JPH0559542A - マグネトロンスパツタ電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、ターゲット材の侵食を均一
にし、ターゲット材の利用効率の高いマグネトロンスパ
ッタ電極を提供すとともに、ターゲットに対向する基板
への成膜速度の均一化を図ることにある。 【構成】 マグネトロンスパッタ電極において、電子を
閉じ込める領域に面したターゲット材を、互いに電気的
に絶縁された複数の平板ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃに
分割して配置し、これら複数のターゲット６ａ，６ｂ，
６ｃごとに、独立に異なる電力を印加しうる複数の直流
電源７ａ，７ｂ，７ｃを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンスパッタ
電極に係り、特に、基板への薄膜形成における成膜速度
向上に好適なマグネトロンスパッタ電極に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンスパッタ電極は、低圧のガ
ス雰囲気中のターゲット面上に、磁場と電場が直交する
ような領域を形成し、電子を閉じ込めて高い電子密度を
発生させ、グロー放電により発生するガスイオンをこの
領域に閉じ込めることで、イオン濃度を増加させて、タ
ーゲット材料の基板への成膜速度を向上させ、しかも、
基板への電子の流入の低減を図ったものであった。しか
しながら、ターゲット表面上において電子が閉じ込めら
れる磁場と電場の直交する領域が限られており、しか
も、領域内において、場所的な磁場強度の違いによりス
パッタ材料が局部的に侵食されるため、ターゲットの利
用効率は非常に悪い。特に、磁性体ターゲットを用いた
場合の最終的なターゲット利用効率は、約７％〜９％足
らずである。また、基板への成膜速度も対向するターゲ
ット侵食状況の違いにより、場所的に異なったものにな
ってしまうという本質的な問題があった。

【０００３】従来技術においては、前述したターゲット
の局部的な侵食を抑制するため、例えば、特開昭６０−
２２１５７１号公報に記載されているような、ターゲッ
ト裏面より磁場を発生させるために用いている磁石の位
置制御を行うことで、ターゲット表面上の磁場強度分布
を変化させイオン濃度の集中する部分の分散化を行い、
局部侵食を回避させる方法が主として用いられている。
しかし、この場合には、侵食によるターゲット形状の経
時変化にともなうターゲット表面上の磁場強度の変化が
十分考慮されてなく、理想的な侵食形状に至っていな
い。本発明者らが、ターゲット裏面より磁場を発生させ
るために用いている磁石の位置制御を上記公知例に添っ
て検討を行なった結果では、磁性体ターゲットを用いた
場合の最終的なターゲット利用効率は、約１５％〜２０
％程度であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、タ
ーゲット裏面に設置する磁石の位置をどのように制御し
ても、ターゲット表面上に必ず存在する磁場強度の大き
いところで、局部的にターゲットの侵食速度が増加し、
インピーダンスが小さくなる。この結果、この部分に
は、さらに磁界ベクトルが集中することでイオン濃度が
集中し、局部的なターゲット侵食が促進され、ターゲッ
ト材料を均一に侵食することができない。特に、磁性体
ターゲットを用いた場合の最終的なターゲット利用効率
は、約１５％〜２０％程度であった。

【０００５】このことは、マグネトロンスパッタ電極を
用いての薄膜形成を行う場合、コスト低減という点から
必要なターゲット材料の利用効率向上、および生産性向
上，連続処理を考えても、成膜プロセス上必要なターゲ
ット材料の交換頻度の低減という点から考えても、明ら
かに不利である。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、ターゲット材の侵食を均一に
し、ターゲット材の利用効率の高いマグネトロンスパッ
タ電極を提供することを、その目的とするものである。
また、本発明の他の目的は、局部的侵食が抑制されるこ
とでターゲットに対向する基板への成膜速度の均一化を
図りうるマグネトロンスパッタ電極を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るマグネトロンスパッタ電極の構成は、
表面が被スパッタ物質からなるターゲット材と、該ター
ゲット材から出て該ターゲット材に戻る磁力線を発生さ
せる磁場形成手段とを有し、磁力線と該ターゲット材と
で囲まれる領域に電子を閉じ込めてスパッタを行うよう
にしたマグネトロンスパッタ電極において、電子を閉じ
込める領域に面した前記ターゲット材を、互いに電気的
に絶縁された複数のターゲット材に分割して配置したも
のである。より詳しくは、電気的に絶縁された複数のタ
ーゲット材ごとに、独立に異なる電力を印加しうる複数
の直流電源を設けたものであり、あるいは、電気的に絶
縁された複数のターゲット材ごとに可変抵抗を並列に接
続してなる直流電源を設けたものである。

【０００８】なお、付記すると、上記目的を達成するた
めに本発明は、マグネトロンスパッタ電極のターゲット
表面上に発生させた電子を閉じ込める磁界内において、
局部的にイオン濃度が集中し、ターゲット侵食が進行す
る部分およびイオン濃度が疎でありターゲット侵食が遅
れている部分を電気的に絶縁化して、それぞれの部分に
独立に、かつ任意に電力を印加し、すなわち電子密度を
独立に制御し、ターゲット表面上のイオン濃度を分散化
させるものである。すなわち、イオン濃度が集中し局部
的なターゲット侵食が進行している部分については、相
対的にカソードへの印加する電力を低めにし、侵食が遅
れている部分については、相対的に高めの電力を印加す
ることで、ターゲットを均一に侵食し、ターゲット利用
効率を向上することが可能となる。

【０００９】

【作用】任意に異なる電力を印加するために、複数のタ
ーゲットを電気的に絶縁した構造である該マグネトロン
スパッタ電極のカソードにおいて、複数のターゲットの
うち、相対的に印加電力を高くしたターゲットから放出
される電子は、単位当りの電子放出数が多く、高エネル
ギーであるためにライフタイムは長い。その結果、他タ
ーゲット表面に対し本ターゲット表面に存在する相対的
な電子密度が高くなり、したがって、ガスイオン濃度を
高くすることができる。

【００１０】この現象を利用すれば、ターゲット表面上
に発生させた電子を閉じ込める磁界内において、局部的
にターゲット侵食が進行する部分については、印加電力
を相対的に低めとする。一方、ターゲット侵食が遅い部
分については、印加電力を高めとし、電子を閉じ込める
磁界内にあるターゲツトの侵食を均一にすることができ
る。すなわち、該マグネトロンスパッタ電極のターゲッ
ト表面に発生させた、電子を閉じ込めるための磁界内に
おいて、ターゲットの印加電力分布を持たせることで、
電子密度を独立に制御し、プラズマ中のガスイオン濃度
を制御し、ターゲット侵食を均一なものにすることがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図７を
参照して説明する。なお、図６の従来例に対応する部分
については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。 〔実施例 １〕図１は、本発明の一実施例に係るマグネ
トロンスパッタ電極の断面図、図２は、図１の電極を用
いた場合のターゲットの侵食断面形状図、図３は、図１
のスパッタ電極構造を用いた円形プレーナ形マグネトロ
ンスパッタ電極の正面図、図６は、従来のマグネトロン
スパッタ電極の断面図、図７は、図６の電極を用いた場
合のターゲットの侵食断面形状図である。

【００１２】図１は、ターゲットの中心をＯにした円形
プレーナ形電極として実施した場合の断面を示してい
る。本図において、複数（本例では３個）の平板ターゲ
ット材に分割して配置されたスパッタ用ターゲット６
ａ，６ｂ，６ｃは、分割されたバッキングプレート４
ａ，４ｂ，４ｃに保持されており、同一材料からなる３
個のバッキングプレート４ａ，４ｂ，４ｃは、例えば、
テフロン，アルミナ等の電気絶縁材料からなるスペーサ
３により、電気的に絶縁されている。

【００１３】また、バッキングプレート４ａ，４ｂ，４
ｃを跨いだ形状の磁界（図１に示す漏洩磁力線５参照）
が発生するような磁場形成手段に係る永久磁石２が配置
されており、それぞれを磁気的に結合させるためにヨー
ク１を用いている。また、電気的に絶縁されたスパッタ
用ターゲットに個別の電力を印加できるようにスパッタ
用ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの直流電源７ａ，７ｂ，
７ｃを設けている。

【００１４】本実施例によれば、印加電力を、ターゲッ
ト侵食が速い部分については低めにし、また、ターゲッ
ト侵食が遅い部分については高めに印加するといった、
侵食形状に応じた独立に異なる印加電力で制御すること
で、図１にハッチングで示すような侵食領域が形成さ
れ、電子を閉じ込める磁界内に存在するスパッタ用ター
ゲット６ａ，６ｂ，６ｃは、高いターゲット利用効率が
可能となる。

【００１５】そこで、図１の実施例による電極構造と、
図６に示す従来の電極構造とを、８″円形プレーナ形Ｆ
ｅターゲット（ターゲット厚み：４ｍｍ）に用いた場合
の侵食断面形状によって比較する。図６に示すマグネト
ロンスパッタ電極は、分割されていないスパッタ用ター
ゲット６がバッキングプレート４に保持されており、ス
パッタ用ターゲット６を跨いだ形状の磁界を発生させる
永久磁石２が配置されヨーク１で磁気的に結合されてい
る。

【００１６】図７に従来の電極を用いた場合の侵食断面
形状を示す。ターゲットの中心をＯとしたときの左右の
断面切断方向位置を横軸に、ターゲット侵食形状を立軸
に示す。ターゲットの侵食は、水平磁場強度が最大とな
る部分に集中しており、急俊な形状を示している。ター
ゲットの利用効率は、約７％〜９％であった。なお、こ
こでの放電条件は、一定電力：４ｋＷを投入し、チャン
バ内のアルゴンガス圧：２ｍＴｏｒｒである。

【００１７】図２に本実施例による電極を用いた場合の
侵食断面形状を示す。ターゲットの侵食は、水平磁場強
度が最大となる部分にピークを持ってはいるが、侵食領
域の半値幅が、図７に比較して６倍以上になっているこ
とがわかる。ターゲツトの利用効率は５０％以上とな
り、従来値に比較して高い値を得ることができた。ここ
での放電条件は、図１中の直流電源７ａ，７ｃに一定電
力：４ｋＷ、直流電源７ｂに電力：０ｋＷ〜１ｋＷを投
入し、チャンバ内のアルゴンガス圧：２ｍＴｏｒｒであ
る。また、電気的に絶縁されたスパッタ用ターゲット６
ａ，６ｂ，６ｃ間には、それぞれ１ｍｍの隙間を設けて
いる。

【００１８】図３には、上記実施例で使用した円形プレ
ーナ形マグネトロンスパッタ電極の正面図を示してお
り、本実施例は、互いに電気的に絶縁されたスパッタ用
平板ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃと、その背面に設置す
る磁石２によって構成されている。

【００１９】本実施例によれば、マグネトロンスパッタ
電極のターゲット表面に発生させた電子を閉じ込める磁
界内において、ターゲットへの印加電力分布を持たせる
ことで、従来に較べ、ターゲットの利用効率が向上で
き、薄膜形成を行う場合のコスト低減、また、スパツタ
材料の交換頻度の低減を図ることができる。さらに、局
部的侵食が抑制されることでターゲットに対向する基板
への成膜速度の均一化を図ることができる。

【００２０】〔実施例 ２〕次に、図４は、本発明の他
の実施例に係る長円プレーナ形マグネトロンスパッタ電
極の正面図である。この例では、スパッタ用ターゲット
が長方形状をしているため、図３に示した構造を基本
に、トラック状に引き伸ばしたスパッタ用平板ターゲッ
ト６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、その背面に設置する磁石２Ａに
よって構成されている。図４の実施例の場合も、ターゲ
ット利用効率は、５０％以上となった。

【００２１】〔実施例 ３〕次に、図５は、本発明のさ
らに他の実施例に係るマグネトロンスパッタ電極の断面
図である。図中、図１と同一符号のものは図１の実施例
と同等部分であるから、その説明を省略する。図５の実
施例は、１個の直流電源７Ａのみを用いた例である。電
気的に絶縁されたスパッタ用ターゲット６ａ，６ｂ，６
ｃごとにそれぞれ可変抵抗８ａ，８ｂ，８ｃを前記直流
電源７Ａに対し並列に接続し、各抵抗値を変化させるこ
とで各ターゲットへの印加電力を制御する。

【００２２】本実施例では、直流電源７Ａの出力が１２
ｋＷに対し、スパッタ用平板ターゲット６ａ，６ｃへの
出力を各４ｋＷとするため可変抵抗８ａを０Ωとし、ス
パッタ用ターゲット６ａ，６ｃ各々へのカソード電圧４
２０Ｖ，電流９．５Ａというデータを得た。一方、スパ
ッタ用ターゲット６ｂに対しては０．６ｋＷ出力とする
ために可変抵抗８ｂを２Ω、可変抵抗８ｃを５０Ωとし
てカソード電圧４００Ｖ，電流１．５Ａを得た。その他
の放電条件は実施例１と同様にした。なお、上記の各実
施例において、いずれも磁場形成手段として永久磁石を
用いているが、本発明はこれに限るものではなく、電磁
石を用いた磁場形成手段でも差し支えない。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ターゲット材の侵食を均一にし、ターゲット材の
利用効率の高いマグネトロンスパッタ電極を提供するこ
とができる。また、本発明によれば、局部的侵食が抑制
されることでターゲットに対向する基板への成膜速度の
均一化を図りうるマグネトロンスパッタ電極を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るマグネトロンスパッタ
電極の断面図である。

【図２】図１の電極を用いた場合のターゲットの侵食断
面形状図である。

【図３】図１のスパッタ電極構造を用いた円形プレーナ
形マグネトロンスパッタ電極の正面図である。

【図４】本発明の他の実施例に係る長円プレーナ形マグ
ネトロンスパッタ電極の正面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例に係るマグネトロン
スパッタ電極の断面図である。

【図６】従来のマグネトロンスパッタ電極の断面図であ
る。

【図７】図６の電極を用いた場合のターゲットの侵食断
面形状図である。

【符号の説明】

２，２Ａ 永久磁石 ３ スペーサ ４ａ，４ｂ，４ｃ バッキングプレート ６ａ，６ｂ，６ｃ，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ スパッタ用平板
ターゲット ７ａ，７ｂ，７ｃ，７Ａ 直流電源 ８ａ，８ｂ，８ｃ 可変抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 勝男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面が被スパッタ物質からなるターゲッ
   ト材と、該ターゲット材から出て該ターゲット材に戻る
   磁力線を発生させる磁場形成手段とを有し、磁力線と該
   ターゲット材とで囲まれる領域に電子を閉じ込めてスパ
   ッタを行うようにしたマグネトロンスパッタ電極におい
   て、電子を閉じ込める領域に面した前記ターゲット材
   を、互いに電気的に絶縁された複数のターゲット材に分
   割して配置したことを特徴とするマグネトロンスパッタ
   電極。
2. 【請求項２】 電気的に絶縁された複数のターゲット材
   ごとに、独立に異なる電力を印加しうる複数の直流電源
   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
   スパッタ電極。
3. 【請求項３】 電気的に絶縁された複数のターゲット材
   ごとに可変抵抗を並列に接続してなる直流電源を設けた
   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
   電極。