JPS60197874A - マグネトロンスパツタ装置 - 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】 本発明はマグネトロンスパッタ装置に関する。

スパッタリングは、他のＰＶＤ法、たとえば真空蒸着に
比べて得られる膜の特性において優れているが、基板の
温度上昇が大きい点、膜の形成速度が遅い点などが大き
な問題となっていた。しがし、これらの問題は、電場と
磁場とを直交させるマグネトロンスパッタ法により、著
しく軽減されるに至った。特に、ターゲット電極の裏面
に１対の磁極を互いに離間して配設し、ターゲット表面
上に閉じた磁界を発生させてプラズマを閉じこめるよう
にした。いわゆる高速マグネトロンスパッタ装置は、大
きな成膜速度が得られ、しかも基板への電子の流入を抑
えることが可能であることから大きく注目されるように
至っている。（昭和５８月１２月１０日、オーム社発行
、薄膜ハンドブックＰ１８６〜Ｐ１９０等参照） しかしながら、高速マグネトロンスパッタではターゲッ
トが大きな速度でエツチングされるため、短時間のうち
にターゲラ！・の浸食が顕著になる。

浸食（エロージョン）が現われるとスパッタ電圧が低下
し、そのため、所期の成膜速度を得るためには、スパッ
タ電圧の低下に応じてスパッタ電流を増加しなければな
らない。この操作が煩雑であるばかりか、このように電
力を一定にしても成膜速度は一定の値とならず、再現性
にも問題があった。さらに、高速マグネトロンスパッタ
では、不均一磁界を用いプラズマを局部的に集束するた
めに、ターゲット・のプラズマ集束部だけが局部的に浸
食され、ターゲットの不均一浸食が生じてしまうという
問題もあった。

本発明は、このような観点からなされたものであり、タ
ーゲットの浸食に由来する種々の問題を解決することの
できるスパッタ装置を提供することを目的とする。

本発明は、また、高速マグネトロンスパッタに伴なうタ
ーゲットの不均一浸食を緩和することのできるスパッタ
装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のスパッタ装置は、陰極のターゲツト
面の反対面側にＮ極およびＳ極が互いに離間して配設さ
れ、Ｎ極から発してターゲツト面を通過してＳ極に入る
磁力線とターゲツト面とによる閉ループがターゲツト面
上に形成されるようになっているスパッタ装置において
、前記Ｎ極およびＳ極とターゲツト面との距離を調節自
在にしたことを特徴とする。

以下、添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は本発明のマグネトロンスノ（ツタ装置の電極構
造の実施例を示す断面図であり、この実施例では円板型
のプレーナータイプにつし１て示している。マグネトロ
ンスパッタ電極１１のターゲツト材１３の裏面には磁石
アッセンブリ１５が配設されている。磁石アッセンブリ
１５は互し４に離間してターゲツト材１３の裏面に近接
して配設されたＮ極およびＳ極を有する。磁力線がＮ極
から発し、ターゲツト材１３を裏面から表面に向けて通
り抜け、再びターゲラＩ・材１３を表面から裏面番二通
り抜けてＳ極に至り、第２図に模式的に示したような閉
ループがターゲツト材１３に生じるように、永久磁石１
７．１９が配設される。マグネトロンスパッタ電極１１
には冷却水供給管（図示せず）から冷却水２１を供給、
循環するようになっている。

本発明の最大の特徴は、Ｎ極およびＳ極とターゲツト面
と距離が調節自在になっている点にある。

この実施例では、磁石アッセンブリ１５に駆動軸１６が
取付けられており、この駆動軸１６をモータなどの駆動
部材２３により上下番；動かすことにより、永久磁石１
７，１９のＮ極およびＳ極をターゲツト材１３に遠ざけ
たり、近づけたりすることができる。

また、駆動軸１６の動きを肉視あるいは差動変圧器など
で監視するようにすれば浸食深さ、即ちターゲットの残
存厚が判る。

以上の説明では磁極をターゲツト面に対して動かして両
者の距離を調整する場合について示したが磁極に対して
ターゲットを動かすこともできる。

また、電極構造も円板型のプレーナータイプに限定され
るものではない。

第３図は浸食が起った場合のエロージョン（浸食）深さ
と磁束密度との関係を示すグラフである。

エロージョンが進むにつれて、その部分のターゲラ１〜
表面の磁束白変が増加しているのが判る。磁束密度は放
電強度を支配する因子であるため、二ローションが進む
につれて放電条件が変化し、そのため第４図に示すよう
にターゲットを使用するにつれて、スパッタ電圧（ター
ゲット電圧）が低下する。そこで、成膜速度を一定にす
るために、従来は、第４図に示すようにスパッタ電流を
増加してスパッタリングを行なっていた。しかし、単に
スパッタ電力が一定になるようにしても成膜速度は一定
値にならず、経験的にスパッタ電力を徐々に増加させる
必要があり、安定性や再現性あるいは操作性の点で問題
が多かった。

これに対して本発明のスパッタ電極によれば、磁極とタ
ーゲツト材との距離を調整自在とすることにより、ター
ゲットのスパッタ面の磁束密度を所定値に維持すること
ができる。よって、スパッタ電圧とスパッタ電流との関
係を一定に保ってスパッタすることができ、電力を制御
するだけで。

スパッタ速度を一定に再現性よく制御できる。

また、スパッタ電圧をスパッタ電流とは無関係に一定に
制御できるので、スパッタされた粒子のエネルギーおよ
びプラズマ強度を一定に保つことができ、再現性よく反
応スパッタを行なうことができる。従来のスパッタ装置
では電圧が徐々に低下するため、再現性を得るために反
応ガスの導入量を経時的に変化させる必要がある場合も
多かった。さらに、ターゲット電圧が一定であることか
らスパッタ率も一定であり、合金をスパッタする際にも
得られる合金膜にターゲットの使用につれての経時変化
がなく、再現性にも問題がない。

また、磁極とスパッタ面との距離の調整量から逆にター
ゲットの浸食深さが判るので、適正な時期にターゲット
の取替作業を行なうことができる。

第５図は、第１図に示した磁石アッセンブリの磁極上部
各位Ｍ（距離ｈ）での磁束密度分布を示したものである
。この図からも判るように、磁極とターゲツト面との距
離（図中ｈ）が１５ｍｎの場合に良好な磁束密度分布が
得られている場合に、距離が短かくなると分布曲線が尖
ってくる。高速マグネトロンスパッタでは使用につれて
エロージミンによりターゲットがほられ、その分だけ磁
極とスパッタ面との距離が短くなる。そのためターゲッ
トの使用につれて磁束密度分布が設定値からずれ。

不均一浸食が一層助長されることになる。

本発明のスパッタ電極では、磁極とスパッタ面との距離
が調整自在であるので、所定の磁束密度分布を維持する
こ、とができる。

さらに、以上の諸効果により１本発明によれば厚いター
ゲットの使用ができ、ターゲットの取替作業が少なくて
すみ、作業によるスパッタ室の汚染防止や作業時間の短
縮が可能である。

磁極とターゲットとの距離の調整は、ターゲット電圧、
付着速度などの種々の量をモニタすることによりできる
が、ターゲット電圧による制御が容易である。

第６図は本発明のスパッタ装置を用いてスパッタリング
を行なう方法について示すチャート図である。スパッタ
電圧を電圧検知手段３１で検知し、これが設定電圧範囲
となるように制御手段３３からモータなどの作動部材３
５に制御信号を送り、ターゲツト材３７の裏面に配設さ
れた磁石アッセンブリ３９を動かして、Ｎ極およびＳ極
とターゲツト面との距離を調整する。４１は真空室、４
３は排気系、４７は基板ホルダー（陽極）を表わす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネトロンスパッタ装置で用いられ
るマグネ１〜ロンスパツタ電極の実施例を示す断面図、
第２図は電極上に形成される磁場について示す模式図、
第３図は二ローション深さと磁束密度との関係を示すグ
ラブ、第４図はターゲットの使用率とスパッタ電圧およ
びスパッタ電流との関係を示すグラフ、第５図は第１図
に示した磁石アッセンブリの磁極上部各位置での磁束密
度分布を示すグラフ、第６図は本発明のスパッタ装置を
用いたスパッタリング方法を説明するチャート図である
。 図中、１１はマグネトロンスパッタ電極、１３はターゲ
ツト材、１５は磁石アッセンブリ、１６は駆動軸、１７
．１９は永久磁石、２３は駆動部材、３１は電圧検知手
段、３３は制御手段、３９は磁石アッセンブリである。 沁ｌ閉 焔３凶 エロージ、ンｆｆ＋’　（ｍ而 箔２謹 弔６（２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 陰極のターゲツト面の反対面側にＮ極およびＳ極が互い
   に離間して配設され、Ｎ極から発してターゲツト面を通
   過してＳ極に入る磁力線とタルゲット面とによる閉ルー
   プがターゲツト面上に形成されるようになっているスパ
   ッタ装置において。 前記Ｎ極およびＳ極とターゲラ１〜面との距離を調整自
   在にしたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。