JPH04128372A - スパッタリング方法および装置 - 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】 及！上玖■飛分互 本発明は、スパッタリング方法および装置に関し、詳し
くは、いわゆるマグネトロンスパッタにおけるターゲッ
トの有効利用に関する。

盗】ツ１１４ スパッタリングは、他のＰＶＤ法、例えば真空蒸着に比
べ得られる膜の特性などの点で優れているが、薄膜が形
成される基板の温度上昇が大きい点、膜の形成速度が遅
い点が大きな問題となっていた。

これらの問題は、電場と磁場とを直交させるマグネトロ
ン型放電により解決されるに至った。

この方式を利用した高速マグネトロンスパッタリング装
置は、例えば陰極のターゲットの裏面にＮ極およびＳ極
の一対の磁極を互いに離間して配設し、ターゲット表面
に発生する磁界とターゲット表面とで交差したトンネル
状路を作り、この中に電子を閉じ込めるようにしたもの
である。

第８図は、このようなマグネトロン法におけるスパッタ
電極の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。陰極を
形成するターゲット３１の裏面に、磁界発生装置が設け
られている。磁界発生装置はＳ極をターゲット３１面に
向けるＳ磁石２３、と、このＳ磁石２３ｓをＪＩＩＩＳ
Ｉｆｆシて囲包しＮ極をターゲット３１面に向けるＮ磁
石２３Ｎとを有する。

Ｎ極からの磁力線３３は、ターゲット３１面を通過した
のち再びターゲット３１面を経てＳ極に入る。

このとき磁力線３３とターゲット３１面とにより閉ルー
プが形成され、この閉ループがリング状に連なりトンネ
ル状路（閉空間）が形成されて、この中に電子が閉じ込
められる。

閉じ込められた電子は、電界と磁界の方向に規制されて
、ターゲット３１面上のトンネル状路内を運動し、この
電子がＡｒガス等の雰囲気ガスと衝突して電離し多くの
イオンを生じる。

このような原理により低温高速スパッタが可能な反面、
電子が移動するターゲットの特定部分のみがスパッタさ
れるという不拘−二〇−ジョンの問題がある。マグネト
ロンスパッタでは、トンネル状路内が均一にスパッタさ
れるという訳ではなく、磁界と電界との向きが直交する
部分が集中的にスパッタされる。第２図には断面図とし
て、この部分（侵刻部３１ａ）が示されているが、集中
的にスパッタされる部分がターゲット３１の極く一部で
あることが判る。このような不拘−二ロージョンが起こ
り、侵刻部３１ａがターゲット３１の厚さ方向を貫通し
てしまうと、もはやスパッタリングは続行できなくなり
、ターゲット３１の有効利用が図れなくなる。ターゲッ
トは高価なものが多く、このことは工業上重要な問題で
ある。また、ターゲットの取替えのための作業時間や、
その後の雰囲気調整あるいはクリーン化（除塵）の問題
も生じ、生産性を著しく損ねてしまう。

このような不拘−二ロージョンの対策として、ターゲッ
トの裏面に、ターゲットよりも小さい面積をカバーする
磁気装置を設け、これをターゲットに対して偏心させて
回転し、磁界によるトンネル状路の形成位置を時間的に
変化させる方式も知られている。しかし、この方式では
、ある瞬時にスパッタしているのはその時に磁気装置で
カバーされているターゲットの一部の地域のみであり、
そのため付着速度が低下し、また、このような磁気装置
の移動機構は複雑となる。

が　　しようとする 本発明は、マグネトロンスパッタリングにおいて、ター
ゲットの不拘−二ロージョンによる弊害を防止し、ター
ゲットの有効利用を可能とするものである。

見尻立豊處 本発明のスパッタリング方法は、 スパッタ電極に固定されたターゲット裏面に。

Ｎ極およびＳ極の一対の磁極を互いに離間して配設し、
ターゲット表面に発生する磁界とターゲット面とで規定
されるトンネル状路をターゲット面上に形成し、このト
ンネル状路内に電子を閉じ込めるようにしてターゲット
をスパッタするスパッタリング方法において、 ターゲット表面が選択的にスパッタされ侵刻部が形成さ
れたターゲットを、このターゲット上の選択的侵刻部と
異なる位置にトンネル状路を形成すべく磁極を配置した
スパッタ電極に固定し、スパッタすることを特徴とする
。

これは、例えば、ターゲットを所定時間マグネトロンス
パッタしたのち一旦スパッタを停止し、ターゲットに形
成されるトンネル状路の位置を変更したのち二再度スパ
ッタを行なうことにより実現できる。

また、本発明のスパッタリング装置は、ターゲット裏面
にＮ極およびＳ極の一対の磁極を互いに離間して配設し
、ターゲット表面に、発生する磁界とターゲット面とで
規定されるトンネル状路をターゲット面上に形成し、こ
のトンネル状路内に電子を閉じ込めるようにしてターゲ
ットをスパッタするスパッタ電極を有するスパッタリン
グ装置において。

互いにターゲットを交換可能なスパッタ電極を少なくと
も２個以上有し、これらスパッタ電極においては、ター
ゲット面上に形成されるトンネル状路の位置が異なるべ
く、異なる配置パターンで磁極が配設されていることを
特徴とする。

スー１−匠 第１〜４図は、角形のスパッタリング電極の断面図を示
す、これらにおいては、スパッタリング装置のチャンバ
ー（真空槽）１１に対して、スパッタ電極１５が絶縁材
１３を介して固定されており、スパッタ電極１５のバッ
クプレート１７にはターゲット３１が固定されている。

第１図に示すようにターゲット３１の裏面には、ターゲ
ット３１にＮ極を向けるＮ磁石２３．、　Ｓ極を向ける
Ｓ磁石２３８およびヨーク２１からなる磁界発生装置が
配置されており、Ｎ磁石２３．から出てターゲット３１
を横切り、再びターゲット３１を抜けてＳ磁石２３８に
入る磁力線３３（第８図参照）とターゲット３１により
、ターゲット３１上にトンネル状路が形成される。

第１図に示す位置関係で磁石２３．、２３．が配置され
たスパッタ電極１５を用い、表面が平らな板状のターゲ
ット３１をスパッタしていくと、スパッタ電極１５に印
加される電界とターゲット３１上の磁界の向きが直交す
る部分で、ターゲット３１が集中的にスパッタされ、タ
ーゲット３１に侵刻部が形成される。スパッタを続行す
ると、第２図に示すように侵刻部３１ａはしだいに深く
なり、やがてはターゲット３１を厚さ方向にほぼ貫通す
るに至る深さに達する。

そこで従来は、この時点でスパッタリングを停止し、タ
ーゲット３１をバックプレート１７ごとスパッタ電極１
５から外し、表面が平らな新たなターゲットが固定され
たバックプレートをスパッタ電極１５に固定しく第１図
の状態となる）、スパッタリングを再開していた。取り
外したバックプレート１７上のターゲット３１は、剥し
て廃棄あるいは再生利用していた。

しかしこの方法では、ターゲット面積の極く一部しかス
パッタリングに利用していないことになり、経済的に不
利な方法である。

そこで本発明では、第２図の如く一部が集中的に深くス
パッタされたターゲット３１を、第３図に示したように
、第１図および第２図とは異なる磁石２３Ｎ’　ｔ　２
３ｇ’の配置パターンを有するスパッタ電極１５に固定
する。第３図に示したスパッタ電極１５では、Ｎ磁石２
３Ｎ′が中心に寄ってお九Ｊ、ターゲット３１の侵刻部
３１ａとは異なる位置に、トンネル状路が形成される。

第３図の状態でスパッタを再開すると、第４図に示すよ
うに侵刻部３１ａより中心側が集中的にスパッタされて
侵刻部３１ｂを形成し、侵刻部３１ａは殆どスパッタさ
れない、よって、新たな侵刻部３１ｂの深さが、ターゲ
ット３１の厚さ方向を貫通するに至る直前までスパッタ
を続行し、ターゲット３１を有効に利用できる。上記操
作をさらに繰り返し、ターゲット３１のより広い面積を
スパッタすることもできる。

上記のように、部分的に侵刻されたターゲット３１を、
異なる磁石配置パターンのスパッタ電極で再スパツタす
る方法としては、以下の２つが代表的である３ ■　同一のスパッタ電極を用い、その磁界発生装置の磁
石の配置パターンを変更する。

■　異なる磁石の配置パターンを有する他のスパッタ電
極に、ターゲットを固定し直してスパッタする。

上記■の場合は、同一のスパッタ電極および装置を用い
て本発明を実施できる。第１図に示したスパッタ電極１
５であれば、ターゲット３１を固定したままバックプレ
ート１７を外し、異なった磁石２３Ｎ、　２３Ｓの配置
パターンを有する磁界発生装置と交換し、再びバックプ
レート１７を固定し、スパッタを再開する。この場合に
、第１図に示したスパッタ電極１５ではチャンバー１１
内を大気に開放して作業する必要があるが、スパッタ電
極の構造を工夫することにより、チャンバー１１内を大
気に開放することなく、磁石２３Ｎ。

２３、の配置の変更（磁界発生装置の交換）をすること
も可能である。なお、磁石配置の変更によりスパッタ速
度が変化する場合があっても、スパッタ時間、スパッタ
電力等のスパッタ条件の調整で対応することができる。

上記■の場合は、バックプレート１７ごとターゲット３
１を移し替えるだけですむので、作業性が良好である。

この場合は、２台以上のスパッタ装置を稼動している場
合は、それぞれのスパッタ装置間でターゲットを交換可
能とし、かつ、磁石配置を変更しておくことにより、１
つのターゲットを順次それぞれの装置でスパッタして、
ターゲットを有効に利用できる。また、バッチ型スパッ
タリング装置にしろ、あるいはインラインタイプ等の連
続型スパッタリング装置にしろ、１つの装置内に複数の
スパッタ電極を有する場合は、同一装置内でターゲット
を交換することもできる。これらの場合、交換されるタ
ーゲットの素材は同一でも異なってもよい。

第５図および第６図は、ＳｎＯ，を５ｗｔ％含むＩＴＯ
ターゲット（５インチＸ２０インチ、厚さ１７４インチ
の角型）を用い、スパッタした場合に生じる侵刻部の中
心からの位置と深さとを示すグラフである。第５図に示
すように、第１段のスパッタリングにおいては、中心か
ら３０〜３５鳳−の部分が集中的にスパッタされて侵刻
部３１ａを形成した。このターゲットについて、より中
心側に磁石が配置されたスパッタ電極に固定し直しく第
１図と第３図のスパッタ電極１５の磁石配置を参照）、
再度スパッタしたにの第２段のスパッタリングでは、第
６図に示すように、中心から１５〜２０ｍｍの距離が主
としてスパッタされて侵刻部３１ｂを形成し、第１段の
スパッタリングにおける侵刻部３１ａの最深部近傍は殆
どスパッタされなかった。

第７図は、本発明で用いられるスパッタリング装置の一
例を示す上面図である。チャンバー１１には、スパッタ
雰囲気ガス導入系４９および排気系４７が設けられてお
り、スパッタ雰囲気が調整される。チャンバー１１内に
は１回転軸４３を中心として回転する立型多面体の基板
ホルダ４１が設けられており、この外側に設けられた２
つのスパッタ電極１５．１５から、ターゲット３１，３
ｉが基板４５にスパッタされる。２つのスパッタ電極１
５゜１５は同一形状のターゲットを固定でき、かつ。

内部の磁石配置は、第１図および第３図に示したように
異なる。よって、所定時間スパッタ後に、２つのスパッ
タ電極１５．１５間でターゲット３１．３１を交換する
ことにより、ターゲットを有効に利用できる。なお、２
つのターゲット３１゜３１は同一の物質でもよく、Ｓ　
ｉ　Ｏ，とＩＴＯのように異なる物質でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は、ターゲットとスパッタ電極との関係を示
す断面図である。 第５．６図は、ターゲットの消耗のされ方を示すグラフ
である。 第７図は、本発明で用いられる装置の実施例を示す上面
図である。 第８図は、スパッタ電極におけるターゲットと磁石との
関係を示す説明図である。 １１・・・チャンバー　　　１３・・・絶縁材１５・・
・スパッタ電極　　１７・・・バックプレート２１・・
・ヨーク　　　　　２３Ｎ・・・Ｎ磁石２３ｓ・・・Ｓ
磁石　　　　３１・・・ターゲット３１ａ、３１ｂ・・
・侵刻部　　３３・・・磁力線４１・・・基板ホルダ　
　　４３・・・回転軸４５・・・基板 ４７・・・排気系 ４９・・・スパッタガス導入系 ５１・・・スパッタ電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．スパッタ電極に固定されたターゲット裏面に、Ｎ極
   およびＳ極の一対の磁極を互いに離間して配設し、ター
   ゲット表面に発生する磁界とターゲット面とで規定され
   るトンネル状路をターゲット面上に形成し、このトンネ
   ル状路内に電子を閉じ込めるようにしてターゲットをス
   パッタするスパッタリング方法において、 ターゲット表面が選択的にスパッタされ侵 刻部が形成されたターゲットを、このターゲット上の選
   択的侵刻部と異なる位置にトンネル状路を形成すべく磁
   極を配置したスパッタ電極に固定し、スパッタすること
   を特徴とするスパッタリング方法。
2. ２．スパッタ電極に固定されたターゲット裏面に、Ｎ極
   およびＳ極の一対の磁極を互いに離間して配設し、ター
   ゲット表面に発生する磁界とターゲット面とで規定され
   るトンネル状路をターゲット面上に形成し、このトンネ
   ル状路内に電子を閉じ込めるようにしてターゲットをス
   パッタするスパッタリング方法において、 ターゲットを所定時間スパッタしたのち一 旦スパッタを停止し、ターゲット面上に形成されるトン
   ネル状路の位置を変更したのち、再度スパッタを行なう
   ことを特徴とするスパッタリング方法。
3. ３．スパッタ電極内の磁極の配置パターンを変えること
   により、ターゲット面上に形成されるトンネル状路の位
   置を変更する請求項２記載のスパッタリング方法。
4. ４．ターゲットをスパッタ電極から取り外し、異なる配
   置パターンで磁極が配設された他のスパッタ電極にター
   ゲットを固定することにより、ターゲット面上に形成さ
   れるトンネル状路の位置を変更する請求項２記載のスパ
   ッタリング方法。
5. ５．ターゲット裏面にＮ極およびＳ極の一対の磁極を互
   いに離間して配設し、ターゲット表面に発生する磁界と
   ターゲット面とで規定されるトンネル状路をターゲット
   面上に形成し、このトンネル状路内に電子を閉じ込める
   ようにしてターゲットをスパッタするスパッタ電極を有
   するスパッタリング装置において、 互いにターゲットを交換可能なスパッタ電 極を少なくとも２個以上有し、これらスパッタ電極にお
   いては、ターゲット面上に形成されるトンネル状路の位
   置が異なるべく、異なる配置パターンで磁極が配設され
   ていることを特徴とするスパッタリング装置。