JPH0726203B2 - マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体や磁気記録材料等の分野で利用される薄
膜の生成装置に関わり、特にマグネトロンスパッタリン
グ装置に関するものである。

従来の技術 第３図は従来の最も一般的なマグネトロンスパッタリン
グ装置のスパッタ源、及び、スパッタ室の構造を示すも
のである。図において、1,2はマグネットであり、それ
ぞれ隣り合う磁極の極性を逆に配置してある。３はカソ
ード、４はスパッタ源となる所要金属のターゲット、５
はアノード、６は基板、７は真空室、８はターゲット４
を貫通する磁力線、９は消耗前のターゲット表面であ
る。

マグネトロンスパッタリングの特徴として、スパッタ速
度の向上効果が掲げられるが、この際、スパッタされる
ターゲット面は電界と磁界が直交する場所付近に限られ
る。そのため、ターゲットの消耗（エロージョン）領域
の断面がＶ字形となりターゲットの利用率が20〜40％と
低い。

このようなターゲットの利用率の低さを改善するため
に、例えば特開昭51-86083号公報のように磁束密度分布
を変えてターゲットの消耗領域を改善する方法が考案さ
れている。また、第４図はターゲットの利用率を改善す
るために従来より用いられている別の方法の例で、マグ
ネット1,2の位置をスパッタ中に矢印の方向に往復運動
させ、直交する電磁界の位置を移動させることにより、
ターゲット４のスパッタされる面積を増やしたスパッタ
源の構造を示したものである。

このようにすれば、ターゲットの消耗領域の断面が比較
的緩やかなＶ字形になり、消耗領域が拡大され、利用効
率は50〜60％程度に向上することが知られているが、マ
グネットのような重量物を往復運動させるためには、大
がかりな機構が必要になるという難点がある。

また、限られた範囲内でマグネットを回転、あるいは揺
動させてもターゲット４表面のエロージョン領域は第５
図a,bに示すように環状になり、エロージョン領域の拡
大は十分ではなく、改善効果は満足できるものではなか
った。

また、従来のスパッタ方式による薄膜生成のもう一つの
問題点として、基板上に生成した膜の膜厚分布がある。
第３図，第４図に示した従来方式による生成膜の膜厚分
布は概ね第６図に示したようにターゲットの周辺部では
中央部に較べて膜厚が低下する。これを改善するため、
基板をターゲットとは異なる軸上で回転させたり、生成
速度を犠牲にしてターゲット中央部付近に固定または回
転するシールド板（じゃま板）を設けることにより膜の
生成量を調整するという方法が用いられていた。

しかしながら、円形基板もしくは複数枚の基板を同一円
周上に配置したような、全体として円形を成している基
板群に対して、最も効率の良い円形スパッタ源を用い、
基板及びスパッタ源を相対運動させずに膜生成を行う場
合には膜厚の均一性を考慮すると、この構造は適当でな
い。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、このような技術の欠点であるターゲットの利
用効率の低さを改善すると共に、円形に配置した基板群
に対して膜厚の均一性を向上させ、しかも構造が簡略、
小型であるスパッタ源を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明は、減圧、不活性ガス
雰囲気中にターゲットの表面を配置し、このターゲット
の表面に電界をかけて不活性ガスにプラズマを発生させ
る機構と、前記ターゲットの裏面に対向するように放射
状に配置した複数のマグネットを有するマグネット集合
体と、前記マグネット集合体の中心を回転中心としてマ
グネット集合体を回転させる駆動機構とを備え、前記マ
グネットは各マグネット間に磁気ギャップをもたせて配
置させられ、かつ前記磁気ギャップは前記の回転するマ
グネット集合体の半径方向に伸びていることを特徴とす
るものである。

作用 この構成により、放射状の磁気ギャップ間にライン状に
イオンを集束させてターゲットの消耗領域をターゲット
の中心部から外周部まで広げることができ、さらに磁気
回路をターゲットに対し回転させることによりターゲッ
トの消耗面積を最大限に広げることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図において、11はターゲットであり、バッキングプ
レート12に接着し保持されている。また、バッキングプ
レート12の裏側には複数のマグネット13,14がターゲッ
ト11とは反対側の面をパーマロイ等の強磁性体からなる
バックヨーク15の上に固定して放射状に配置されてマグ
ネット集合体が構成されている。バックヨーク15はその
中心部に回転軸16が取り付けられ、図示されていない駆
動機構によってターゲット11と同軸上で回転する。

第１図ｂに示すように、マグネット13,14はマグネット1
3,14の厚み方向に着磁され、交互に磁気ギャップとして
の隙間をもたせて配置されている。また、第１図ａに示
すように磁気ギャップは、磁気ギャップ長17がマグネッ
ト集合体の外周部側が中心部側の約0.7の割合になるよ
うに、中心部側から外周部側に向かって徐々に短くして
設けられている。

以上のように構成されたスパッタ源を備えたスパッタリ
ング装置の真空室（第１図では省略）の雰囲気を約10^-3
Torrに保ち、基板側のアノード、ターゲット11側のカソ
ード間に1.5KVの電圧を印加すると、磁界と電界が直交
する領域にプラズマが発生する。このプラズマによりタ
ーゲット表面上のプラズマの発生している領域からスパ
ッタが始まる。

このように、スパッタリングを繰り返した後のターゲッ
ト表面の消耗状態は第２図a,bに示すように、ほぼター
ゲットの中心部から放射状に全体にわたって均一に消耗
するようになる。

また、第６図はさらに第２図のように構成したマグネッ
ト集合体を回転させながらスパッタした場合の生成膜厚
の分布を示したもので、第３図に示した従来法のような
同心円上に配置されたマグネット集合体に比べ、大幅な
膜厚分布の改善が成されている。

本発明の構成では、従来と異なり、直線状の磁気ギャッ
プが放射状に配列しているため、ターゲットの消耗面も
第２図のように直線状になる。このようにターゲット全
面において、ターゲットの径方向に放射状に消耗面が形
成されるので、適宜ターゲットの取り付け角度を回転移
動させて使用することにより、ターゲット全面を有効に
使うことができ、利用効率を大幅に改善することが可能
となる。

さらに、ターゲットを回転移動させる代わりに、上述し
た回転軸でスパッタ中にこのマグネット集合体を連続的
に回転させることにより、その消耗領域はターゲット全
面にわたってほぼ均一にすることができる。

なお、ギャップ長は適当な値を選択することができる
が、ターゲットの全面積中に占めるギャップ部の面積の
比較を高くした方がスパッタ速度の向上が図れる。しか
しその反面、磁気ギャップ数を多くとると、個々のマグ
ネットの体積（軸方向の断面積）が小さくなるため、磁
束密度が低下するので、概ね、２〜８極が適当である。
このようにマグネットを配置した場合、従来の磁気回路
に比べて磁気ギャップ長が短くなるため、個々のマグネ
ットの体積（重量）を小さくできるという利点を併せ持
っている。

また、マグネット集合体の中心部側に比べ、外周部側の
磁気ギャップ長を短く配置することによって、外周側の
磁束密度を向上させることができ、マグネット集合体を
回転させた場合に回転の中心部側から外周部側の周速度
の差によって生じるターゲットの中心部側と外周部側の
単位面積あたりのスパッタ速度の差を補正し、ターゲッ
ト全面にわたる均一なスパッタ速度を得ることができる
ので実用上効果が大きい。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、マグネトロンスパ
ッタ装置において、ターゲット表面付近の磁場の強度分
布を環状から放射状にしマグネット集合体を回転させな
がらスパッタリングすることにより、強磁性体を除くあ
らゆるスパッタ材料、あるいはあらゆる成膜条件におい
てもターゲットの消耗領域をターゲット全面に拡大する
ことができターゲットの利用効率を著しく改善すること
ができる。

またさらに、マグネット集合体の中心部側に比べ外周部
側の磁気ギャップ長を短くすることによりマグネット集
合体を回転させた場合に周速度の差により生じるターゲ
ットの中心部側と外周部側の単位あたりのスパッタ速度
の差を補正し、ターゲット全面にわたる均一なスパッタ
速度を得ることができるため、基板上に生成した膜の膜
厚のばらつきを大幅に改善することが可能となる。

また、本発明では、ターゲット全面が均等に使えるた
め、使用するターゲットの厚みを低下させることが可能
であり、これによってターゲットコストの低減化と共に
基板側のターゲット表面における磁束密度の向上が図れ
スパッタ速度が大きくなるという効果がある。

同時に本発明よりなるマグネット集合体は磁気ギャップ
長が従来に比べて短いため、小さな磁気エネルギーで従
来並の磁束密度が得られるため、マグネットの小型化が
可能となり、マグネットの低コスト化、回転機構の小型
化等、工業上、多くの効果を併せ持っている。

なお、本発明はマグネット集合体に永久磁石を用いた例
で述べたが磁力源は電磁石でも同等の効果が得られるこ
と、さらに角形のターゲットに対しても同様の効果が得
られることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図a,bは本発明の一実施例によるスパッタリング装
置のマグネット近傍の正面図及び断面図、第２図a,bは
同装置のターゲットのエロージョン領域の分布を示す説
明図、第３図，第４図はそれぞれ従来におけるマグネト
ロンスパッタ装置のマグネット近傍の断面図、第５図a,
bは従来例のターゲットのエロージョン領域の分布を示
す説明図、第６図は従来例と本発明における生成した膜
の膜厚分布特性図である。 11……ターゲット、12……バッキングプレート、13,14
……マグネット、15……バックヨーク、17……磁気ギャ
ップ長。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷川 秀之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 緒方 一雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭57−154768（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧、不活性ガス雰囲気中にターゲットの
   表面を配置し、このターゲットの表面に電界をかけて不
   活性ガスにプラズマを発生させる機構と、前記ターゲッ
   トの裏面に対向するように放射状に配置した複数のマグ
   ネットを有するマグネット集合体と、前記マグネット集
   合体の中心を回転中心としてマグネット集合体を回転さ
   せる駆動機構とを備え、前記マグネットは各マグネット
   間に磁気ギャップをもたせて配置させられ、かつ前記磁
   気ギャップは前記の回転するマグネット集合体の半径方
   向に伸びていることを特徴とするマグネトロンスパッタ
   リング装置。
2. 【請求項２】磁気ギャップの磁気ギャップ長がマグネッ
   ト集合体の回転の中心部側に対し外周部側を短くするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマグネトロ
   ンスパッタリング装置。