JPH0530156U - マグネトロンスパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターゲットの局部的消耗を防止し，基板に生
成すべき薄膜の膜厚の均一化を図ると共に，ターゲット
の使用効率を向上させ得るマグネトロンスパッタ装置を
提供する。 【構成】 真空容器内に基板支持体およびターゲットを
対向して配設し，これらの間に電源を接続して電極を構
成し，ターゲットの背面側に，永久磁石からなりその磁
界をターゲットに向けて作用させる磁界発生装置を設
け，ターゲットの基板支持体との対向面の近傍に電源に
よる基板支持体とターゲット間の電界に対して直交する
磁界を発生するように構成したマグネトロンスパッタ装
置において，磁界発生装置を形成する永久磁石を長辺部
と短辺部とからなる額縁状に形成し，短辺部の高さを長
辺部の高さより小に形成して，平板状に形成したヨーク
上に配設し，この永久磁石に包囲された領域の中央部に
長辺部と平行にセンターヨークを設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は，真空中において基板の表面に薄板を生成するマグネトロンスパッタ 装置に関するものであり，特にターゲットの局部的消耗を防止することにより， ターゲットの使用効率を向上させ得るマグネトロンスパッタ装置に関するもので ある。

【０００２】

【従来の技術】

従来からスパッタ技術は高品質の薄膜を生成できる特長を有するため，電子工 業の分野において広く利用されているが，薄膜の生成速度が遅いという欠点があ り，所望の厚さの薄膜を得るのに長時間を必要とするという生産上の欠点があっ た。このため近年においては，スパッタ装置のターゲットに向かう電界と直交す る磁界をターゲットの表面近傍に発生させ，この磁界の作用によって薄膜生成の 高速化を可能にしたマグネトロンスパッタ装置が普及している。

【０００３】 図８は従来のマグネトロンスパッタ装置の例を示す要部縦断面図である。図８ において，１は真空容器であり，排気系（図示せず）と接続する排気口２を設け てある。真空容器１内には基板支持体３およびターゲット４を相互に対向するよ うに配設し，各々直流若しくは高周波の電源５と接続し，基板支持体３が陽極と なりターゲット４が陰極となるように形成する。基板支持体３上には，ターゲッ ト４と対向する表面に薄膜を形成すべき基板６を載置する。

【０００４】 次に７は磁界発生装置であり，棒状に形成した中心磁石７ａと，この中心磁石 ７ａを間隔を介して包囲する環状磁石７ｂとから形成すると共に，各々異なる磁 極をターゲット４に向けて設ける。８はヨークであり，ターゲット４の反対側に おいて中心磁石７ａおよび環状磁石７ｂと磁気的に接続する。９は磁力線であり ，中心磁石７ａおよび環状磁石７ｂとによって発生し，ターゲット４の表面近傍 において，その表面と平行に延在する部分を有する。一方電源５による基板支持 体３とターゲット４との間の電界の方向はターゲット４の表面と垂直に作用する 。従ってターゲット４の表面近傍には相互に直交する電磁界が得られる。

【０００５】 上記のように電界に対して直交する磁界によって，ターゲット４の表面の近傍 においては，電子が確実に旋回運動させられ，高密度のプラズマが形成されるの である。そしてこのプラズマ中の正イオンが負電位となっているターゲット４に 高エネルギーで激突することにより，そのエネルギーを受けたターゲット物質が 飛び出し，基板６の表面に付着して薄膜を生成するのである。

【０００６】 図９は量産型のマグネトロンスパッタ装置の例を示す要部正面図であり，同一 部分は前記図８と同一の参照符号で示す。なお理解を容易にするために，図８に 示すターゲット４は省略して示してある。図９において環状磁石７ｂは長辺部と 短辺部とからなる額縁状に形成し，その中央部に棒状に形成した中心磁石７ａを 配設する。１０はキャリアであり，基板６を保持して矢印方向に移動自在に形成 する。上記の構成により，キャリア１０を介して基板６を磁界発生装置７に臨ま せて矢印方向に移動させれば，基板６の表面にターゲット（図示せず）を構成す る物質からなる薄膜を生成することができるのである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記図９に示す構成の装置によって，基板６の表面に順次薄膜を生成すること ができるのであるが，従来の装置においては，基板６の表面に生成される薄膜の 厚さが不均一になり易いという問題点がある。すなわちキャリア１０に支持され た基板６の位置によって薄膜の厚さが異なり，上下端に位置する基板６の膜厚が 中央に位置する基板６の膜厚より大であり，かつ膜厚のバラツキも大であるとい う傾向がある。

【０００８】 図９において１１はエロージョンの領域であり，中心磁石７ａと環状磁石７ｂ との中間の領域において特に顕著に現われ，ターゲットの繰り返し使用回数の増 大と共に進展する。

【０００９】 図１０は繰り返し使用後のターゲット４を示す要部縦断面図であり，同一部分 は前記図８と同一の参照符号で示す。図１０において４ａは凹部であり，ターゲ ット４の中心磁石７ａと環状磁石７ｂとの略中間部の表面に，エロージョンすな わち局部的な消耗の結果生ずるものである。すなわちターゲット４の表面近傍に おける空隙磁束密度の水平成分は，水平方向の位置により夫々異なり，中心磁石 ７ａと環状磁石７ｂとの略中間部において最大となり，この部分における磁界が 最大値を示す。この結果上記部分におけるプラズマの発生が他の部分より大とな るため，ターゲット４の消耗が大となるためである。

【００１０】 このように凹部４ａが増大すると，当該部分のターゲット４の厚さが減少し， 遂にはターゲット物質の飛び出しが期待できなくなるため，新規のターゲット４ と交換する必要がある。この場合においても，ターゲット４の他の部分は充分使 用に耐える厚さ寸法を有しており，結局ターゲット４全体としての使用効率が約 ２０％に留まるという問題点がある。

【００１１】 上記問題点を解決するために，中心磁石７ａと環状磁石７ｂとの間におけるタ ーゲット４の厚さを他の部分より大に形成することにより，ターゲット４の使用 効率を向上させようとする提案がなされている（例えば特開昭57−207175号公報 参照）。しかしながら，この提案ではターゲット４の製作が極めて煩雑となるの みでなく，装置毎に異なる厚さ寸法のターゲット４を準備する必要があるため， 管理もまた煩雑であるという問題点がある。なお前記凹部４ａの発生態様は，磁 場や電場の強さ等の作業条件によって変化するため，最適条件を見出すことがむ ずかしいという問題点もある。

【００１２】 またマグネトロンスパッタ装置を構成する真空容器１の外部空間にソレノイド コイルを設けると共に，ターゲット４と基板支持体３間の外周に金属筒を挿入し ，電源５による電界分布を均一に分布させ，ターゲット表面の体積エッチング率 を平滑にするという提案もある（例えば特開昭57−207173号公報参照）。しかし ながら，このような構成にすると装置全体が大型化かつ複雑化するという問題点 があるのみならず，磁界発生装置７については全く従来のものと同様であり，空 隙磁束密度の水平成分の分布もまた同様であるため，ターゲット４に局部的消耗 による凹部４ａが発生する傾向は以前として残存する。

【００１３】 また前記図９においてエロージョンの領域１１は，その位置によって消耗の程 度に差があり，上下端部１１ａにおいて著しい。これは，磁界発生装置７の上下 端部においては，磁束が中心磁石７ａに集中することに起因する。このためキャ リア１０の上下端に支持された基板６の膜厚が大となり，また膜厚のバラツキが 大きく現われるものと考えられる。このように従来のマグネトロンスパッタ装置 においては，基板６の表面に生成する薄膜の厚さが不均一となるのみならず，タ ーゲットの使用効率が低いという問題点がある。

【００１４】 本考案は上記従来技術に存在する問題点を解決し，ターゲットの局部的消耗を 防止し，基板に生成すべき薄膜の膜厚の均一化を図ると共に，ターゲットの使用 効率を向上させ得るマグネトロンスパッタ装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために，本考案においては，真空容器内に基板支持体およ びターゲットを相互に対向して配設すると共に，これらの間に電源を接続して電 極を構成し，前記ターゲットの背面側に，永久磁石からなりその磁界をターゲッ トに向けて作用させる磁界発生装置を設け，ターゲットの基板支持体との対向面 の近傍に前記電源による基板支持体とターゲット間の電界に対して直交する磁界 を発生するように構成したマグネトロンスパッタ装置において，磁界発生装置を 形成する永久磁石を長辺部と短辺部とからなる額縁状に形成すると共に，短辺部 の高さを長辺部の高さより小に形成して，磁性材料により平板状に形成したヨー ク上に配設し，この永久磁石に包囲された領域の中央部に前記長辺部と平行にセ ンターヨークを設ける，という技術的手段を採用した。

【００１６】 本考案において，短辺部の上端に磁性材料からなるポールピースを設ける構成 としてもよい。

【００１７】

【作用】

上記の構成により，磁界発生装置の上下端部と中央部とにおいて，空隙磁束密 度の水平成分の分布を均一にすることができ，基板の支持位置と無関係に膜厚の 均一化が図れるのである。

【００１８】

【実施例】

図１は本考案の実施例における磁界発生装置を示す一部省略要部正面図，図２ は図１におけるＡ方向矢視図，図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図であり，同一部 分は前記図８ないし図１０と同一の参照符号で示す。図１ないし図３において， ７１，７２は各々永久磁石であり，長辺部と短辺部を構成し，全体として額縁状 に形成する。永久磁石７１，７２は各々横断面を矩形状に形成し，高さ方向に着 磁して，ヨーク８上に接着剤によって固着する。なおｈ₁ ，ｈ₂ は永久磁石７１ ，７２の高さ寸法であり，ｈ₁ ＞ｈ₂ に形成する。７３はポールピースであり， 例えば軟鉄のような磁性材料によって形成し，永久磁石７２の端面に固着する。 なおｔはポールピース７３の厚さ寸法であり，ｈ₂ ＋ｔ＝ｈ₁ となるように選定 する。次に７４はセンターヨークであり，例えば軟鉄のような磁性材料により， 横断面形状をＩ字状に形成して，ヨーク８上に例えば小ねじ（図示せず）によっ て固着する。なおセンターヨーク７４の高さ寸法は前記永久磁石７１と同一寸法 に形成する。

【００１９】 上記の構成により，磁束が永久磁石７１，７２とセンターヨーク７４との間に 形成されるから，これらの端面に設けたターゲット（図示せず）から薄膜生成物 質を飛び出させ得るのである。この場合短辺部を構成する永久磁石７２の高さ寸 法ｈ₂ を，長辺部を構成する永久磁石７１の高さ寸法ｈ₁ より小に形成してある から，磁界発生装置７の上下端部近傍における磁束の集中が緩和され，全体とし て均一化された磁束分布となり得る。

【００２０】 図４は上記構成の磁界発生装置の例を示す要部正面図であり，同一部分は前記 図１ないし図３と同一の参照符号にて示す。図４において（ ）内の数字は，磁 界発生装置７の各部の寸法をmm単位で表わした数値であり，Ｃは中心線である。 なお前記図１ないし図３における高さ寸法に対応する数値は，ｈ₁ ＝２４mm，ｈ ₂ ＝１６mm，ｔ＝８mmである。Ｎ，Ｓは各々磁極の極性を示す。またヨーク８， ポールピース７３およびセンターヨーク７４はＳＳ４００によって形成し，永久 磁石７１，７２はフェライト磁石（日立金属製 ＹＢＭ２Ｂ）によって形成した 。なお比較のために，永久磁石７２の高さ寸法ｈ₂ を２４mmに形成し，ポールピ ース７３を欠如する磁界発生装置を製作した。

【００２１】 図５は図４に示す装置の中心からの位置と磁束密度との関係を示す図である。 この場合位置Ｐ₀ ，Ｐ₂ は前記図４に示す位置と対応しており，磁束密度は，図 ４におけるセンターヨーク７４およびポールピース７３の表面（比較例において は永久磁石７２の表面）における長手方向の成分を示している。図５において， 曲線ａ，ｂは各々本考案の実施例および比較例と対応する磁束密度分布である。 図５から明らかなように，比較例と対応する曲線ｂは，位置Ｐ₀ ，Ｐ₂ 間におけ る磁束密度の値が大であると共に_, 最大最小の範囲が大である。これに対して本 考案の実施例と対応する曲線ａにおいては，磁束密度の値が低くなっていると共 に，最大最小の範囲が縮小され，均一化された磁束密度分布となっている。

【００２２】 図６および図７は各々本考案の実施例および比較例における磁束密度分布を立 体的に示す説明図であり，位置Ｐ₀ ，Ｐ₁ 〜Ｐ₃ は夫々前記図４および図５に示 すものと対応している。この場合磁束密度Ｂ_r は，次式で表わされる値である。 なお磁束密度の目盛は各々最大値と最小値との間を８等分し，小数点以下を４捨 ５入して示した。

【００２３】

【数１】

【００２４】 但し，Ｂ_x ：磁界発生装置の長手方向の成分 Ｂ_y ：磁界発生装置の幅方向の成分 Ｂ_z ：磁界発生装置の垂直方向の成分 まず図７に示す比較例のものにおいては，最大値および最小値とも磁束密度の 値が大であると共に，その範囲が大である。また図７からも明らかなように，位 置Ｐ₃ の近傍に最大値が存在し，かつこの部分における磁束密度の分布が急峻で あり，全体として不均一な分布状態を示している。これに対して図６に示す本考 案の実施例においては，前記図６に示すものより最大値および最小値とも磁束密 度の値が小になっていると共に，その範囲も小となっている。また磁束密度の分 布も全体としてなだらかであり，均一化されていることがわかる。

【００２５】 本実施例においては，短辺部を形成する永久磁石７２の端面にポールピース７ ３を固着した例について記述したが，磁界発生装置７に要求される仕様を勘案し てポールピース７３を欠如した構成としてもよい。また永久磁石７１，７２を一 体に形成してもよい。

【００２６】

【考案の効果】

本考案は以上記述のような構成および作用であるから，磁界発生装置の長手方 向の端部近傍における磁束の集中を緩和することにより，当該部分におけるター ゲットの局部的消耗を防止し得ると共に，基板に生成すべき薄膜の膜厚を均一に することができるという効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例における磁界発生装置を示す一
部省略要部正面図である。

【図２】図１におけるＡ方向矢視図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本考案の実施例における磁界発生装置の例を示
す要部正面図である。

【図５】図４に示す装置の中心からの位置と磁束密度と
の関係を示す図である。

【図６】本考案の実施例における磁束密度分布を立体的
に示す説明図である。

【図７】比較例における磁束密度分布を立体的に示す説
明図である。

【図８】従来のマグネトロンスパッタ装置の例を示す要
部縦断面図である。

【図９】量産型のマグネトロンスパッタ装置の例を示す
要部正面図である。

【図１０】繰り返し使用後のターゲットを示す要部縦断
面図である。

【符号の説明】

７１，７２ 永久磁石 ７３ ポールピース ７４ センターヨーク

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に基板支持体およびターゲッ
   トを相互に対向して配設すると共に，これらの間に電源
   を接続して電極を構成し，前記ターゲットの背面側に，
   永久磁石からなりその磁界をターゲットに向けて作用さ
   せる磁界発生装置を設け，ターゲットの基板支持体との
   対向面の近傍に前記電源による基板支持体とターゲット
   間の電界に対して直交する磁界を発生するように構成し
   たマグネトロンスパッタ装置において，磁界発生装置を
   形成する永久磁石を長辺部と短辺部とからなる額縁状に
   形成すると共に，短辺部の高さを長辺部の高さより小に
   形成して，磁性材料により平板状に形成したヨーク上に
   配設し，この永久磁石に包囲された領域の中央部に前記
   長辺部と平行にセンターヨークを設けたことを特徴とす
   るマグネトロンスパッタ装置。
2. 【請求項２】 短辺部の上端に磁性材料からなるポール
   ピースを設けたことを特徴とする請求項１記載のマグネ
   トロンスパッタ装置。