JPS583975A - スパツタリングによる成膜方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜材料のスパッタ装置で使用するターゲット
平板の長寿係化と試料表面上の堆積膜厚分布を制御する
ことを図ったプレーナマグネトロン方式のスパッタリン
グによる成膜方法及びその装置に関するものである。

スパッタリング技術は、低圧の雰囲気ガスをグロー放電
ヲ起こしてイオン化（プラズマ状）し、陰陽電極間に印
加された高電圧により、そのプラズマ状イオンが加速さ
れて、陰極におかｉｙｖターゲット材料の平板に衝突さ
せられる。

衝突させられたイオンによυ飛び出されたターゲット材
料の構成原子又は粒子は、陽極近傍に設けられた基板上
に＋Ｊ着堆積して、ターゲット材料の薄膜を形成する技
術である。

この場合、グロー放電によって発生したイオンを空間内
に高密度に閉じ込め、これをターゲット材料平板上に有
効に運び込むことが、堆積速度を改善し、電子による基
板の損傷全低減する上でＮ要となっている。

そのために前記のイオンをターゲット材料平板面上の空
間領域に閉じ込め尚密度化を図ることが有効である。そ
して、磁界構成が検討されて来ている。

特にプレーナーマグネトロン方式スパッタリング装置は
、その堆積速度が従来の抵抗加熱型真空蒸鬼装置に匹敵
する程度になるに及び、近年薄膜集積回路や半導体デバ
イス用の薄膜形成装鉦として、その生産用成膜工程に多
用されるに到った。

第１図は良く知られた従来技術によるプレーナーマグネ
トロン方式スパッタリング装置のターゲット材料平板近
傍の構造金示す概念説明断面図である。ターゲット材料
平板（以下ターゲット平板という）１の以ｍ１にヨーク
６により磁気結合されＩＣリング状磁極２と、そのリン
グ状磁極２の中心部に円柱状磁ｂ５とが、磁気回路を構
成して配置されている。これらの磁極２゜３に、１ｍっ
てターゲット１０表面側（第１図１の下側）の空間に磁
力線の分布、換言すれば円環体（１’ｏｒｔｂｓ　）の
高さ方向に垂１にな平面で半裁し、その半裁面がターゲ
ット平板１０表面に平行におかれた半円環状磁界分布、
通称トンネル状磁界分布１１が発生する。このトンネル
状磁界分布１１によって、その内部に上記プラズマ状イ
オンが高濃度に閉じ込められろ（図示せず）。このプラ
ズマ状イオンは、さらに陽極１０とターゲツト平板１０
殻面に絶縁スペーサ８を弁して設置された陰極７間に印
加され１ζ高電圧によシ発生しているターゲラｌ−ＸＶ
−＆　１の表面にほぼ垂直な電界によって加速され、タ
ーゲット平板１表面に衝突し、その結果、ターゲット１
表面から順次、その原子又は粒子がはじき出され、侵食
領域１２か形成されろ。

なお、５は水冷機栴である。この侵食領域１２は、以上
の説明から推定されろように、スパッタリング工程の時
間経過に伴って侵食度が進むが、この侵食は通常第１図
に示す構成のターゲット平板構造体では、ターゲット平
板の特定の領域に限定されて進行するために、実効的に
は侵食領域の体積程度しか使用できないとされる。

したがって初期的には　目的とする均一な膜厚分布が得
られても、さらに、かかる侵食領域の形成によって、は
じき出されるターゲット材料の原子のはじき出される方
向及び量が変化するために、試料基板表面上の被堆積薄
膜の膜厚分布が経時的に変化し、許容される成膜膜厚分
布のかたよりが大となり、ターゲット材料の板厚を消耗
し切ることによるよシはむしろ、膜厚分布の経時劣化に
よジターゲット材料の寿命が決定されてしまう欠点があ
る。

そのために、多数の試料基板に連続して成膜したいとか
長時間のスパッタリング工程を実行したい場合にその実
行が不可能となり、これが従来のスパッタリング工程の
限界とされていたのである。その後この欠点を除くため
に上記侵食領域１２が広面積でターゲット平板１表面上
に発生する工うに磁界分布１１を変化してやることが提
案された（特開昭５１−８６０８３．特開昭５３−７５
８６λこの技術の理論的背景ないし、技術的思想は特開
昭５１−８６０８３号公報の第２頁、右下の欄、第１９
行目から第３頁、左上の欄、第２行目にある如く、「最
大のターゲット侵食は、磁力線がターゲツト板に平行に
なる上記の点、或は領域に揃い且つこの領域の下に横π
わっている領域において発生する」ＶＣあるとされ、か
くして特開昭５１−８６１８３号公報においては、その
特許請求の範囲第１項に記載された文言にあるごとく、
第１の磁界手段に対して、前記の源に垂直な方向に補助
的な可変磁界全発生させ、補助的な可変磁界を変化させ
てその合成磁力線が前記の源と平行になる位置全連続的
に移動させる第２の磁石手段を具備したものであるとし
、具体的な技術として図面の第４図に示す電磁石を孤立
的に配置した実施例を開示している。他方、特開昭５５
−７５８６号公報においては、その技術は端的に述べれ
ば、磁石手段そのものを機械的に移動するものである。

しかるに、本願発明者らは上記の公知例中の技術的思想
に対しても、本願発明者の実験事実に照らし合わせて再
検討し、上記公知例に示された技術的手段よシも一層そ
の効果が改善され、さらに新たに、堆積した薄膜の膜厚
およびその分布をは（・了任意に制御できる技術を実現
すると１とができた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、均
一な膜厚分布が得られ、且実用に供せられるようにした
プレーナーマグネトロン方式スパッタリングによる成膜
方法及びその装置を提供するにある。

本発明の要点とするところは、磁束線が−の磁束源から
発生した場合には、その性質として磁束同志は交鎖する
ことがなく、磁束線相互にｍａｘｗ　ｔ　ｌ　ｌ応力な
る引力ないし斥力が作用していることに鑑み、少くとも
三つの磁極面を有する−の磁束源を構成し、その一部の
磁極面に発生する磁束量を制御して、残りの他の磁極面
に発する磁束量およびその分布の立つ位置、すなわちプ
ラズマの立つ領域ヲ芥易に且、巾広く移動させるように
したプレーナーマグネトロン方式スパッタリング方法で
あって、その一部の磁極体に設けた電磁石にスパッタリ
ング工程中所定の周期をもった矩形波電流を流して環状
のプラズマ発生領域を所定の周期で少くとも１回以上移
動させてそれぞれの環状プラズマ発生領域において見ら
れる成膜膜厚全合成して成膜をすることを特徴とするも
のである。

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。

第２図及び第３図は本発明に係わるスパッタ電極構造体
の電極部分の一実施例の概略断面を示しπものである。

該電極部分の主たる構成要素としては、ターゲット平板
２１　（２５４ｍｍφ、厚さ２０ｍｍＡ！−２％Ｓ）、
ターゲット平板２１を例えば適当なろう付は手段で固定
し、かつ、陰極となるバッキングブレー）２２（銅製）
、該ターゲット平板２１の第１の主面上の中空空間に所
定の磁束分布全発生させろ手段である磁界発生用ヨーク
２ろ、内側′電磁石コイル２４、外側電磁石コイル２５
、中心磁極端２６、内側磁極端２７、外側磁極端２８、
陽極となるシールド犯、及び絶縁スペーサ３１がある。

第２図第３図に示す実施例ではターゲット平板２１は円
形であるが、これは本実施例で用いた成膜対象となる基
板が円形であるためで、矩形の基板を用いる時には矩形
のターゲット平板を用意することが適当であろう。すな
わち本実施例で述べろ固形の電極構造体電極部は、一実
施例であり、矩形等の電極部の形についても本発明から
外れろものではない。

またバッキングプレート２２の裏側に水等の冷媒を通す
流路３２が形成され、との流路６２に外部から磁界発生
用ヨーク２３を介して上記冷媒を供給・排出するパイプ
が設けられ、ターゲット平板２１を冷却するようにして
いる。

第４図は、本電極構造体の励磁用電源の概略構成を示し
たものである。該励磁電源部の主たる構成としては、内
側１１．磁石コイル２４、外側電磁石コイル２５、を全
く別に制御するために、電流供給回路が、２つ組み込ま
れている。該励磁電源部・該内側および外側電磁石コイ
ル２４．２５に印加する電流を全くｆｆ意に、すなわち
、時間的に変化せぬ一定電流または、一定の周期をもっ
た矩形波状、三角波状等の電流波形に設定することがで
きるようにマイクロプロセッサ４１と、メモリ４２ヲ用
いており、キーボード４６、捷たは適当な外部記憶装置
４０（例えば磁気テープ、磁気ディスク）から、９１定
の電流波形に関する情報を与え、マイクロプロセッサ４
１の出力をデジタル−アナログ信号変換器４４α、４４
ｈ（Ｄ−Ａ−ｚンバータ）に加え、これをさらに電流増
幅器４５（Ｚ４５ｈにて核内、外側電磁石コイル２４　
、２５を励磁できるだけの所定の強度に１で増幅する。

第４図の該励磁電源部は、制御対象としては、核内、外
側電磁石コイル２４．２５−ｉ扱うので、定電流特性を
もつ電源であり、また出力電流検出部４６α、４６ｈに
より、出力電流すなわち該各電磁り 石電流値金検出し、これ會／ヵ変換器４４α、４４ｂが
出力されろ所定の電流値と比較し、補正を行うために、
電流増幅器４５（Ｌ、４５ｂに情報を帰還する手段をも
っている。すなわち電磁石コイル２４２５に一定の電流
捷たは一定の矩形波電流が印加されるように構成されて
いる。

スパッタリング金材わせしめる放電々力を供給するため
の高圧電源、すなわちスパッタ電源には従来からよく知
られているように、０〜８０Ｉ程度の出力電圧と０〜１
５，４程度の出力霜；流をもつものを用いた。またよく
知られているように、グロー放電へ投入する電力を制御
するために、この高圧電源は定電流出力特性をもつもの
である。

前述したとうり、ターゲット平板上でスパッタリングの
起る侵食領域はプラズマリングの発生する場所のほぼ直
下に位置する。またプラス］１ マリングの発生は、通常のプレーナーマグネトロンで用
いる１〜１０ｍＴｏｒｒ内外のスパッタ圧力に於てはタ
ーゲット平板の第１の主面上の中空４間のターゲット平
板の第１の主面〃・ら１０〜２０ｍｒｒＬ程度の距離に
おける磁界ベクトルがターゲット平板の第１の主面に平
行となる領域に集束され、起る。

したがって、ターゲット平板上の侵食領域の発生位置を
知るには、ターゲット平板の第１の主面側の中空４間に
於ける磁束分布を知ることが有力な手段となる。

したが°って、本実施例によるスパッタ電極構造体によ
る成膜膜厚分布等の諸物件を求める実験を行うまえに、
ターゲット平板２１の第１の主面上の中空空間２９に於
ける磁束分布を測定し電磁束分布の測定には、ガウスメ
ータを用いた。

第５図及び第６図は本実施例であるスパッタ電極構造体
のターゲット平板２１の第１の主面上の磁束分布を擬似
的に求めるために、第２図の本実施例とほぼ同一の大き
さのヨーク材を製作・１２ し、実測した一例である。第２図の実施例と、この擬似
的に製作したヨークとのちがいは、第２図の内、外側電
磁石コイル２４．２５　Ｑ埋め込んでいる溝が浅いこと
である。第５図及び第６図の縦軸は、該磁極端２６，２
７．２８上の高さく＝）、横軸は第２図に示したスパッ
タ電極構造体スパッタ電極部の中心軸、すなわち該磁極
端２６の中心軸から、外向き半径方向への距離（−）で
ある。第５図及び第６図では、内側コイル２４と外側コ
イル２５に流す電流の向きは、お互いに逆向きに流した
。第５図では、内側電磁石コイル２４と、外側電磁石コ
イル２５の起磁力は、それぞれ４０：１となるようにし
た。第６図では、内側電磁石コイル２４と、外側電磁石
コイル２５の起磁力は１．５：１となるようにした。

前述したように、磁界ベクトルがターゲット平板２１の
第１の主面と平行となる領域にプズマリングが発生する
ので、第５図及び第６図中、それぞれ５５　、５４で示
された領域にプラズマリングが発生する。

したがって、第５図及び第６図から明らかなように、核
内、外側電磁石コイル２４　、２５に付勢する起磁力を
変化させることにより、プラズマリングの発生場所を移
動させることができる。

第５図及び第６図に示した例では、該内側電磁石コイル
２４の起磁力を一定とし、該外側電磁石コイル２５の起
磁力を内側電磁石コイル２４の起側箪磁石コイル２５に
与える起磁力を一定として、該内側電磁石コイル２４に
与える起磁力を変化させても、第５図及び第６図と同様
に磁界ベクトルが該ターゲット平板２１に対して平行と
なる領域を移動させるととができる。

次に本実施例における成膜々厚分布特性について述べる
。第７図は、ターゲット平板上に発生する円環状浸食領
域の直径りに対して、ターゲット平板の第１主面上から
８５ｍｍの距離にターゲット平板の第１の主面と平行に
おかれた成膜対象基板２０上の戚腺々厚分布特性がいか
に変化するか會、計算で求めた例であり、本発明の第１
０基本的な技術思想を説明するものである。

縦軸には、成膜対象基板の中心での成膜膜厚全１ｏｎ９
６としだ膜厚を示し、横軸には、該成膜対象基板上、該
成膜対象基板中心からの外向き半径方向の距離（ｍｍ）
を示した。

第７図で明らかなように、該円環状の浸食領域の直径り
が下であると、咳成膜対象基板上、半径１００ｍｍ程度
のところに成膜膜厚分布として肩をもつ、云わば双峰の
形をした成膜々厚分布特性を得る。逆にＤ−φ１２５ｍ
ｍ以下ではとの成膜々厚分布特性上の肩は消失し、該成
膜対象基板上の中心に山をもつ、云わば単峰の成膜々厚
分布特性を得る。

以上の論議は円環状浸食領域の直径りについて述べたが
前にも述べたようにプラズマリングのほぼ直下に、この
浸食領域が発生することから、円環状浸食領域の直径全
そのままプラズマリングの直径と考えて差しつがえない
。したがって、第５図及び第６図に示した磁界分布特性
の制御性にぶり、プラズマリングの直径を変化させ、第
７図に示し九如き、様々な成膜々厚分布特性を任意に得
ることができると予想できる。

第８図に示した曲線６１は例えば第５図に示した内側電
磁石コイル２４の電流と、外側％磁石コイル２５の電流
をお互いに逆極性に通じ、かつ電磁石の起磁力を、外側
ｉｔ１．ｉ石コイルクコイル側電磁石コイル２４どの比
’ｉ１＋４０とした時に得られると予想される成膜々厚
分布特性の概念図であり、また第８図に示した曲線６２
は、例えば内側筒磁石コイル２４と、外側電磁石コイル
２５との起磁力の比を１．５：１としてプラズマリング
の径を小さくした時に得られる成膜々厚分布特性の概念
図である。

１つの成膜対象基板への成膜工程中に、核内、外側電磁
石の起磁力を変化させ、第８図に示す曲線６１，６２の
如き成膜々厚分布を与える操作を適当に行えば、結局は
該成膜対象基板上では、曲線６１と、曲線６２が足し合
わされ足台成膜厚分布として、第８図に示す曲線６３の
如き、該成膜対象基板上の広い範囲にわたって、均一な
成膜々厚會得ろことができろ。

第９図は、本実施例における成膜々厚分布特性の一例を
示したものであり、曲線７１は外側電磁石コイル２５の
起磁刃金０として、内側電磁石コイル２４により約２０
０ガウス程度の磁界の強さを、ターゲット上で得られる
ようにした時のものである。−また曲７１は内側電磁石
コイル２４と、外側筒、磁石コイル２５との起磁力の比
を５：１とした時の成膜々厚分布特性を示したものであ
る。第９図の曲線７１．７２は、ターゲット平板２１の
第１の主面から、成膜対象基板までの距離ｆ　ＢＯｍｍ
。

スパッタガスとしては純度９９．９９９％のアルゴンガ
スを用い、スパッタガス圧力は＼４ｖｕＴｏｒｒとした
条件で得たものである。

第９図の縦軸には該成膜対象基板上での成膜速さ金、示
したものであり、横軸は本実施例のスパッタ電極構造体
の電極部分の中心軸から半径方向外向きにとった、該成
膜対象基板上の距離（−７７Ｌ）である。

第９図にて明らかな↓うに、外側電磁石コイル２５に与
える起磁力を増大させ相対的に、内側電磁石コイル２４
に与える起磁力との差を小さくすることに工り、プラズ
マリングの直径が小さくなシ、第８図中の曲線６２に示
した如き成膜々厚分布特性が得られ、逆に外側電磁石コ
イル２５に与える起磁力を小とすることにより、プラズ
マリングの直径が犬となり、第８図中の曲線６１の如き
成膜々厚分布特、性が得られる。

第９図中の７１．７２の成膜々厚分布を得るために外側
電磁石コイル２５の起磁力を変化させても。

該プラズマリングは移動するものの、グロー放電の放電
インピーダンス、すなわち「ターゲットに印加した電圧
」÷「ターゲットに流れる電流」には±５％以上の変化
はなく、前述した如く、本実施例にては定電流出力特性
をもつスパッタ電源部を使用しているため、結局ターゲ
ットに加えられたスパッタ電力は殆んど変化しない。

このために一定のスパッタ電力を印加するという不実施
例の条件下では、プラズマリングの＠径を小としたとき
ＶＣ−は、プラズマリングの面積、すなわち該ターゲッ
ト平板上の第１の主面にてスパッタリングにより浸食を
うける領域の面積は小さくなることから、ターゲット平
板２１の第１の主面上の単位面積あたりの電力に、増加
する。よく知られているように、プレーナーマグネトロ
ンスパッタリングにおいては、ターゲット平板上の浸食
領域に投入される単位面積あた９の電力に対して、成膜
対象基板上における成膜速度がほぼ比例する。したがっ
てプラズマリング径の小なる時には、該成膜対象基板中
心領域に於ける成膜速度は、プラズマリング径が大なる
ときに比し、第９ＪＥｇｌｌＣ示されているように、大
となっている。

第８図に示した単峰および双峰の成膜々厚分布特性全台
成し、広い面積にわたり、できるだけ均一な成膜々厚分
布を得るためには、１枚の成膜対象基への成膜工程中に
プラズマリング径を小としている時間と、プラズマリン
グ径を大としている時間との比全うまくえらんでやる必
要がある。上記したプラズマリング径が小の時９ に中火での成膜速度が、プラズマリング径が犬の時に比
し大であるという点から必然的に「プラズマリング径を
小としている時間」÷［プラズマリング径を大としてい
る時間］という比を１以下にしてやらなければ、最適な
膜厚分布特性を該対象基板上で得ろことはできない。

更にターゲット平板上への単位面積あ１ζシのスパッタ
電力の投入量に対し、その浸食をうける領域での浸食量
、すなわち該ターゲット平板の厚さ方向への浸食の進行
は比例すると考えられるので、プラズマリング径が小の
位置に対応したターゲット平板上の領域での、浸食量と
、プラズマリング径が大の位置に対応した該ターゲット
平板上の領域での浸食量とを一致させることが好しい。

何故なら、この浸食量が不つシあいであれば、いづれか
の浸食領域での浸食深さが先にターゲット平板の板厚に
達し、ターゲット平板の寿命が両浸食領で均一に浸食が
進行する場合に比べ、ターゲット平板の寿命が短いとい
える。

２０　゛ 第１０図は第９図の曲線７１．７２で示される成膜々厚
分布特性金実際に成膜を行い合成Ｌｌ？Ｃ−代表的な合
成成膜々厚分布特性を示したものである。

土５％の膜厚偏差を許容し、最も広い面積にわたって均
一な成膜々厚を得るように、第９図の曲線７１．７２を
計算上合成させ、その条件のなかから、１Ｎ）プラズマ
リング径の小なる時間が長くなるものをえらび、成膜を
行った。第１０図中○印は第９図に示されπ成膜々厚分
布特性から、計算によシ求めたプロットであ夛、実線８
１は、実際に成膜を行った実測値であり、非常によい一
致を見せている。

第１０図中の曲線８１の成膜条件は、第９図の成膜々厚
分布特性を求めたものと同一である。また内、外側電磁
石コイルの励磁条件は、内側電磁石コイル２４の起磁力
は、ＭＰＵ４１からの指令でシカ変換器４４α、及び電
流増幅器４５αを介して一定であシ、外側電磁石コイル
の起磁力はＭＰＵ４’Ｉからの指令で／７変換器４４ｈ
及び電流増幅器４５ｈを介して第１１図に示す如き、矩
形波状のパルスを流によりプラズマリング径最大の状態
の時間Ｔ１ヲ１０秒間と、２，０００アンペアターンで
且プラズマリング径最小の状態の時間Ｔ、ｆ２秒間とし
たサイクルを周期Ｔ。’（ｉ７１２秒で、１０回繰り返
えし魁 なお、Ｔ、の時間は零電流でも負電流でもよい。

以上、実験結果も交えて述べたように均一な成膜々厚分
布を得るということと、ターゲット平板の寿命を短くし
ないという２つの観点から第７図及び第８図について述
べた成膜膜厚分布を合成するという本発明の基本的な第
１の技術思想は、投入スパッタ電力が一定という条件下
では「プラズマリング径が小の時間」÷「プラズマリン
グ径が大の時間」という比が１未満となるように内、外
側電磁石電流のそれぞれの大きさを変化させるところに
あり、逆に上記しπ時間の比が１以下であるような各電
磁石の励磁法にターゲット平板の利用効率ないしは寿命
を向上させながら、平担な成膜膜厚分布會得ることので
きる条件が存在しているのである。

従来技術である固定磁場のプレーナマグネトロン電極で
は、ターゲット平板の局部的な浸食が進行するに従い、
急峻なターゲット平板の断面で云えば断面形状がＶ字と
なるが如き谷が形成され、このＶ字谷形成の進行に伴っ
て、成膜々厚分布が劣化してゆくことについては既に述
べた。このことをより具体的に説明すればターゲット平
板の消耗時間が短い時には、よく知られたようにスパッ
タリングによりターゲット平板材料の飛散の仕方は余弦
則に従って第１２図（ｂ）に示すが如き分布（曲線１０
１）となっており、比較的広い立体角の範囲にスパッタ
された粒子は飛散される。

これに対し、前述しｆｃＶ字谷がターゲット平板に形成
されてゆくと、第１２図（ｂ）に示した飛散方向分布は
第１３図（ｂ）に示す如く曲線１１１に示すようにその
立体角をせばめてゆく。曲線１０１と、曲線１１１に対
応した成膜々厚分布の概略は第１２図（α）及び第１６
図（ｃＬ）の曲線１［１２，１１２に示すが如く、であ
りＶ字谷の形成により、成膜６ 々厚分布は肩が立ち、成膜々厚分布が劣化する。

第１４図は第２図及び第３図に示した内側および外側電
磁石コイルの起磁力を同一とした時の成膜々厚分布の経
時変化を示したものである。

曲線１２１はスパッタ電力６ｋｗ　１定で、０時間使用
後、１２２は１０時間、１２６は２０時間、１２４は３
０時間使用後の成膜々厚分布特性である。また曲線１２
１．１２２，１２３，１２４での最大浸食深さ、すなわ
ちＶ字谷の底の深さはそれぞれ０．２，４．６ｍｍであ
つ女。

第１４図から明らかなように最大浸食深さが６ｍｍに達
するとφ１５Ｑｍ７Ｈの基板に対して成膜々厚分士 布特性は実用的と思われる一５％の範囲（図１２曲線１
２３では＋ｉｏ＊）ｙこえてしまう。

第１５図は本発明の第２の基本的思想と最も著しい効果
を示すものである。

第１５図は第１０図に示した合成膜厚分布を得る条件、
すなわち、プラズマリング径ｆｔ１：５の割合で、小さ
く１１ζは太きくしなから成膜を続けた時の成膜々厚分
布特性の経時変化を示し４ たものであシ、第１４図と同様、　６ｋｗのスパッタ電
力全一定とした。曲線１３１は０時間、１３２は２０時
間、１６６は４０時間、１６４は６０時間ターゲット平
板を消耗させた時の成膜々厚分布特性である。

第１４図と第１５図を比較して明らかなことは、プラズ
マリングの大きさを、周期的に変化させることにより、
ターゲット平板の浸食領域を拡大することをすれば、ｒ
字谷の形成がおそくなる、またはＶ字谷の頂角の角度が
大きなことにより、成膜々厚分布の経時変化が実用上殆
んど問題とならぬ程度にしか起らぬということである。

以上のことは、第１６図によっても確認することができ
る。第１６図は第１４図と第１５図の条件にて、５００
時間ターゲラトラ耗させた時のターゲット平板２１の浸
食領域の断面形状を実測したものである。曲線１４１は
第１４図の条件、すなわち、プラズマリングの大きさを
一定とし−ｒｃ、場合、また曲線１４２は第１５図の条
件、すなわち、プラズマリングの大きさ全周期的ＶＣ変
化させた場合のものである。曲線１４１のＶ字谷は曲線
１４２に比較して、その頂角がせ甘く、成膜々厚分布特
性上にニジ大きな屑があられれることが確認できる。

以上第２図に示した実施例について述べてきたが、第１
０図に示し７ζようにφ１５Ｑ７ｘｍ程夏基板金成膜対
象として、してき７′ｃｏＬかし、本発明は更に大面積
の基板への成膜についても適用できる。第１６図の曲１
ｉｌｊ！１４２からもわかるように、φ１５　Ｑ　ｙｎ
ｍ程度の大きさの基板に対しては浸食領域の振り幅は太
きくとらなくとも、十分な成膜々厚分布特性を得ること
ができる。しかし、本発明にかかるスパンタ電極Ｖｃ↓
シ、よシ太面積の基板に対する成膜を行う除には、ター
ゲット平板２１０太きさも基板に合わせて、太きくしな
けれはならない。

この場合には、以上に述べてきた単純な２位置のみにプ
ラズマリングの発生場所全制御する方法では第１６図の
曲線１４２の如く浸食領域が連続した形とはならない。

すなわち第１６図の曲線１４１の如＠項状浸食領域がタ
ーゲット平板２１±に２重に離れて形成されることにな
シ、ターゲット平板２１の材料利用効率が低下する。し
たがって、この２重にできた円環状の浸食領域の間の領
域に１重または多重の浸食領域を形成することにより、
材料利用効率を向上金はかることができる。この場合、
ＭＰＵ４１からのディジタル指令信号により　イイ変換
器４４ｂでアナログ信号に変換され、電流増幅器４５ｈ
により外側電磁石コイル２５に印加する電流波形の一例
を第１７図に示す。第１７図中に示すＴ１・の時間だけ
プラズマリングの直径は最大であシ、次のＴ、・％　Ｔ
、　Ｉとプラズマリングの径は小さくなシ、再び、７’
、　ｔａｒ間中位の大きさをとり、初期の状態に戻る。

プラズマリング径が中位となっている時間’ｅ’ｔ　’
とすると、”ｆ、　ｒ　＝　Ｔ、　ｔｒ　＋　Ｔ、　ｔ
″！である。一定スバッタ電力の条件下においては、前
述したとうり、ターゲット平板２１の浸食深さが、いづ
れのプラズマリング径に対応した浸食領域でもそれぞれ
が同７ 程度となシ、ターゲット平板のできるだけ広い面積が均
一に消耗してゆくためには、 Ｔ、・〉１゛、・＞Ｔｓ・ の条件が必要不可欠である。

第１１図、第１７図に示されいづれのプラズマリング径
の制御方法においても、スパッタ電力が一定という条件
下に於ては、プラズマリング径がよシ犬である時の、そ
のプラズマリング径を維持する時間を、そのプラズマリ
ング径よりも小さなプラズマリング径を維持する時間よ
りも、より長く保つということが、ターゲット平板をで
きるだけ広い面積にわたり均一に消耗させ、かつ、成膜
対象基板上に均一な厚さの膜付けを行うということが本
発明の基本的な技術的思想である。

プラズマリング径の大きさを変化させるためには本発明
に係わる第２図の実施例では、内側電磁石コイルによる
起磁力と外側電磁石コイルによる起磁力の相対的強Ｗ＋
変化させればよいことは前にも述べた。史Ｖｒ−電磁石
の励磁電源部の構成の容易さについては、外側または内
側電磁石のどちら一方のコイルに印加する電流のみを変
化させるだけで、プラズマリングｉの犬！！さを変化さ
せるのが有利であり、第１１図、第１７図に示した制御
方法では、外側電磁石コイル２５に印加する電流値の制
御を例にとシ説明を行った。

本発明に係わる更に他の実施状態として第１８図に示す
如く、中央磁極の一部ないし全体を一定強度の磁束発生
手段すなわち、第１８図では永久磁石２００１に置きか
え、外側電磁石コイル２５に印加する電流のみを第１１
図ないし第１７図の如き波形のものとすれば、第２図の
実施例と同様にプラズマリング径の大きさの制御が可能
である。

更に他の本発明に係わる実施例として、第１９図の如く
、外側磁極を一定強度の磁束発生手段、すなわち第１９
図では永久磁石２００２に、その一部または全体装置き
かえ、内側電磁石コイル２４に印加する電流のみを第１
１図ないしは第１７図の如き波形のものとすれは、第２
図に示した実施例と同様にプラズマリング径の大きさを
制御することが可能である。ただし、第１９図の実施例
の場合には、内側電磁石コイル２４に印加する電流値を
小とするとプラズマリング径は小となり、捷だ逆に内側
電磁力コイル２４に印加する電流値を犬とするとプラズ
マリング径は大となる。

したがりて、本発明の要点であるプラズマリング径の大
きさが大である時間を、プラズマリング径の大きさが小
である時間よりも長くするためには、例えば、第１７図
を内側電磁力コイル２４の励磁電流波形とすれは、外側
電磁石コイルの場合とは逆に　　Ｔ、ｔ＜Ｔ、・＜　ｒ
ｓ　’の条件が必要不可欠である。

以上述べた如く、本発明のプレーナマグネトロン方式の
スパッタリングによれば、環状のプラズマ発生領域を大
きく振らせることができ、堆積膜厚を均一な分布を得ら
れ、実用化に供することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプレーナマグネトロンスパッタ電極の概
略断面図、第２図は本発明に係るプレーナマグネトロン
スパッタ電極を示す断面図、第６図は第２図の斜視図、
第４図は第２図及び第６図に示す電磁石全駆動する駆動
装置の構成を示す図、第５図及び第６図は本発明に係る
スパッタ電極上の磁場測定例を示す図、第７図は膜厚分
布特性の変化を計算によって求めた例を示した図、第８
図は膜厚分布特性の合成音概念的に示した図、第９図は
本発明の実施例による膜厚分布特性を示した図、第１０
図は第９図に示す膜厚分布全合成した合成膜厚分布の一
例を示した図、第１１図は第１０図に示す合成膜厚分布
を得るために、内側電磁石コイルの起磁力を一定とし、
外側電磁石コイルの起磁力を周期的に制御する場合の電
流波形を示した図、第１２図及び第１６図はターゲット
の浸食の進行に伴う成膜膜厚分布特性の変化全説明する
概念図、第１４図は第２図及び第３図に示す内側及び外
側電磁石コイルの起磁力を同一にしたときの成膜膜厚分
布特性の経時変化を示した図、第１５図は本発明の１ ように内側電磁石コイルの起磁力全一定にし、外側電磁
石コイルに第１１図に示す周期的な電流波形を印加した
場合の成膜膜厚分布特性の経時変化を示した図、第１６
図は本発明の実施例におけるターゲット平板の消耗状態
を示す図、第１７図はより大面積な成膜対象基板に成膜
を行うために外側電磁石コイルに印加する電流制御波形
の一例を示した図、第１８図は本発明において、中央電
極を永久磁石に置きかえた実施例を示した図、第１９図
は本発明において外側磁極を永久磁石に置きかえた実施
例を示した図である。 ２０・・・成膜対象基板　２１・・・ターゲット平板２
２・・・バッキングプレート２３・・・磁界発生用ヨー
ク　２４・・・内側布、磁石コイル　２５・・・外側電
磁石コイル　４１・・・マイクロプロセッサ　４２・・
・メモリ４３・・・キーボード　４４α、４４ｈ・・・
イイ変換器４５α、４５ｂ・・・電流増幅器　４６・・
・検出部２ 才　２　図 ２５’　　　　　　　２４ オ　３　図 と３　　　　　３牛 オ　４　図 第５図 への距１龜 才　　乙　　　国１ へｆ）距」龜 才１０　　図 才ｔ＋　’ｆＺｌ ）ｉ千閤 才　１２　図 甘　１３　図 瞥射５ ％唄Ｅ −７ｈ６図 才１７　凶 才ｌδ図 ５ 芽　／■

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　少くとも三つの磁極を有し、且少くとも２つ
   の磁界発生手段を４１し、この磁界発生手段のうち少く
   とも１つは電磁石を備えたプレーナマグネトロン電極を
   用い、上記電磁石に所定の周期をもった電流を流し、環
   状のプラズマ発生領域を所定の周期で少くとも１回以上
   移動させてそれぞれの環状プラズマ発生領域において見
   られる成膜膜厚を合成して成膜をすることを特徴とする
   スパッタリングによる成膜方法。
2. （２）上記環状のプラズマ発生領域を上記所定の周期で
   少くとも１回以上移動させる際に、環状のプラズマ発生
   領域が小のときに比較して大なるとき、この犬の環状の
   プラズマ発生領域を発生させる時間を小の環状のプラズ
   マ発生領域を発生させる時間より長くすることを特徴と
   する第１項記載のスパッタリングによる成膜方法。
3. （３）　　少くとも三つの磁極ヲ肩し、且少くとも２つ
   の磁界発生手段ヲ崩し、この磁界発生手段のうち少くと
   も１つは電磁石を備えたプレーナマグネトロンスパッタ
   電極を設け、上記電磁石に所定の周期でもって電流を印
   加する手段を設け、該手段と上記磁界発生手段とによっ
   てプラズマ発生領域を所定の周期で少くとも１回以上移
   動させて夫々のプラズマ発生領域において得られろ成膜
   膜厚を合成して成膜するように構成したことを特徴とす
   るスパッタリングによる成膜装置。
4. （４）　　上記磁界発生手段に飢え付けられた少くとも
   １つの電磁石を他の磁界発生手段の外側に配置したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載のスパッタリン
   グによる成膜装置。
5. （５）　　上記手段は、振巾が犬なるときの時間を、振
   巾が小なるときの時間Ｌシ長くした矩形波電流を印加す
   るように構成したこと全特徴とする特許請求の範囲第３
   項１ｍは第４項記載のスパッタリングによる成膜装置Ｗ
   ０
6. （６）　　上記磁界発生手段は、少くとも２つ以上の電
   磁石を同心状に配置して構成したことを特徴とする特許
   ｉ請求の範囲第５項記載のスノくツタリングによろ成膜
   装置。