００３０】請求項２記載の発明によると、被成膜基板
とターゲットとの間にマグネトロン放電を起こして同タ
ーゲット表面上に高密度のブラズマを発生させ、被成膜
基板に薄膜を成膜するマグネトロン成膜装置において、
前記ターゲットに所定電圧を印加するためバッキングプ
レートの裏側には同ターゲット表面上に磁界を発生し、
かつ該磁界の強度を可変する磁界発生手段を備え、該磁
界により前記マグネトロン放電を起こして前記ターゲッ
ト上に高密度のブラズマを発生させる一方、少なくとも
前記磁界の強度を可変して放電インピーダンスを変える
ことにより、前記被成膜基板に成膜される薄膜を制御可
能としたので、スパッタ成膜時においてスパッタ電圧に
よらず、放電インピーダンスの可変により、つまり独立
にスパッタ電流の可変により被成膜基板上に成膜させる
薄膜の特性を制御することができ、磁界発生手段によっ
て磁界強度を変えればよく、他の方法例えば真空チャン
バの真空圧を変えずに済むことから、被成膜基板の薄膜
制御を適切に行うことができ、例えば一定の特性の成膜
を行うことができるという効果がある。

【００３１】請求項３記載の発明によると、被成膜基板
とターゲットとの間にマグネトロン放電を起こして同タ
ーゲット表面上に高密度のブラズマを発生させ、被成膜
基板に薄膜を成膜するマグネトロン成膜装置において、
前記ターゲットに所定電圧を印加するためバッキングプ
レートの裏側には同ターゲット表面上に磁界を発生し、
かつ該磁界の強度を可変する磁界発生手段と、前記被成
膜基板の薄膜を諸量を計測する計測手段と、該計測諸量
に応じて前記磁界の強度を制御する制御手段とを備え、
該磁界により前記マグネトロン放電を起こして前記ター
ゲット上に高密度のブラズマを発生させる一方、前記薄
膜の諸量に応じて前記磁界の強度を可変し、放電インピ
ーダンスを変えることにより、前記被成膜基板に成膜さ
れる薄膜を制御可能としたので、スパッタ成膜時におい
てスパッタ電圧によらず、放電インピーダンスの可変に
より、つまり独立にスパッタ電流の可変により被成膜基
板上に成膜させる薄膜の特性を制御することができ、ま
た成膜中に薄膜の諸量計測により薄膜の特性ができるた
めに、より種々特性に適応した薄膜制御ができるという
効果がある。

【００３２】請求項４記載の発明によると、請求項２ま
たは３における磁界発生手段は複数の永久磁石および同
各永久磁石と同軸状に配置した複数のコイルからなり、
前記複数の永久磁石を少なくとも当該装置の断面で異極
となるように交互に配置し、前記コイルに流す電流を可
変し、前記複数の磁石およびコイルによる磁界の強度あ
るいは磁界の強度分布を可変するようにしたので、請求
項２または３の効果に加え、永久磁石およびコイルによ
る疑似的電磁石等によって低コストで実現することがで
き、ひいては低製造コスト化が図れる。請求項５記載の
発明によると、請求項２または３における磁界発生手段
は複数の永久磁石および同複数の永久磁石を昇降する昇
降手段からなり、複数の永久磁石を少なくとも当該装置
の断面で異極となるように交互に配置し、前記複数の永
久磁石を昇降して磁界の強度あるいは磁界の強度分布を
可変するようにしたので、請求項２または３の効果に加
え、永久磁石および昇降手段（例えばアクチュエータ
等）によってより低コストで実現することができ、ひい
てはより低製造コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置を説明
するための概略的断面図。

【図２】図１に示すマグネトロンスパッタ成膜装置の概
略的部分説明図。

【図３】図１に示すマグネトロンスパッタ成膜装置の変
形例を説明するための概略的部分断面図。

【図４】本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置の他の
実施の形態を説明するための概略的断面図。

【図５】図４に示すマグネトロンスパッタ成膜装置の変
形例を説明するための概略的部分断面図。

【図６】従来のマグネトロンスパッタ成膜装置を説明す
るための概略的断面図。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 基板 ３ 保持部 ４ ターゲット ５ バッキングプレート ６ 直流電源 ７，１０ａ，１１ａ 永久磁石（円柱形磁石；磁界発生
手段） １８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｃ 永久磁石（円柱形磁
石；磁界発生手段） １１ｂ，１９ｂ，１９ｃ コイル（磁界発生手段） １２ 電磁石用電源（磁界可変手段） １３ 永久磁石駆動装置（磁界可変手段） １４ 照射手段 １５ 光学センサ １６ 測定部 １７，２２ 制御部 ２０ 第１の電磁石用電源 ２１ 第２の電磁石用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 和人 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内にターゲットおよび同タ
   ーゲットに対向して被成膜基板を配置し、該真空チャン
   バ内を排気して所定真空圧とした後に所定ガスを入れ、
   前記ターゲットと被成膜基板の間に放電を起こし、かつ
   該放電をマグネトロン放電にして前記ガスをイオン化す
   るとともに、該イオン化された正イオンにより前記ター
   ゲットの原子をスパッタリングし、該スパッタリング粒
   子により前記被成膜基板に薄膜を成膜するマグネトロン
   スパッタ成膜方法において、 前記マグネトロン放電を起こして前記ターゲット上に高
   密度のブラズマを発生させるために、前記ターゲット表
   面上に磁界を発生させるとともに、少なくとも該磁界の
   強度を可変して放電インピーダンスを変え、前記被成膜
   基板に成膜される薄膜を制御可能としたことを特徴とす
   るマグネトロンスパッタ成膜方法。
2. 【請求項２】 真空チャンバ内にターゲットおよび同タ
   ーゲットに対向して被成膜基板を配置し、該真空チャン
   バ内を排気して所定真空圧とした後に所定ガスを入れ、
   前記ターゲットと被成膜基板の間に放電を起こし、かつ
   該放電をマグネトロン放電にして前記ガスをイオン化す
   るとともに、該イオン化された正イオンにより前記ター
   ゲットの原子をスパッタリングし、該スパッタリング粒
   子により前記被成膜基板に薄膜を成膜するマグネトロン
   スパッタ成膜装置において、 前記ターゲットに所定電圧を印加するためのバッキング
   プレートの裏側には同ターゲット表面上に磁界を発生
   し、かつ該磁界の強度を可変する磁界発生手段を備え、
   該磁界により前記マグネトロン放電を起こして前記ター
   ゲット上に高密度のブラズマを発生させる一方、少なく
   とも前記磁界の強度を可変して放電インピーダンスを変
   えることにより、前記被成膜基板に成膜される薄膜を制
   御可能としたことを特徴とするマグネトロンスパッタ成
   膜装置。
3. 【請求項３】 真空チャンバ内にターゲットおよび同タ
   ーゲットに対向して被成膜基板を配置し、該真空チャン
   バ内を排気して所定真空圧とした後に所定ガスを入れ、
   前記ターゲットと被成膜基板の間に放電を起こし、かつ
   該放電をマグネトロン放電にして前記ガスをイオン化す
   るとともに、該イオン化された正イオンにより前記ター
   ゲットの原子をスパッタリングし、該スパッタリング粒
   子により前記被成膜基板に薄膜を成膜するマグネトロン
   スパッタ成膜装置において、 前記ターゲットに所定電圧を印加するためのバッキング
   プレートの裏側には同ターゲット表面上に磁界を発生
   し、かつ該磁界の強度を可変する磁界発生手段と、前記
   被成膜基板の薄膜の諸量を計測する計測手段と、該計測
   諸量に応じて前記磁界の強度を制御する制御手段とを備
   え、該磁界により前記マグネトロン放電を起こして前記
   ターゲット上に高密度のブラズマを発生させる一方、前
   記薄膜の諸量に応じて前記磁界の強度を可変し、放電イ
   ンピーダンスを変えることにより、前記被成膜基板に成
   膜される薄膜を制御可能としたことを特徴とするマグネ
   トロンスパッタ成膜装置。
4. 【請求項４】 前記磁界発生手段は複数の永久磁石およ
   び同各永久磁石と同軸状に配置した複数のコイルからな
   り、前記複数の永久磁石を少なくとも当該装置の断面で
   異極となるように交互に配置し、前記コイルに流す電流
   を可変し、前記複数の磁石およびコイルによる磁界の強
   度あるいは磁界の強度分布を可変するようにした請求項
   ２または３記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
5. 【請求項５】 前記磁界発生手段は複数の永久磁石およ
   び同複数の永久磁石を昇降する昇降手段からなり、複数
   の永久磁石を少なくとも当該装置の断面で異極となるよ
   うに交互に配置し、前記複数の永久磁石を昇降して磁界
   の強度あるいは磁界の強度分布を可変するようにした請
   求項２または３記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。