JPH11350131A

JPH11350131A - マグネトロンスパッタ方法及び装置

Info

Publication number: JPH11350131A
Application number: JP16182098A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayata; 博早田; Masahide Yokoyama; 政秀横山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-21
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: JP3764276B2

Abstract

(57)【要約】【課題】膜や基板に損傷を与えずに成膜速度を向上す
ることができ、しかも膜厚分布が良好なマグネトロンス
パッタ方法及び装置を提供する。【解決手段】ターゲット２上の基板５と対向するすべ
ての位置をマグネトロン放電を発生させている２つの磁
気トンネル９１、９２で覆い、磁気トンネル９１、９２
を形成している磁場のターゲット２に平行な成分を、タ
ーゲット２上の基板５と対向するすべての位置において
陰極シース８で加速された電子を捕捉するのに十分な大
きさとし、かつ磁気トンネル９１、９２が基板５と接し
ないように構成し、電子の基板や膜への流入を防止し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク、電子
部品等の薄膜形成に用いられるマグネトロンスパッタ方
法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年では、光ディスクや電子部品などの
基板に薄膜を堆積させる技術としてマグネトロンスパッ
タ技術を利用したマグネトロンスパッタ装置が用いられ
ている。このマグネトロンスパッタ技術は、高速かつ膜
や基板の損傷の少ない成膜が可能で、現在のスパッタ技
術を用いた成膜装置での主流になっている。

【０００３】以下、従来のマグネトロンスパッタ装置に
ついて説明する。図８は、平板ターゲットを用いたマグ
ネトロンスパッタ装置の本発明に関わる部分の断面図で
あり、中心軸２０に対して回転対称である。

【０００４】１は真空チャンバで、排気機構とガス導入
機構（図示せず）を備えており、電位的にはアースに落
とされている。２は平板状のターゲットである。５は基
板で、ターゲット２の表面と対向するように配置されて
いる。３はターゲット２の裏面に配置された磁気回路、
４は磁気回路３により形成される磁場の磁力線である。
磁力線４の一部は、磁力線４ａのごとくターゲット２の
表面から出てターゲット２の表面に帰る。このような磁
力線４はターゲット２表面上にトンネル形状を形作る。

【０００５】電子は、磁場から受けるローレンツ力によ
って捕捉され、トンネル形状を形作る磁力線とその近傍
の磁力線に巻き付くが、磁力線４がターゲット２の表面
の陰極シース８と交わったところでシース電界に反射さ
れるので、長時間ターゲット２の表面近傍に閉じ込めら
れる。このような機構で電子を閉じ込める磁場を磁気ト
ンネルと呼ぶ。磁気回路３の構成は、磁力線４がターゲ
ット２の表面上で磁気トンネルを形成するように工夫さ
れている。

【０００６】次に、動作を説明する。スパッタガス導入
後、ターゲット２へグロー放電用の高圧電源（図示せ
ず）により電力を供給すると、プラズマ７が発生し、タ
ーゲット２表面に陰極シース８が形成される。このプラ
ズマ７中のイオンが、陰極シース８で加速され、ターゲ
ット表面にぶつかると、ターゲット２の原子がスパッタ
され、基板５の向かいあった表面に付着し、薄膜が形成
される。

【０００７】次に、マグネトロンスパッタ技術の特徴に
ついて説明する。イオンがターゲット２の表面にぶつか
った際、スパッタ粒子とともに電子も放出される。この
電子は２次電子と呼ばれ、陰極シース８で加速され非常
に高いエネルギーを持つ。マグネトロンスパッタ技術
は、ターゲット２上に形成した磁気トンネルによって２
次電子を捕捉し閉じ込める。このことによって、スパッ
タガスの電離を促進し、高密度プラズマを発生させ、高
速成膜を実現する。また、マグネトロンスパッタ技術
は、ターゲット２上に形成した磁気トンネルによって２
次電子を捕捉して閉じ込めることにより、高いエネルギ
ーを持つ電子の基板５への流入を防ぎ、膜や基板の損傷
が少ない成膜を実現する。ここで、磁気トンネルが基板
５に接してしまうと、膜や基板に損傷を与えるが、通常
は基板５を磁気トンネルから遠ざける等によって磁気ト
ンネルが基板５に接しないようにしている。

【０００８】さらに、マグネトロンスパッタ技術は、高
密度のプラズマ７が発生するため、単位電力あたりの放
電電圧を低くすることができる。これによって、２次電
子のエネルギーを低くすることができ、電子の捕捉をよ
り完全にできる。

【０００９】さらに、マグネトロンスパッタ技術は、図
８の如く磁気トンネルを覆い基板５以外のアース部分を
通る磁力線群４ｂによって磁気トンネルから漏れ出た高
エネルギー電子を捕捉し、アースに吸収せしめることに
より、電子の基板５への流入を防ぎ、膜や基板の損傷が
より少ない成膜を実現しているものもある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、陰極シース
８はターゲット２に垂直に電場を形成するため、ここで
加速された電子はターゲット２に垂直な速度成分Ｖ_Tが
増大する。電子が電場から受けるローレンツ力Ｆは、電
子の電荷をｅ、速度ベクトルをＶ、磁場の磁束密度ベク
トルをＢとして、Ｆ＝ｅＶ×Ｂ（×はベクトルの外積）
であるから、電子を捕捉する力は磁場のＶ_Tに垂直な成
分、すなわち磁場の任意の位置（Ａ点）における磁束密
度ベクトル９のターゲット２に平行な成分１０に比例す
る。このように磁束密度ベクトル９のターゲットに平行
な成分１０が、陰極シース８で加速された電子を捕捉す
るのに重要な役割を果たす。

【００１１】しかしながら、上記従来の構成では、磁場
のターゲットに平行な成分１０は、図８に示すように、
磁気トンネルの中心付近１２では、電子の捕捉に十分な
大きさを持つが、磁気トンネルの端の方１３では、磁極
に近くなるため、ターゲット２に垂直な成分１１が大き
くなり、平行な成分１０はほぼ０となる。

【００１２】投入電力が小さいうちは、プラズマ７は磁
気トンネルの中心付近にのみ存在するので、電子は良く
捕捉されるが、成膜速度をさらに向上させるため投入す
る電力を上げていくとプラズマ７が磁気トンネルの端ま
で広がり、電子を捕捉することができず、膜や基板に損
傷を与えてしまう。そのため、投入電力をあげて成膜速
度を上げることができず、または投入電力を上げて成膜
速度を上げた場合は、損傷の累積を避けるため短時間し
か放電できず、薄い膜しか形成できないという問題があ
った。

【００１３】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、膜や
基板に損傷を与えずに成膜速度を向上することができ、
また良好な膜厚分布を得ることができるマグネトロンス
パッタ方法及び装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のマグネトロンス
パッタ方法は、ターゲット上に磁場を発生させる磁気回
路を用い、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲ
ットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成
するマグネトロンスパッタ方法であって、ターゲット上
の基板と対向するすべての位置をマグネトロン放電を発
生させている磁気トンネルで覆い、磁気トンネルを形成
している磁場のターゲットに平行な成分を、ターゲット
上の基板と対向するすべての位置において陰極シースで
加速された電子を捕捉するのに十分な大きさとし、かつ
磁気トンネルが基板と接しないようにするものである。

【００１５】この方法によると、ターゲットが磁気トン
ネルに覆われているので、陰極シースでターゲットに垂
直に加速された電子が磁場のターゲットに平行な成分に
比例する力で捕捉され、ターゲット上の基板と対向する
すべての位置において磁気トンネルに閉じ込められる。
しかも、２次電子を磁気トンネル内に閉じ込めるためプ
ラズマ密度が向上し、放電電圧が低減する。よって、陰
極シースで加速される電子のエネルギーも低減し、電子
は捕捉され易くなる。それ故、陰極シースで加速された
電子が膜や基板に流入し損傷を与えることはない。ま
た、磁気トンネルは基板に接していないので、磁気トン
ネル内の高エネルギー電子が膜や基板に損傷を与えるこ
とはない。

【００１６】上記マグネトロン放電を発生させている磁
気トンネルを形成している磁場のターゲットに平行な成
分Ｂは、ターゲット上の基板と対向するすべての位置に
おいて、放電電圧Ｖと磁気トンネルの厚さｔに対して、

【００１７】

【数１】

【００１８】を満たすようにするのが望ましい。すなわ
ち、放電電圧Ｖ（ｖｏｌｔ）の陰極シースで加速された
電子がＢ（Ｇａｕｓｓ）の磁場に巻き付くときの回転半
径ｒ（ｍｍ）は、

【００１９】

【数２】

【００２０】であるから、上式で決定されるＢが２次電
子を磁気トンネル内に閉じ込める条件となる。こうして
２次電子を確実に磁気トンネル内に閉じ込めることがで
き、その結果プラズマ密度が向上し、放電電圧が低減す
るので、陰極シースで加速された電子のエネルギーは低
減し、電子の捕捉がより完全となる。

【００２１】また、ターゲット上の基板と対向するすべ
ての位置を、マグネトロン放電を発生する磁気トンネル
で覆うとともに磁気トンネルをアース部分を通り基板を
通らない磁力線群で覆い、磁力線群を形成している磁場
のターゲットに平行な成分を、ターゲット上の基板と対
向するすべての位置において陰極シースで加速された電
子を捕捉するのに十分な大きさとしてもよい。

【００２２】この方法によると、ターゲットが磁気トン
ネルと磁力線群に覆われているので、陰極シースでター
ゲットに垂直に加速された電子が磁場のターゲットに平
行な成分に比例する力で捕捉され、ターゲット上の基板
と対向するすべての位置において磁力線群に閉じ込めら
れる。しかも、磁力線はアース部分を通るので、高エネ
ルギー電子が基板以外のアース部分に吸収される。それ
故、陰極シースで加速された電子が膜や基板に流入し損
傷を与えることはない。また、磁力線群は基板を通らな
いので、磁力線群内の高エネルギー電子が膜や基板に損
傷を与えることはない。

【００２３】上記磁気トンネルを覆っている磁力線群を
形成している磁場のターゲットに平行な成分Ｂは、ター
ゲット上の基板と対向するすべての位置において、放電
電圧Ｖと磁力線群の厚さｔに対して、

【００２４】

【数１】

【００２５】を満たすようにするのが望ましい。これが
上述のように２次電子を磁力線群内に閉じ込める条件で
あり、これによって２次電子を確実に磁気トンネル内に
閉じ込めることができ、その結果高エネルギー電子を確
実に基板以外のアース部分に吸収せしめることができ
る。

【００２６】また、磁気トンネルがターゲット上に少な
くとも２箇所以上あるようにすると、基板全体に対して
良好な膜厚分布を形成するのに必要なプラズマ密度分布
を実現することができる。

【００２７】また、本発明のマグネトロンスパッタ装置
は、ターゲット上に磁場を発生させる磁気回路を有し、
ターゲットからスパッタさせた原子をターゲットと対向
する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成するマグネ
トロンスパッタ装置において、ターゲット上の基板と対
向するすべての位置が、マグネトロン放電を発生する磁
気トンネルに覆われ、磁気トンネルを形成している磁場
のターゲットに平行な成分が、ターゲット上の基板と対
向するすべての位置において陰極シースで加速された電
子を捕捉するのに十分な大きさを持ち、しかも磁気トン
ネルが基板が接しないように磁気回路またはターゲット
の形状を構成したものである。

【００２８】この構成によると、ターゲット上の基板と
対向するすべての位置で磁場による２次電子の捕捉が可
能となるので、陰極シースで加速された電子が膜や基板
に流入し損傷を与えることがない。

【００２９】上記磁気トンネルを形成している磁場のタ
ーゲットに平行な成分Ｂが、ターゲット上の基板と対向
するすべての位置において、放電電圧Ｖと磁気トンネル
の厚さｔに対して、

【００３０】

【数１】

【００３１】を満たすようにすることにより、２次電子
を確実に磁気トンネル内に閉じ込めることができ、その
結果プラズマ密度が向上し、放電電圧が低減するので、
陰極シースで加速された電子のエネルギーが低減し、電
子の捕捉がより完全となる。

【００３２】また、ターゲットの内周と外周に電子を反
射させるための壁を設けると、壁の高さに対応して磁気
トンネルの厚さｔを増すことができるので、印加電圧を
上げて放電電圧Ｖが増加しても、上式のＢを満たすこと
ができ、膜や基板に損傷を与えることなく、さらに大電
力を投入できる。

【００３３】また、好適にはターゲットの表面に磁気ト
ンネルを発生する磁気回路が、ターゲットのスパッタさ
れる表面の反対側に一部または全部が配置された主磁気
回路とターゲットのスパッタされる表面と同じ側に配置
された主磁気回路とは独立の補助磁気回路からなり、主
磁気回路の磁極がターゲットの表面を見込んだときター
ゲットより外にあり、補助磁気回路がターゲット上に発
生させる磁場の向きが、主磁気回路がターゲット上に発
生させる磁場の向きとほぼ一致するように構成される。

【００３４】この構成によると、磁気トンネルを形成す
る際、磁場のターゲットに平行な成分が小さくなる位置
である磁極がターゲットの外にあるので、ターゲット上
での平行成分を大きくすることができる。さらに、主磁
気回路による磁場のターゲットに平行な成分が小さくな
るところ、例えば主磁気回路の磁極と磁極の間などの磁
場のターゲットに平行な成分を、補助磁気回路の磁場に
よって大きくすることができ、これによって膜や基板に
損傷を与えることなく、さらに大電力を投入できる。

【００３５】また、ターゲット上の基板と対向するすべ
ての位置が、マグネトロン放電を発生する磁気トンネル
に覆われ、しかも磁気トンネルがアースを通り基板を通
らない磁力線群にて覆われ、磁力線群を形成している磁
場のターゲットに平行な成分が、ターゲット上の基板と
対向するすべての位置において陰極シースで加速された
電子を捕捉するのに十分な大きさを持つように磁気回路
またはターゲットの形状を構成してもよい。

【００３６】この構成によると、ターゲット上の基板と
対向するすべての位置で磁場による２次電子を捕捉し、
アースに吸収せしめることができるので、陰極シースで
加速された電子が膜や基板に流入し損傷を与えることが
ない。

【００３７】上記磁気トンネルを覆っている磁力線群を
形成している磁場のターゲットに平行な成分Ｂが、ター
ゲット上の基板と対向するすべての位置において、放電
電圧Ｖと磁気トンネルの厚さｔに対して、

【００３８】

【数１】

【００３９】を満たすようにすると、２次電子を確実に
磁力線群内に閉じ込め、アースに吸収せしめることがで
きる。

【００４０】また、磁気トンネルをターゲット上に少な
くとも２箇所以上形成すると、基板全体に対して良好な
膜厚分布を形成するのに必要なプラズマ密度分布を実現
することができる。

【００４１】さらに、磁気トンネル内に主磁気回路とは
逆の磁場を形成する第３の磁気回路を設けると、割れ易
いターゲットを使用する場合にターゲットに流れる電流
を低減でき、ターゲットの割れを防止できる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマグネトロンスパ
ッタ方法及び装置の第１の実施形態について、図１〜図
６を参照して説明する。

【００４３】図１において図示の部分では中心線２０に
対して回転対称である。１は真空チャンバで、アルミニ
ウムなどの非磁性の物質で構成されており、電位的には
アースに落とされている。また、他の構成要素として排
気機構やスパッタガス導入機構などを備えているが、図
示は省略している。

【００４４】２は平板状のターゲットで、純度９９．９
９％のＡｌにて構成され、内径２０ｍｍ、外径１６０ｍ
ｍ、厚さ６ｍｍのリング状をした部分と、高さ５ｍｍ、
幅３ｍｍの内周壁３１と、高さ５ｍｍ、幅７ｍｍの外周
壁３２を設けた構成で、これらの壁３１、３２にも負の
電位が印加されて電子を反射する壁として機能する。

【００４５】このターゲット２は内径２０ｍｍ、外径１
９４ｍｍ、厚さ８ｍｍの銅のプレート３３にボンディン
グされている。プレート３３は冷却ジャケット３４に固
定されており、冷却ジャケット３４に水を流すことでタ
ーゲット２を冷却するように構成されている。水の導入
排出手段は図では省略している。

【００４６】また、水冷ジャケット３４にはターゲット
２にグロー放電用の電力を印加するための端子が設けら
れているが図では省略しており、グロー放電用の電力を
印加するための電源も図では省略している。

【００４７】５は基板で、光ディスクの基板のように内
径４０ｍｍ、外径１２０ｍｍの成膜範囲を持つリング状
である。この基板５は中心軸がターゲット２の中心軸２
０と一致するとともに、表面がターゲット２と対向する
ように、ターゲット表面から距離２０ｍｍで設置されて
いる。

【００４８】４０は主磁気回路で、銅のパイプを９０回
巻いた電磁石用のコイル４１と、Ｓ１０Ｃ相当の鉄でで
きたヨーク４２にて構成されており、その磁極４３、４
４がターゲット２の表面を見込んだときターゲット２の
外にあるように構成されている。また、ヨーク４２はア
ースと導線で接続されてアース電位とされている。コイ
ル４１を形成する銅のパイプには冷却用の水を流してい
るが、水の導入排出手段は図では省略している。また、
コイル４１には１１０Ａの直流電流を流している。ただ
し、その導入端子及び電源は図では省略している。

【００４９】ヨーク４２は電力の印加される部分から絶
縁リング２１、２２で絶縁されている。ヨーク４２は真
空チャンバー１内では、アースシールドの役目も担って
おり、電力の印加される部分との間で放電が起こらない
距離（具体例では２ｍｍ）に保たれている。

【００５０】なお、本実施形態では主磁気回路４０を電
磁石で構成したが、永久磁石を用いても同様の効果が得
られる。

【００５１】補助磁気回路５０は、残留磁束密度１３ｋ
ガウス、保持力１２ｋエルステッド、内径１００ｍｍ、
外径１２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの永久磁石５１と、その
内側の内径４０ｍｍ、外径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの
Ｓ１０Ｃ相当のヨーク５２とからなり、ターゲット２の
表面より３０ｍｍの位置に配設されている。永久磁石５
１は径方向に磁化されており、内側の極性が主磁気回路
４０の内磁極の極性と同じになるようにしている。

【００５２】補助磁気回路６０は、残留磁束密度１３ｋ
ガウス、保持力１２ｋエルステッド、内径２１０ｍｍ、
外径２３０ｍｍ、厚さ６ｍｍの永久磁石６１と、その内
側の内径１５０ｍｍ、外径２１０ｍｍ、厚さ６ｍｍのＳ
１０Ｃ相当のヨーク６２とからなり、ターゲット表面よ
り２５ｍｍの位置に配設されている。永久磁石６１は径
方向に磁化されており、内側の極性が主磁気回路４０の
内磁極の極性と同じになるようにしている。

【００５３】以上のように構成されたマグネトロンスパ
ッタ装置の動作を説明する。ガス導入機構からスパッタ
ガスＡｒを真空チャンバ１内に導入すると同時に排気機
構で排気する。このとき、真空チャンバ１内の圧力を
２．５ｍＴｏｒｒに保つ。この状態でグロー放電用の電
力を投入すると、磁力線４にて閉じ込められたスパッタ
用の高密度プラズマ７が発生する。このプラズマ７中の
イオンが、陰極シース８で加速され、ターゲット２の表
面にぶつかると、ターゲット２の原子がスパッタされ、
基板５の向かいあった表面に付着し、薄膜が形成され
る。

【００５４】図２は、図１におけるターゲット２上の磁
力線を、コンピュータシミュレーションによって描いた
ものである。磁力線は中心軸２０を通る平面上で描いて
ある。ただし、磁力線は中心軸２０に対して対称に形成
されるので片側のみを図示している。図２よりターゲッ
ト２の内周壁３１と外周壁３２によって磁気トンネルの
厚さが増していることがわかる。特に、ターゲット２の
内周付近、外周付近では２ｍｍ程度であったものが約５
ｍｍとなっている。

【００５５】図３にターゲット２上３ｍｍの位置の磁束
密度の平行成分の実測値を示す。主磁気回路４０の磁極
４３、４４がターゲット２の表面を見込んだときターゲ
ット２の外にあるように構成しているため、ターゲット
２の端においても十分な大きさになっていることが分か
る。また、ターゲット２の中心から４０ｍｍ付近は磁極
４３、４４から遠いため磁束密度の平行成分は弱くなる
が、補助磁気回路５０の磁場を重ね合わせることによっ
て十分な大きさになっていることがわかる。

【００５６】本実施形態では、１０ｋＷの直流電力を印
加したとき放電電圧は６００ｖｏｌｔであり、それ以上
の電力を印加してもほぼ同じ放電電圧となる。図２から
分かるように磁気トンネルの厚さはおよそ５ｍｍである
ので、下式

【００５７】

【数１】

【００５８】から計算される磁場の平行成分は３４０Ｇ
ａｕｓｓとなり、図３よりターゲット２上のすべての位
置で十分な大きさとなっていることが分かる。

【００５９】本実施形態での成膜速度は１０ｋＷの直流
電力印加で６００オングストローム／秒であり、１００
０オングストロームの薄膜を形成したときの基板温度上
昇は２５℃であった。従来方式での温度上昇は６０℃で
あるので、膜や基板の損傷が大幅に低減できた。

【００６０】図４にターゲット２上３ｍｍの位置の磁束
密度の垂直成分の実測値を示す。垂直成分が０である点
が３点存在し、２つの磁気トンネル９１、９２の存在を
示している。図５にターゲット２上５ｍｍの位置で測っ
た電子密度分布、すなわちプラズマ密度分布を示す。上
記の２つの磁気トンネル９１、９２に対応して２つのピ
ークを持つことがわかる。この２つのピークの位置は基
板５とターゲット２の距離に関して好適に調整されてい
るので、図６に示すように３％以内の良好な膜厚分布を
得ることができた。

【００６１】なお、焼結体ターゲットなどの割れ易いタ
ーゲットを使用するときは、磁気トンネルの磁束密度を
大きくすると、ターゲット２に電流が流れ過ぎてターゲ
ット２が割れるため、次の第２の実施形態の方が有効で
ある。

【００６２】次に、本発明の第２の実施形態について図
７を参照して説明する。なお、図１と同一の構成要素に
ついては同一の参照番号を付して説明を省略する。

【００６３】図７において、７１、７２は磁気回路であ
って、これらの磁気回路７１、７２がターゲット２上に
形成する磁場の向きが磁気回路４０、５０、６０がター
ゲット上に形成する磁場の向きと逆になるように、主磁
気回路４０とは逆向きに磁化されている。

【００６４】動作は図１の実施形態と同様である。磁気
回路７１、７２は、磁気トンネル９１、９２の磁束密度
を小さくするため、磁気トンネル９１、９２内のプラズ
マ密度を低減し、ターゲット２に流れる電流を低減す
る。そのため、ＧｅＳｂＴｅの焼結体など割れ易いター
ゲット２を使用できる。しかも、磁気トンネル９１、９
２を覆う磁力線群４ｂは磁気回路７１、７２から離れて
いて殆ど弱められておらず、その磁場のターゲット２に
平行な成分は、陰極シース８で加速された電子を捕捉す
るのに十分な大きさを持つ。磁力線群４ｂはアースであ
る磁極４４を通るので、捕捉された電子はアースに吸収
され、膜や基板に流入して損傷を与えることはない。

【００６５】なお、通常のターゲット２に対しては、プ
ラズマ密度が高く、放電電圧が低い第１の実施形態の方
が有効であることは言うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】本発明のマグネトロンスパッタ方法及び
装置によれば、以上のようにターゲット上の基板と対向
するすべての位置で磁場による電子の捕捉が可能とな
り、また放電電圧を低減でき、陰極シースで加速された
電子のエネルギーを低減し、捕捉をより完全にできる。
さらに、上記特長を持ちながら、良好な膜厚分布を形成
するのに必要なプラズマ密度分布を実現できる。かくし
て、膜や基板に損傷がなく、成膜速度が速く、膜厚分布
が良好な成膜ができるという大きな効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマグネトロンスパッタ装置の第１の実
施形態の概略構成を示す縦断面図である。

【図２】同実施形態における磁力線の様子を示す説明図
である。

【図３】同実施形態における磁場の平行成分の分布図で
ある。

【図４】同実施形態における磁場の垂直成分の分布図で
ある。

【図５】同実施形態におけるプラズマ密度分布図であ
る。

【図６】同実施形態における膜厚分布図である。

【図７】本発明のマグネトロンスパッタ装置の第２の実
施形態の概略構成を示す縦断面図である。

【図８】従来例のマグネトロンスパッタ装置の縦断面図
である。

【符号の説明】

１真空チャンバ２ターゲット４磁力線４ｂ磁気トンネルを覆う磁力線群７プラズマ８陰極シース３１内周壁３２外周壁４０主磁気回路５０補助磁気回路６０補助磁気回路７１磁気回路７２磁気回路９１磁気トンネル９２磁気トンネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット上に磁場を発生させる磁気回
路を用い、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲ
ットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成
するマグネトロンスパッタ方法であって、ターゲット上
の基板と対向するすべての位置をマグネトロン放電を発
生させている磁気トンネルで覆い、磁気トンネルを形成
している磁場のターゲットに平行な成分を、ターゲット
上の基板と対向するすべての位置において陰極シースで
加速された電子を捕捉するのに十分な大きさとし、かつ
磁気トンネルが基板と接しないようにすることを特徴と
するマグネトロンスパッタ方法。
【請求項２】マグネトロン放電を発生させている磁気
トンネルを形成している磁場のターゲットに平行な成分
Ｂを、ターゲット上の基板と対向するすべての位置にお
いて、放電電圧Ｖと磁気トンネルの厚さｔに対して、下
式を満たすようにすることを特徴とする請求項１記載の
マグネトロンスパッタ方法。【数１】
【請求項３】ターゲット上に磁場を発生させる磁気回
路を用い、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲ
ットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成
するマグネトロンスパッタ方法であって、ターゲット上
の基板と対向するすべての位置を、マグネトロン放電を
発生する磁気トンネルで覆うとともに磁気トンネルをア
ース部分を通り基板を通らない磁力線群で覆い、磁力線
群を形成している磁場のターゲットに平行な成分を、タ
ーゲット上の基板と対向するすべての位置において陰極
シースで加速された電子を捕捉するのに十分な大きさと
することを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。
【請求項４】磁気トンネルを覆っている磁力線群を形
成している磁場のターゲットに平行な成分Ｂを、ターゲ
ット上の基板と対向するすべての位置において、放電電
圧Ｖと磁力線群の厚さｔに対して、下式を満たすように
することを特徴とする請求項３記載のマグネトロンスパ
ッタ方法。【数１】
【請求項５】磁気トンネルがターゲット上に少なくと
も２箇所以上あることを特徴とする請求項１〜４の何れ
かに記載のマグネトロンスパッタ方法。
【請求項６】ターゲット上に磁場を発生させる磁気回
路を有し、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲ
ットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成
するマグネトロンスパッタ装置において、ターゲット上
の基板と対向するすべての位置が、マグネトロン放電を
発生する磁気トンネルに覆われ、磁気トンネルを形成し
ている磁場のターゲットに平行な成分が、ターゲット上
の基板と対向するすべての位置において陰極シースで加
速された電子を捕捉するのに十分な大きさを持ち、しか
も磁気トンネルが基板が接しないように磁気回路または
ターゲットの形状を構成したことを特徴とするマグネト
ロンスパッタ装置。
【請求項７】磁気トンネルを形成している磁場のター
ゲットに平行な成分Ｂが、ターゲット上の基板と対向す
るすべての位置において、放電電圧Ｖと磁気トンネルの
厚さｔに対して、下式を満たすようにしたことを特徴と
する請求項６記載のマグネトロンスパッタ装置。【数１】
【請求項８】ターゲットの内周と外周に電子を反射さ
せるための壁を設けたことを特徴とする請求項７記載の
マグネトロンスパッタ装置。
【請求項９】ターゲットの表面に磁気トンネルを発生
する磁気回路が、ターゲットのスパッタされる表面の反
対側に一部または全部が配置された主磁気回路とターゲ
ットのスパッタされる表面と同じ側に配置された主磁気
回路とは独立の補助磁気回路からなり、主磁気回路の磁
極がターゲットの表面を見込んだときターゲットより外
にあり、補助磁気回路がターゲット上に発生させる磁場
の向きが、主磁気回路がターゲット上に発生させる磁場
の向きとほぼ一致するように構成したことを特徴とする
請求項６〜８の何れかに記載のマグネトロンスパッタ装
置。
【請求項１０】ターゲット上に磁場を発生させる磁気
回路を有し、ターゲットからスパッタさせた原子をター
ゲットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形
成するマグネトロンスパッタ装置において、ターゲット
上の基板と対向するすべての位置が、マグネトロン放電
を発生する磁気トンネルに覆われ、しかも磁気トンネル
がアースを通り基板を通らない磁力線群にて覆われ、磁
力線群を形成している磁場のターゲットに平行な成分
が、ターゲット上の基板と対向するすべての位置におい
て陰極シースで加速された電子を捕捉するのに十分な大
きさを持つように磁気回路またはターゲットの形状を構
成したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１１】磁気トンネルを覆っている磁力線群を
形成している磁場のターゲットに平行な成分Ｂが、ター
ゲット上の基板と対向するすべての位置において、放電
電圧Ｖと磁気トンネルの厚さｔに対して、下式を満たす
ようにしたことを特徴とする請求項１０記載のマグネト
ロンスパッタ装置。【数１】
【請求項１２】磁気トンネルをターゲット上に少なく
とも２箇所以上形成したことを特徴とする請求項６〜１
１の何れかに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１３】磁気トンネル内に主磁気回路とは逆の
磁場を形成する第３の磁気回路を設けたことを特徴とす
る請求項６〜１２の何れかに記載のマグネトロンスパッ
タ装置。