JPH024965A - スパッタリングターゲットおよびそれを用いたマグネトロンスパッタ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スパッタリングターゲットに関し、特に、マ
クネトロンスパッタ方式に用いられるスパッタリングタ
ーゲットに適用して効果のある技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、荷電粒子などの衝撃によってタープ７）の表
面から外部に放出されるスパッタ粒子を目的の対象物に
被着させることにより、ターゲットと同一の物質からな
る薄膜を対象物の表面に形成するスパッタリング方式の
一種として、次のようなマグネトロンスパッタ方式が知
られている。

すなわち、ターゲットと目的の物体との間に形成される
電界と、この電界に直交するようにターゲットの表面に
形成される磁界とを併用し、グロー放電などによって形
成されるプラズマをターゲット近傍の局所的空間に閉じ
込め、このプラズマ中の高エネルギの電子などによって
雰囲気中の気体粒子を励起してターゲットを衝撃するこ
とによりスパッタリングを進行させるようにしたもので
ある。

ところで、このようなマグネトロンスパッタ方式におい
ては、ターゲットの近傍に局所的に形成されるプラズマ
によってスパッタリングが進行するため、このプラズマ
に近いターゲットの特定の領域が集中的に浸食を受け、
ターゲットの寿命が短くなるとともに、ターゲット表面
の形状の偏った変化などに起因してスパッタリングによ
って対象物に形成される薄膜の膜厚分布や成長速度など
にばらつきを生じるという問題がある。

このため、たとえば、特開昭６０−１９４０７２号公報
に記載されているように、ターゲットの表面近傍に形成
される磁場の分布状態を電磁石によって可変にしてプラ
ズマの分布状態が変化するようにしたものや、特開昭６
０−１９７８７４号公報に記載されているように、平板
状のターゲットの背後側に設けられターゲット表面に磁
場を形成する永久磁石を、ターゲットの表面に垂直な方
向に可動にしてターゲット近傍に形成されるプラズマの
分布を経時的に変化させるようにしたものなどが知られ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前者の従来技術においては、プラズマの局所
的な集中が防止されるのでターゲットの寿命が延びると
いう効果はあるが、経時的に比較的太き（変化する磁場
によって目的の物体に形成される薄膜の膜厚分布にばら
つきを生じるおそれがある。

さらに、後者の従来技術では、ターゲットの平面方向に
おける磁石の相互の位置関係は変化しないため、プラズ
マの分布領域の幅は変化させることができるものの、そ
の中心位置は変化せず、したがってターゲットにおいて
集中的に浸食を受ける領域の中心は変化せず局所的な浸
食の緩和による寿命延長の効果は比較的小さいものであ
る。

このような、ターゲットの寿命低下は、ターゲットを構
成する物質の薄膜形成に対する利用効率を低下させて原
価上昇をもたらすとともに、スパッタリングによる薄膜
の安定な形成を阻害し、さらには装置の稼働率の低下を
招くなど実用上重要な問題となる。

そこで、本発明の目的は、長寿命でスパッタリング ングによる薄膜形成を安定に行うことが可能なスパッタ
リングターゲットを提供することにある。

本発明の他の目的は、薄膜形成における生産性を向上さ
せることが可能なマグネトロンスパッタ装置を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、ターゲット材と、このターゲット材の近傍に
磁場を形成する複数の磁場形成手段とからなるスパッタ
リングターゲットであって、ターゲット材が曲面をなす
ようにしたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば、従来のようにターゲ
ットの表面が平坦な場合に比較して、ターゲットの表面
に形成される磁場によって捕捉されるプラズマに臨むタ
ーゲット材の表面積が大きくなり、プラズマによるター
ゲットの局所的な浸食を緩和して寿命を延長させること
ができるとともに、局所的な浸食などによるターゲット
の表面形状の偏った変化などに起因して、対象物に被着
される薄膜の膜厚や成長速度にばらつきを生じることが
防止され、スパッタリングによる薄膜形成を安定に行う
ことができる。

また、請求項１記載のスパッタリングターゲットをマグ
ネトロンスパッタ装置に用いることにより、ターゲット
の交換や保守管理の頻度が減少し、薄膜形成における生
産性を向上させることができる。

〔実施例１〕 第１図は、本発明の一実施例であるスパッタリングター
ゲットの一例を示す側面図であり、第２図はそのターゲ
ット材を取り出して示す斜視図である。

また、第３図は、本実施例のスパッタリングターゲット
を装着したマグネトロンスパッタ装置の構成の一例を示
す説明図である。

まず、第３図に示されるように、本実施例のマグネトロ
ンスパッタ装置において密閉された処理室１の内部には
、たとえば所定の物質からなる薄膜を形成すべき基板２
が載置される試料台３と、この試料台３に対向するスパ
ッタリングターゲット４とが設けられている。

この場合、第１図および第２図に示されるように、スパ
ッタリングターゲット４は、試料台３に対して凸の半円
筒面からなる曲面をなすターゲット材５と、このターゲ
ット材５の背面側に密着する支持部材６とで構成されて
いる。

支持部材６の内部には冷却水７が流通する冷却水流路８
が形成されており、スパッタリング中におけるターゲッ
ト材５の過熱が防止されている。

さらに、支持部材６の背面側には、当該支持部材６の中
央部に臨む位置にＳ極を表側のターゲット材５の方向に
向けて固定された永久磁石９（磁場形成手段）と、当該
支持部材６の両端部近傍、すなわちターゲット材５の両
端部近傍に設けられ、Ｎ極を表側のターゲット材５に向
けた永久磁石１０　（磁場形成手段）とが設けられてお
り、ターゲット材５０表面側には、永久磁石１０から永
久磁石９に至る方向に磁束１１が形成されるように構成
されている。

この場合、ターゲット材５０両端部側に設けられた永久
磁石１０は、ターゲット材５を含む円筒面の中心に設け
られた回動軸１２を介して駆動される回動アーム１３に
固定されており、半円筒状のターゲット材５の背面に沿
って中央部の永久磁石９に接近・離間する方向に往復動
されるように構成されている。

そして、随時、永久磁石１０の永久磁石９に対する変位
を行わせることにより、ターゲット材５０表面側に形成
される磁束１１０分布状態を経時的に変化させるもので
ある。

また、このように構成されたスパッタリングターゲット
４と基板２が載置される試料台３との間には、直流電源
１４から所定の電力が印加される構造とされている。

さらに、スパッタリングターゲット４および試、斜台３
などが収容される処理室１には、真空配管１５および複
数の弁１６などを介してクライオポンプ１７．ロータリ
ーポンプ１８などが直列に接続されており、随時、処理
室１の内部が所望の真空度に排気可能にされている。

さらに、処理室１には、たとえば所望の量のアルゴンガ
ス１９を随時供給するガス供給管２０が接続されている
。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、処理室１の内部を所定の真空度に排気するととも
に、ガス供給管２０を介して所定の流量でアルゴンガス
１９を流入させることにより、処理室１の内部を所定の
圧のアルゴンガス雰囲気とする。

さらに、スパッタリングターゲット４において、外部か
ら回動アーム１３を駆動し、この回動アーム１３に固定
された複数の永久磁石１０を中央部に固定された永久磁
石９に対する距離が変化するように変位させるとともに
、直流電源１４からスパッタリングターゲット４と試料
台３との間に所定の直流電力を印加してスパッタリング
ターゲット４と試料台３との間にクロー放電を行わせて
プラズマＰを形成する。

この時、スパッタリングターゲット４の背面側に設けら
れた複数の永久磁石９および１０によってターゲット材
５の表面に経時的に変化しながら形成される磁束１１に
よってプラズマＰは第１図に示されるようにターゲット
材５の表面と磁束１１とによって取り囲まれる領域に閉
じ込められた状態となる。

そして、プラズマ中の高エネルギの電子などによって励
起されたアルゴンガスイオンがターゲット材５の表面に
衝突することによってターゲット材５を構成する物質の
粒子が外部に弾き出されて試料台３に載置された基板２
に到達するスパッタリング作用によって、基板２０表面
にはターゲット材５と同一の物質からなる図示しない薄
膜が堆積する。

ここで、本実施例の場合には、ターゲット材５が半円筒
状の曲面を呈しているため、磁束１１がタープ７）材５
の表面の比較的広い範囲に分布することとなり、この磁
束１１によってターゲット材５の表面近傍に捕捉される
プラズマＰに面するターゲット材５の実質的な面積が大
きくなるとともに、永久磁石１０の永久磁石９に対する
経時的な変位によって、タープ７）材５の表面側に形成
される磁束１１が常時変化し、この磁束１１に捕捉され
るプラズマＰがターゲット材５の表面を常に移動しなが
らスパッタリングが進行する。

このため、たとえば従来のようにターゲット材を単に平
坦にした場合などに比較して、ターゲット材５のプラズ
マＰの中央部に対応する局所領域が集中的にアルゴンイ
オンなどによって浸食される度合が確実に緩和され、タ
ーゲット材５の寿命が延びる。

また、ターゲット材５を構成する物質の全量のうち基板
２に対する薄膜の形成に利用される量の割合、すなわち
ターゲット材５の利用効率を向上させることができる。

さらに、基板２に対する薄膜の堆積速度や膜厚などがタ
ーゲット材５の局所的な浸食などに起因する形状の変化
などの影響を受けて大きくばらつくことも防止される。

さらに、局所的な浸食に起因してターゲット材５の交換
作業の頻度などが増加することもなく、マグネトロンス
パッタ装置の稼働率を向上させることができる。

表１は、本実施例のようにタープ・ソト材５が半円筒形
の曲面を呈するスパンタリングターゲット４を用いたマ
グネトロンスパッタ装置において、ターゲット材５を構
成する物質および永久磁石９１０を構成する物質を種々
変化させた場合の試行結果を、同一の条件下における従
来の平坦なターゲット材を使用する場合と対照して示す
ものである。

なお、スパッタリング条件として、処理室１の内部にお
けるアルゴンガスの圧および投入電力をそれぞれ１０ｍ
Ｔｏｒｒおよび３ｋｗで一定とし、ターゲット材５の厚
さは５ｍｍとした。

また、直流電源１４は最大容量が５ｋｗのものを用いた
。

試行結果の評価方法としては、スノ（・ツタリンク初期
の薄膜の堆積速度、膜厚分布と、印加電力の累積が２Ｑ
ｋｗｈに到達した時点での薄膜の堆積速度、膜厚分布と
をそれぞれ測定し、初期の値に対する変動量を百分率で
示し、タープｙ）利用効率はターゲット材５の浸食領域
の断面積の変化を測定して求めた。

表１から明らかなように、本実施例の場合には従来のよ
うに平坦なタープ・ソト材を使用する場合に比較して、
薄膜の堆積速度の変動は３〜７％膜厚分布の変動は±３
〜±９％、ターゲ・７）使用効率は最大３１％までそれ
ぞれ確実に向上することが知られる。

〔実施例２〕 第４図は本発明の他の実施例であるスパッタリングター
ゲラ）４ａの側面図であり、第５図は、そのターゲット
材５ａを取り出して示す斜視図である。

本実施例２の場合には、基板２が載置される試料台３に
対して半円筒状のターゲット材５ａの凹面側を対向させ
るようにしたものであり、ターゲット材５ａの背面側に
は、冷却作用を兼ねた支持部材６ａを介して複数の永久
磁石９ａおよび可動状態の永久磁石１０ａが設けられて
いる。

本実施例の場合にも、ターゲット材５ａが曲面をなして
いるとともに、永久磁石１０ａの変位による磁束１１の
分布が経時的に変化するようにしたので前記実施例１の
場合と同様の効果を得ることができる。

〔実施例３〕 第６図は本発明の実施例３であるスパッタリングターゲ
ラ）４ｂの断面図であり、第７図はその外観斜視図であ
る。

本実施例３の場合には、ターゲット材５ｂを半球形状に
構成し、その凸面側を試料台３の側に向けるようにした
ものであり、さらに、その内部側には複数の永久磁石９
ｂおよび永久磁石１０ｂを配置して、ターゲット材５ｂ
の表面側に所定の磁束１１が形成されている。

本実施例の場合にも、ターゲット材５ｂが曲面を呈して
いるので、ターゲット材５ｂの表面における磁束１１の
分布範囲が広がり、ターゲット材５ｂの局部的な浸食が
緩和されて寿命が延びるという効果がある。

〔実施例４〕 第８図は本発明の実施例４であるスパンクリングターゲ
ット４Ｃの断面図であり、第９図はその外観斜視図であ
る。

本実施例４の場合には、半球形状を呈するターゲット材
５Ｃの凹面側を試料台３に対向させるようにしたもので
あり、ターゲット材５Ｃの背面側に設けられた複数の永
久磁石９Ｃおよび永久磁石１０Ｃによって磁束１１が形
成されている。

本実施例４の場合にもターゲット材５Ｃが曲面をなして
いるので、ターゲット材５Ｃの表面における磁束１１の
分布範囲が広がり、ターゲット材５ｂの局部的な浸食が
緩和されて寿命が延びるという効果がある。

〔実施例５〕 第１０図は本発明の実施例５であるスパッタリングター
ゲラ）４ｄの外観斜視図である。

本実施例５の場合には、ターゲット材５ｄが半円筒面の
両端部半球面を接続した曲面を呈するようにしたもので
ある。

本実施例の場合にも、ターゲット材５ｄが曲面を呈して
いるので、ターゲット材５ｄの表面における磁束１１の
分布範囲をより広くすることができ、ターゲット材５ｄ
の局所的な浸食を緩和して寿命を延長することができる
。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、ターゲット材の磁界を形成する磁場形成手段
としては、永久磁石に限らず、電磁石などであってもよ
い。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、ターゲット材と、このターゲット材の近傍に
磁場を形成する複数の磁場形成手段とからなるスパッタ
リングターゲットであって、前記ターゲット材が曲面を
なしているので、たとえば、従来のようにターゲットの
表面が平坦な場合に比較して、ターゲットの表面に形成
される磁場によって捕捉されるプラズマに臨むターゲッ
ト材の表面積が大きくなり、プラズマによるターゲット
の局所的な浸食を緩和して寿命を延長させることができ
るとともに、局所的な浸食などによるターゲットの表面
形状の偏った変化などに起因して、対象物に被着される
薄膜の膜厚や成長速度にばらっきを生じることが防止さ
れ、スパッタリングによる薄膜形成を安定に行うことが
できる。

また、請求項１記載のスパッタリングターゲットをマグ
ネトロンスパッタ装置に用いることにより、ターゲット
の交換や保守管理作業の頻度が減少し、薄膜形成におけ
る生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるスパッタリングターゲ
ットの一例を示す側面図、 第２図はそのターゲット材を取り出して示す斜視図、 第３図は本実施例のスパッタリングターゲットを装着し
たマグネトロンスパッタ装置の構成の一例を示す説明図
、 第４図は本発明の実施例２であるスパッタリングターゲ
ットの側面図、 第５図はそのターゲット材の外観斜視図、第６図は本発
明の実施例３であるスパッタリングターゲットの断面図
、 第７図はそのターゲット材の外観斜視図、第８図は本発
明の実施例４であるスパッタリングターゲットの断面図
、 第９図はそのターゲット材の外観斜視図、第１０図は本
発明の実施例５であるスパッタリングターゲットの外観
斜視図である。 １・・・処理室、２・・・基板、３・・・試料台、４．
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　・・・スパッタリングターゲ
ット、５．５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ・・・ターゲット材
、６，６ａ・・・支持部材、７・・・冷却水、８・・・
冷却水流路、９．９ａ。 ９ｂ、９ｃ、１０．１０ａ、１０ｂ、　　１０ｃ・−・
永久磁石（磁場形成手段）、１１・・・磁束、１２・・
・回動軸、１３・・・回動アーム、１４・・・直流電源
、１５・・・真空配管、１６・・・弁、１７・・・クラ
イオポンプ、１８・・・ロータリーポンプ、１９・・・
アルゴンガス、２０・・・ガス供給管、Ｐ・・・プラズ
マ。 代　理　人　弁理士　　筒　井　大　和■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ターゲット材と、このターゲット材の近傍に磁場を
   形成する複数の磁場形成手段とからなるスパッタリング
   ターゲットであって、前記ターゲット材が曲面をなして
   いることを特徴とするスパッタリングターゲット。 ２、複数の前記磁場形成手段の一部を前記ターゲットの
   表面に沿う方向に可動にし、前記ターゲット材の近傍に
   形成される前記磁場の状態が経時的に変化するようにし
   たことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングター
   ゲット。 ３、請求項１記載のスパッタリングターゲットを用いた
   マグネトロンスパッタ装置。