JPH08100257A - マグネトロンスパッタリング装置及び方法 - Google Patents
マグネトロンスパッタリング装置及び方法Info
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- JPH08100257A JPH08100257A JP7172210A JP17221095A JPH08100257A JP H08100257 A JPH08100257 A JP H08100257A JP 7172210 A JP7172210 A JP 7172210A JP 17221095 A JP17221095 A JP 17221095A JP H08100257 A JPH08100257 A JP H08100257A
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- JP
- Japan
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- target
- magnetron sputtering
- arranged along
- along
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ターゲットの利用効率が高く、膜厚分布の経
時変化が少ないリング状ターゲットを用いたマグネトロ
ンスパッタリング装置を提供する。 【構成】 リング状の平板のターゲット2を有するマグ
ネトロンスパッタリング装置において、前記ターゲット
2の内周縁部に沿った位置の前記ターゲット2の表面側
と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石33、31を
配し、前記ターゲット2の外周縁部に沿った位置の前記
ターゲット2の表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有
する磁石34、32を配し、前記ターゲット2の内周に
沿って配された前記磁石33、31と、前記ターゲット
2の外周に沿って配された前記磁石34、32との極性
がターゲット2を挟んで逆の関係になるように定めたこ
とを特徴とする。
時変化が少ないリング状ターゲットを用いたマグネトロ
ンスパッタリング装置を提供する。 【構成】 リング状の平板のターゲット2を有するマグ
ネトロンスパッタリング装置において、前記ターゲット
2の内周縁部に沿った位置の前記ターゲット2の表面側
と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石33、31を
配し、前記ターゲット2の外周縁部に沿った位置の前記
ターゲット2の表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有
する磁石34、32を配し、前記ターゲット2の内周に
沿って配された前記磁石33、31と、前記ターゲット
2の外周に沿って配された前記磁石34、32との極性
がターゲット2を挟んで逆の関係になるように定めたこ
とを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリング状の平板ター
ゲットを有するマグネトロンスパッタリング装置及び方
法に関するものである。
ゲットを有するマグネトロンスパッタリング装置及び方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】基板に薄膜を堆積させる技術としてマグ
ネトロンスパッタリング技術が用いられている。マグネ
トロンスパッタリング技術は、低温高速スパッタが可能
で現在のスパッタリング技術を用いる成膜装置での主流
となっている。マグネトロンスパッタリング技術は放電
などにより、ターゲット付近にプラズマを発生させ、こ
のプラズマのイオンをターゲットに衝突させることによ
り粒子をスパッタさせ、スパッタした粒子を基板に付着
させる方法で薄膜を形成する。
ネトロンスパッタリング技術が用いられている。マグネ
トロンスパッタリング技術は、低温高速スパッタが可能
で現在のスパッタリング技術を用いる成膜装置での主流
となっている。マグネトロンスパッタリング技術は放電
などにより、ターゲット付近にプラズマを発生させ、こ
のプラズマのイオンをターゲットに衝突させることによ
り粒子をスパッタさせ、スパッタした粒子を基板に付着
させる方法で薄膜を形成する。
【0003】図9、図10と図11を用いて従来例を説
明する。
明する。
【0004】図9は従来用いられているリング状の平板
ターゲットを用いたマグネトロンスパッタリング装置の
カソード部の断面図である。1は中心軸でカソード部は
この軸に回転対称な形をしている。2はリング状の平板
ターゲット、3はターゲット裏面に配置された磁石、4
は磁石3により形成される磁場である。上記の構成を持
ったカソード部を真空処理室内に基板とターゲット表面
が対向するように設置し、スパッタガス導入後、ターゲ
ット2へグロー放電用の高圧電源より電力を供給する
と、磁力線に閉じ込められたスパッタ用の高密度プラズ
マが発生する。このプラズマ中のイオンが、ターゲット
表面にぶつかると、ターゲットの原子がスパッタされ、
基板の向かい合った表面に付着し、薄膜が形成される。
この時のプラズマは5の領域で高くなっている。ターゲ
ット2はこのプラズマにより侵食され、プラズマ密度が
高い5の領域付近ではターゲットの侵食速度が速くな
り、6の付近でターゲットの侵食速度が局所的に速くな
る。
ターゲットを用いたマグネトロンスパッタリング装置の
カソード部の断面図である。1は中心軸でカソード部は
この軸に回転対称な形をしている。2はリング状の平板
ターゲット、3はターゲット裏面に配置された磁石、4
は磁石3により形成される磁場である。上記の構成を持
ったカソード部を真空処理室内に基板とターゲット表面
が対向するように設置し、スパッタガス導入後、ターゲ
ット2へグロー放電用の高圧電源より電力を供給する
と、磁力線に閉じ込められたスパッタ用の高密度プラズ
マが発生する。このプラズマ中のイオンが、ターゲット
表面にぶつかると、ターゲットの原子がスパッタされ、
基板の向かい合った表面に付着し、薄膜が形成される。
この時のプラズマは5の領域で高くなっている。ターゲ
ット2はこのプラズマにより侵食され、プラズマ密度が
高い5の領域付近ではターゲットの侵食速度が速くな
り、6の付近でターゲットの侵食速度が局所的に速くな
る。
【0005】図10は上記の構成で用いたターゲットを
利用限界まで使用した時の侵食形状を中心軸1を含む断
面において示した図である。但し、中心軸に対して対称
な部分は省略している。図10において9はスパッタ前
のターゲットの形、10はスパッタされた部分、11が
スパッタされずに残った部分である。図10にみられる
ように、D点の付近が著しく侵食され、V字状の侵食面
が生じる。この形状の侵食が生じる場合、ターゲットの
体積利用効率、すなわち、スパッタ前のターゲットの体
積(内周の内側の体積も含める)に占めるターゲットを
利用限界まで利用したときのスパッタされた体積の割合
は20%程度であり、高価なターゲットを十分に利用で
きないという問題点があった。また、この形状の侵食が
生じる場合、成膜速度や膜厚分布の経時変化をもたらす
ことが、技術上の問題になってきた。
利用限界まで使用した時の侵食形状を中心軸1を含む断
面において示した図である。但し、中心軸に対して対称
な部分は省略している。図10において9はスパッタ前
のターゲットの形、10はスパッタされた部分、11が
スパッタされずに残った部分である。図10にみられる
ように、D点の付近が著しく侵食され、V字状の侵食面
が生じる。この形状の侵食が生じる場合、ターゲットの
体積利用効率、すなわち、スパッタ前のターゲットの体
積(内周の内側の体積も含める)に占めるターゲットを
利用限界まで利用したときのスパッタされた体積の割合
は20%程度であり、高価なターゲットを十分に利用で
きないという問題点があった。また、この形状の侵食が
生じる場合、成膜速度や膜厚分布の経時変化をもたらす
ことが、技術上の問題になってきた。
【0006】そこでこれらの問題を解決するために、特
開平5−209266号および特開平5−179440
号公報に記載のような技術が考案されている。特開平5
−209266号公報に記載のマグネトロンスパッタリ
ング用カソードは、図9に示す従来例と同様にターゲッ
トの裏面側に磁石を配するとともに、ターゲットの外周
と内周に強磁性体を配することで、磁束がターゲットの
表面を越えて延びるような構成を取っているため、プラ
ズマ密度がより平準化され、ターゲットの侵食もより平
準化される。図11は特開平5−209266号公報に
記載のマグネトロンスパッタリング用カソードに用いた
ターゲットの利用限界時の侵食の様子を示す断面図であ
る。図10と同様に、9はスパッタ前のターゲットの
形、10はスパッタされた部分、11はスパッタされず
に残った部分である。図11によると図10の場合に比
較して、侵食がより均一に進行しているのがわかる。し
かし、E点付近で局所的に侵食速度が速くなっている。
また、この時のターゲットの内周の内側の体積も含めた
体積利用効率は約40%である。
開平5−209266号および特開平5−179440
号公報に記載のような技術が考案されている。特開平5
−209266号公報に記載のマグネトロンスパッタリ
ング用カソードは、図9に示す従来例と同様にターゲッ
トの裏面側に磁石を配するとともに、ターゲットの外周
と内周に強磁性体を配することで、磁束がターゲットの
表面を越えて延びるような構成を取っているため、プラ
ズマ密度がより平準化され、ターゲットの侵食もより平
準化される。図11は特開平5−209266号公報に
記載のマグネトロンスパッタリング用カソードに用いた
ターゲットの利用限界時の侵食の様子を示す断面図であ
る。図10と同様に、9はスパッタ前のターゲットの
形、10はスパッタされた部分、11はスパッタされず
に残った部分である。図11によると図10の場合に比
較して、侵食がより均一に進行しているのがわかる。し
かし、E点付近で局所的に侵食速度が速くなっている。
また、この時のターゲットの内周の内側の体積も含めた
体積利用効率は約40%である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のターゲットの裏
面に磁石を配置する方法では図10のようにV字状の侵
食面を形成する。この形状のまま侵食が進行して行く
と、ターゲットの厚みが局所的に薄くなり、ここの厚さ
が所定以下に達したときがターゲットの利用限界とな
り、これ以上ターゲットを利用できない。しかし、ター
ゲットには、まだ薄膜を形成させる材料が十分に存在す
るので、高価なターゲットが十分に利用できないという
問題点がある。また、侵食が局所的に速く進行していく
と、スパッタ粒子の分布が経時変化し、基板に付着する
割合が変化するので、侵食の初期段階で基板に生成され
る膜の膜厚が均一でも、侵食の終了段階では膜厚が不均
一になるという問題点がある。
面に磁石を配置する方法では図10のようにV字状の侵
食面を形成する。この形状のまま侵食が進行して行く
と、ターゲットの厚みが局所的に薄くなり、ここの厚さ
が所定以下に達したときがターゲットの利用限界とな
り、これ以上ターゲットを利用できない。しかし、ター
ゲットには、まだ薄膜を形成させる材料が十分に存在す
るので、高価なターゲットが十分に利用できないという
問題点がある。また、侵食が局所的に速く進行していく
と、スパッタ粒子の分布が経時変化し、基板に付着する
割合が変化するので、侵食の初期段階で基板に生成され
る膜の膜厚が均一でも、侵食の終了段階では膜厚が不均
一になるという問題点がある。
【0008】この問題を解決するための上記特開平5−
209266号公報記載の技術でも、図11に示すよう
に、まだE点付近で局所的な侵食が発生しており、ター
ゲットの利用効率を下げ、基板に付着する薄膜の膜厚を
不均一にさせるという問題点がある。
209266号公報記載の技術でも、図11に示すよう
に、まだE点付近で局所的な侵食が発生しており、ター
ゲットの利用効率を下げ、基板に付着する薄膜の膜厚を
不均一にさせるという問題点がある。
【0009】図8は内径40mm、外径120mmの基
板に生成される膜厚の分布の経時変化を積算電力で示し
た図である。縦軸は基板の内周縁の膜厚を1としたとき
の相対的な膜厚である。横軸は中心点からの距離を示
す。この図に見られるように、従来例では膜厚の分布が
時間とともに大幅に変化しているという問題点がある。
板に生成される膜厚の分布の経時変化を積算電力で示し
た図である。縦軸は基板の内周縁の膜厚を1としたとき
の相対的な膜厚である。横軸は中心点からの距離を示
す。この図に見られるように、従来例では膜厚の分布が
時間とともに大幅に変化しているという問題点がある。
【0010】本発明は上記のこれらの問題点を解決し、
局所的な侵食が発生しないマグネトロンスパッタリング
装置及び方法を提供することを目的とする。
局所的な侵食が発生しないマグネトロンスパッタリング
装置及び方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、リング状の平板のターゲットを有するマグ
ネトロンスパッタリング装置において、前記ターゲット
の内周縁部に沿った位置の前記ターゲットの表面側と裏
面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を配し、前記ター
ゲットの外周縁部に沿った位置の前記ターゲットの表面
側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を配し、前
記ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前記
ターゲットの外周に沿って配された前記磁石との極性が
ターゲットを挟んで逆の関係になるように定めたことを
特徴とする。
成するため、リング状の平板のターゲットを有するマグ
ネトロンスパッタリング装置において、前記ターゲット
の内周縁部に沿った位置の前記ターゲットの表面側と裏
面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を配し、前記ター
ゲットの外周縁部に沿った位置の前記ターゲットの表面
側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を配し、前
記ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前記
ターゲットの外周に沿って配された前記磁石との極性が
ターゲットを挟んで逆の関係になるように定めたことを
特徴とする。
【0012】また本発明は上記の目的を達成するため、
真空処理室内で基板に対向して配置されたリング状の平
板のターゲット付近にプラズマを発生させて前記基板に
薄膜を形成されるマグネトロンスパッタリング方法にお
いて、前記ターゲットの内周縁部に沿った位置の前記タ
ーゲットの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する
磁石を配し、前記ターゲットの外周縁部に沿った位置の
前記ターゲットの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を
有する磁石を配し、前記ターゲットの内周に沿って配さ
れた前記磁石と、前記ターゲットの外周に沿って配され
た前記磁石との極性がターゲットを挟んで逆の関係にな
るように定めて、前記ターゲットに電力を供給し、前記
ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前記タ
ーゲットの外周に沿って配された前記磁石とにより、前
記ターゲット面に大略平行でかつ大略均等な強さを有す
る磁場を発生させて、プラズマを大略均等に分布させ、
前記基板に薄膜を形成させるようにしたことを特徴とす
る。
真空処理室内で基板に対向して配置されたリング状の平
板のターゲット付近にプラズマを発生させて前記基板に
薄膜を形成されるマグネトロンスパッタリング方法にお
いて、前記ターゲットの内周縁部に沿った位置の前記タ
ーゲットの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する
磁石を配し、前記ターゲットの外周縁部に沿った位置の
前記ターゲットの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を
有する磁石を配し、前記ターゲットの内周に沿って配さ
れた前記磁石と、前記ターゲットの外周に沿って配され
た前記磁石との極性がターゲットを挟んで逆の関係にな
るように定めて、前記ターゲットに電力を供給し、前記
ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前記タ
ーゲットの外周に沿って配された前記磁石とにより、前
記ターゲット面に大略平行でかつ大略均等な強さを有す
る磁場を発生させて、プラズマを大略均等に分布させ、
前記基板に薄膜を形成させるようにしたことを特徴とす
る。
【0013】
【作用】スパッタリング装置では粒子がスパッタされる
方向はターゲット面の向きに依存する。したがって、侵
食によりターゲット面と基板面がなす角度が経時変化す
ると基板面に形成される薄膜の膜厚も経時変化する。侵
食の初期段階ではターゲットが平面であり、基板面に平
行に配置されるので、基板面に形成される薄膜の膜厚は
ほぼ均一である。しかし、侵食が進行し、ターゲット面
が曲面になってくると基板面に形成される薄膜の膜厚は
不均一になる。したがって、基板に形成される薄膜の膜
厚を均一に保つためには、ターゲットの侵食が進んでも
侵食前のターゲット面と平行な平面に近い侵食面を持つ
ようにしなくてはならない。この様に侵食が進んでいく
と、ターゲットのスパッタの様子は初期と、利用限界ま
で使用した時とほとんど変化しないので、侵食が進んで
も膜厚の分布の経時変化が少なくなる。
方向はターゲット面の向きに依存する。したがって、侵
食によりターゲット面と基板面がなす角度が経時変化す
ると基板面に形成される薄膜の膜厚も経時変化する。侵
食の初期段階ではターゲットが平面であり、基板面に平
行に配置されるので、基板面に形成される薄膜の膜厚は
ほぼ均一である。しかし、侵食が進行し、ターゲット面
が曲面になってくると基板面に形成される薄膜の膜厚は
不均一になる。したがって、基板に形成される薄膜の膜
厚を均一に保つためには、ターゲットの侵食が進んでも
侵食前のターゲット面と平行な平面に近い侵食面を持つ
ようにしなくてはならない。この様に侵食が進んでいく
と、ターゲットのスパッタの様子は初期と、利用限界ま
で使用した時とほとんど変化しないので、侵食が進んで
も膜厚の分布の経時変化が少なくなる。
【0014】また、局所的に侵食が速い所があると、タ
ーゲットはその侵食の速い部分の膜厚が所定以下になっ
たときにターゲットが利用できなくなる。したがって、
ターゲットの利用率を上げるためには、できるだけ均一
に侵食が進行するようにする必要がある。
ーゲットはその侵食の速い部分の膜厚が所定以下になっ
たときにターゲットが利用できなくなる。したがって、
ターゲットの利用率を上げるためには、できるだけ均一
に侵食が進行するようにする必要がある。
【0015】マグネトロンスパッタリング技術は、イオ
ンの速度ベクトルと磁場のベクトルの外積による電磁力
により、粒子が回転運動し、粒子がターゲットに衝突す
る機会が増大することに特徴がある。イオンがターゲッ
トに衝突する機会はイオンの回転周期に依存し、回転周
期が短いほど、すなわち、磁場が強くイオンの運動する
速さが速いほどターゲットに衝突する機会が増える。し
たがって、侵食をこの外積が最大になるように磁場とイ
オンを運動させる電場とを垂直にするのがよい。通常、
電場はターゲット面に垂直に形成されるので、磁場をタ
ーゲット面に平行に形成することが望まれる。また、タ
ーゲットの侵食の速度はプラズマ密度にも依存するの
で、プラズマをできるだけ均等に分布させるために均等
な強度で、なおかつ、ターゲット全面に渡ってターゲッ
ト面に平行な磁場を形成することが望まれる。
ンの速度ベクトルと磁場のベクトルの外積による電磁力
により、粒子が回転運動し、粒子がターゲットに衝突す
る機会が増大することに特徴がある。イオンがターゲッ
トに衝突する機会はイオンの回転周期に依存し、回転周
期が短いほど、すなわち、磁場が強くイオンの運動する
速さが速いほどターゲットに衝突する機会が増える。し
たがって、侵食をこの外積が最大になるように磁場とイ
オンを運動させる電場とを垂直にするのがよい。通常、
電場はターゲット面に垂直に形成されるので、磁場をタ
ーゲット面に平行に形成することが望まれる。また、タ
ーゲットの侵食の速度はプラズマ密度にも依存するの
で、プラズマをできるだけ均等に分布させるために均等
な強度で、なおかつ、ターゲット全面に渡ってターゲッ
ト面に平行な磁場を形成することが望まれる。
【0016】本発明の発明者らはこのような磁場を形成
するためにターゲットの内周と外周に沿うように磁石を
ターゲットの表面と裏面に配置し、かつ、ターゲットを
挟んで向い合う磁石の極性を逆にすることにより、ター
ゲット面により平行で均等に近い強さをもつ磁場を形成
することができることをコンピュータシミュレーション
により確認した。図2にコンピュータシミュレーション
によるターゲット断面付近の磁力線の様子を示す。この
図に示すように、ターゲット表面でターゲット面に平行
に近い磁場を形成し、磁場の強さ、すなわち、磁力線の
間隔も大きなばらつきはない。したがって、この磁場の
中ではプラズマは均等に分布し、なおかつ、イオンの回
転周期も均一なのでターゲットの侵食は均一に進行す
る。
するためにターゲットの内周と外周に沿うように磁石を
ターゲットの表面と裏面に配置し、かつ、ターゲットを
挟んで向い合う磁石の極性を逆にすることにより、ター
ゲット面により平行で均等に近い強さをもつ磁場を形成
することができることをコンピュータシミュレーション
により確認した。図2にコンピュータシミュレーション
によるターゲット断面付近の磁力線の様子を示す。この
図に示すように、ターゲット表面でターゲット面に平行
に近い磁場を形成し、磁場の強さ、すなわち、磁力線の
間隔も大きなばらつきはない。したがって、この磁場の
中ではプラズマは均等に分布し、なおかつ、イオンの回
転周期も均一なのでターゲットの侵食は均一に進行す
る。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態として内径32
mm、外径152mm、厚さ6mmのリング状ターゲッ
トを用いたマグネトロンスパッタリング装置を例にと
り、図1から図7及び図12を用いて以下に説明する。
mm、外径152mm、厚さ6mmのリング状ターゲッ
トを用いたマグネトロンスパッタリング装置を例にと
り、図1から図7及び図12を用いて以下に説明する。
【0018】まず、図1に本発明の1つの実施形態にか
かるマグネトロンスパッタリング装置の構成を示す。図
12はこの装置の平面図である。なお、本発明の他の実
施形態であるマグネトロンスパッタリング方法について
は、上記装置の説明中で行う。
かるマグネトロンスパッタリング装置の構成を示す。図
12はこの装置の平面図である。なお、本発明の他の実
施形態であるマグネトロンスパッタリング方法について
は、上記装置の説明中で行う。
【0019】ここで用いるカソード部の構造は中心軸1
に対して回転対称であり、リング状ターゲット2は外周
アースシールド12によって包囲され、内周囲された内
周アースシールド11を包囲している。35はカソード
部を支持するヨークであり、磁性体のSS41合金を材
料とし、内径180mmで厚さ9mm、高さ90mmの
側板(外周部)35bと、厚さ15mmの底板を持ち、
さらに直径10mmで底板からの高さ87.5mmの円
柱状の突起(中心部)35aを持っている。ターゲット
2は、例えば、アルミニウム合金、又は、SiO2 を含
む誘電体などより構成するのが好ましい。ヨーク35
は、例えば、SUS400番代ステンレス鋼又は鉄系材
料の磁性体より構成するのが好ましい。図1において、
73は真空処理室、72は基板、70は後記するターゲ
ット裏板21である電極に対して高周波電力を供給する
電源である。この高周波電力用電源の代わりに直流電源
としてもよい。
に対して回転対称であり、リング状ターゲット2は外周
アースシールド12によって包囲され、内周囲された内
周アースシールド11を包囲している。35はカソード
部を支持するヨークであり、磁性体のSS41合金を材
料とし、内径180mmで厚さ9mm、高さ90mmの
側板(外周部)35bと、厚さ15mmの底板を持ち、
さらに直径10mmで底板からの高さ87.5mmの円
柱状の突起(中心部)35aを持っている。ターゲット
2は、例えば、アルミニウム合金、又は、SiO2 を含
む誘電体などより構成するのが好ましい。ヨーク35
は、例えば、SUS400番代ステンレス鋼又は鉄系材
料の磁性体より構成するのが好ましい。図1において、
73は真空処理室、72は基板、70は後記するターゲ
ット裏板21である電極に対して高周波電力を供給する
電源である。この高周波電力用電源の代わりに直流電源
としてもよい。
【0020】ターゲット2の裏面には裏板21が接して
おり隙間22に水を流すことでターゲット2を冷却す
る。水の導入排出手段は図示を省略している。裏板21
は、例えば、材料中の吸着ガスの発生が少ないことを重
視する場合にはSUS304、材料の加工性を重視する
場合にはSUS303より構成するのが好ましい。
おり隙間22に水を流すことでターゲット2を冷却す
る。水の導入排出手段は図示を省略している。裏板21
は、例えば、材料中の吸着ガスの発生が少ないことを重
視する場合にはSUS304、材料の加工性を重視する
場合にはSUS303より構成するのが好ましい。
【0021】ターゲット2および裏板21は絶縁物4
1、42によってアースシールド11、12から絶縁さ
れている。ターゲット2に負電位を印加する手段は上記
電源70である。絶縁物41、42は、例えば、アルミ
ナ又はポリテトラフルオロエチレンより構成するのが好
ましい。アースシールド11、12は、例えば、銅など
の非磁性材料、又は、弱磁性体のSUS303又は30
4より構成するのが好ましい。また、アースシールド1
1、12の下部にはそれぞれ水冷用通路11a、12a
を形成して、該通路11a、12aに冷却水を流してア
ースシールド11、12を冷却するのが好ましい。アー
スシールド11、12は共にアースされているが、フロ
ーティングされていてもよい。
1、42によってアースシールド11、12から絶縁さ
れている。ターゲット2に負電位を印加する手段は上記
電源70である。絶縁物41、42は、例えば、アルミ
ナ又はポリテトラフルオロエチレンより構成するのが好
ましい。アースシールド11、12は、例えば、銅など
の非磁性材料、又は、弱磁性体のSUS303又は30
4より構成するのが好ましい。また、アースシールド1
1、12の下部にはそれぞれ水冷用通路11a、12a
を形成して、該通路11a、12aに冷却水を流してア
ースシールド11、12を冷却するのが好ましい。アー
スシールド11、12は共にアースされているが、フロ
ーティングされていてもよい。
【0022】内周アースシールド11の内部には残留磁
束密度12.1kガウスで保持力11.6kエルステッ
ドの材料からなる内径10mmで厚さ5mm、高さ10
mmのリング状の1対の永久磁石31、33が配置さ
れ、一方の永久磁石33がターゲット2の表面側に、他
方の永久磁石31がターゲット2の裏面側に位置し、共
にリングの外周がN極になっている。外周アースシール
ド12の内部には内周側の磁石31、33と同じ材質か
らなる内径162mm、厚さ9mm、高さ5mmのリン
グ状の1対の永久磁石32、34が配置され、一方の永
久磁石34がターゲット2の表面側に、他方の永久磁石
32がターゲットの裏面側に位置し、共にリングの内周
がS極となっている。永久磁石31、33は、例えば、
ネオジューム・鉄・ボロン磁石より構成するのが好まし
い。また、各磁石31、33、34、32は、図12に
示すように、それぞれ、複数の分割体61、60より構
成するようにしている。また、磁石31、33、34、
32の極性は図1とは逆にして、磁石31、33ではN
極をターゲット側に配置する代わりにS極を配置し、磁
石34、32ではS極の代わりにN極をターゲット側に
配置するようにしてもよい。また、内周側の磁石33、
31と外周側の磁石34、32の位置は互いにその図1
における横方向沿いの中心軸が大略一致するように配置
されている。
束密度12.1kガウスで保持力11.6kエルステッ
ドの材料からなる内径10mmで厚さ5mm、高さ10
mmのリング状の1対の永久磁石31、33が配置さ
れ、一方の永久磁石33がターゲット2の表面側に、他
方の永久磁石31がターゲット2の裏面側に位置し、共
にリングの外周がN極になっている。外周アースシール
ド12の内部には内周側の磁石31、33と同じ材質か
らなる内径162mm、厚さ9mm、高さ5mmのリン
グ状の1対の永久磁石32、34が配置され、一方の永
久磁石34がターゲット2の表面側に、他方の永久磁石
32がターゲットの裏面側に位置し、共にリングの内周
がS極となっている。永久磁石31、33は、例えば、
ネオジューム・鉄・ボロン磁石より構成するのが好まし
い。また、各磁石31、33、34、32は、図12に
示すように、それぞれ、複数の分割体61、60より構
成するようにしている。また、磁石31、33、34、
32の極性は図1とは逆にして、磁石31、33ではN
極をターゲット側に配置する代わりにS極を配置し、磁
石34、32ではS極の代わりにN極をターゲット側に
配置するようにしてもよい。また、内周側の磁石33、
31と外周側の磁石34、32の位置は互いにその図1
における横方向沿いの中心軸が大略一致するように配置
されている。
【0023】永久磁石31、32、33、34の磁石の
強さと磁石のリングの形状と磁石間の距離とヨークの形
状とを上記の様に選定することにより、ターゲットの表
面上で磁力線の方向がターゲット表面に平行になる点が
半径方向に2点存在するように構成することができた。
なお、磁力線の方向がターゲット表面に平行になる点は
2点に限らず1点でもよい。
強さと磁石のリングの形状と磁石間の距離とヨークの形
状とを上記の様に選定することにより、ターゲットの表
面上で磁力線の方向がターゲット表面に平行になる点が
半径方向に2点存在するように構成することができた。
なお、磁力線の方向がターゲット表面に平行になる点は
2点に限らず1点でもよい。
【0024】図2は図1の実施例の磁石配置における磁
力線を中心軸1を通る平面上で描いたものである。但
し、磁力線は中心軸に対し対称に形成されるので片側は
図示を省略する。この図においてA−A’近傍にターゲ
ット表面が来るようにターゲットを配置すると、B点と
C点付近で磁力線がターゲット表面に平行になる点が存
在する。
力線を中心軸1を通る平面上で描いたものである。但
し、磁力線は中心軸に対し対称に形成されるので片側は
図示を省略する。この図においてA−A’近傍にターゲ
ット表面が来るようにターゲットを配置すると、B点と
C点付近で磁力線がターゲット表面に平行になる点が存
在する。
【0025】以上のように構成されたカソ−ド部はマグ
ネトロンスパッタリング装置内で以下のように動作す
る。
ネトロンスパッタリング装置内で以下のように動作す
る。
【0026】上記構成をもったカソード部を従来例と同
様に真空処理室73内に内径40mm、外径120mm
の基板72と中心軸が一致し35mmの距離でターゲッ
ト表面が対向するように設置し、スパッタガス導入後、
ターゲット2へ上記電源70の一例としてのグロー放電
用の高圧電源より電力を供給すると、磁力線に閉じ込め
られたスパッタ用の高密度プラズマが発生する。このプ
ラズマ中のイオンが、ターゲット表面にぶつかると、タ
ーゲットの原子がスパッタされ、基板の向かい合った表
面に付着し、薄膜が形成される。
様に真空処理室73内に内径40mm、外径120mm
の基板72と中心軸が一致し35mmの距離でターゲッ
ト表面が対向するように設置し、スパッタガス導入後、
ターゲット2へ上記電源70の一例としてのグロー放電
用の高圧電源より電力を供給すると、磁力線に閉じ込め
られたスパッタ用の高密度プラズマが発生する。このプ
ラズマ中のイオンが、ターゲット表面にぶつかると、タ
ーゲットの原子がスパッタされ、基板の向かい合った表
面に付着し、薄膜が形成される。
【0027】図3はターゲットを利用限界まで使用した
ときの侵食形状を中心軸1を含む断面で描いたものであ
る。但し、中心軸に対して対称な部分は図示を省略して
ある。51はスパッタ前のターゲットの形、52はスパ
ッタされた部分、53はスパッタされずに残った部分で
ある。この時、ターゲットの内周の内側の体積も含めた
体積利用効率は57%で従来の体積利用効率40%に比
べて大幅に改善されている。
ときの侵食形状を中心軸1を含む断面で描いたものであ
る。但し、中心軸に対して対称な部分は図示を省略して
ある。51はスパッタ前のターゲットの形、52はスパ
ッタされた部分、53はスパッタされずに残った部分で
ある。この時、ターゲットの内周の内側の体積も含めた
体積利用効率は57%で従来の体積利用効率40%に比
べて大幅に改善されている。
【0028】図4は図1のターゲットを利用限界まで使
用したときの侵食形状を積算電力、すなわち、経時変化
を示したものである。横軸は中心軸からの距離、縦軸は
侵食の深さであり、各曲線はそれぞれの積算電力がかけ
られたときの侵食面の様子を示している。この図に見ら
れるように成膜初期からターゲットの利用限界まで、タ
ーゲットの全面において侵食されており、侵食形状がほ
とんど変化していないことがわかる。このことから本実
施例によると安定した成膜が可能であることがわかる。
また、この図に見られるように、本実施例によると、局
所的に侵食が速く進行する点がないので、ターゲットの
利用効率も上昇することがわかる。
用したときの侵食形状を積算電力、すなわち、経時変化
を示したものである。横軸は中心軸からの距離、縦軸は
侵食の深さであり、各曲線はそれぞれの積算電力がかけ
られたときの侵食面の様子を示している。この図に見ら
れるように成膜初期からターゲットの利用限界まで、タ
ーゲットの全面において侵食されており、侵食形状がほ
とんど変化していないことがわかる。このことから本実
施例によると安定した成膜が可能であることがわかる。
また、この図に見られるように、本実施例によると、局
所的に侵食が速く進行する点がないので、ターゲットの
利用効率も上昇することがわかる。
【0029】図5は侵食の深さの最大値と積算電力の関
係、すなわち、侵食の深さの最大値の経時変化の様子を
示したものである。この図に見られるように、侵食の速
さはほぼ一定であり、単位時間にターゲットからスパッ
タされる粒子の個数はほとんど経時変化しないことがわ
かる。
係、すなわち、侵食の深さの最大値の経時変化の様子を
示したものである。この図に見られるように、侵食の速
さはほぼ一定であり、単位時間にターゲットからスパッ
タされる粒子の個数はほとんど経時変化しないことがわ
かる。
【0030】図6は図1のターゲットを利用限界まで使
用した時の成膜速度と積算電力との関係、すなわち、成
膜速度の経時変化を示した図である。この図では基板の
中心点の成膜速度をみている。この図から成膜速度の変
化率は10%で従来例の変化率がだいたい20%程度で
あったのに比べて大幅に改善されている。
用した時の成膜速度と積算電力との関係、すなわち、成
膜速度の経時変化を示した図である。この図では基板の
中心点の成膜速度をみている。この図から成膜速度の変
化率は10%で従来例の変化率がだいたい20%程度で
あったのに比べて大幅に改善されている。
【0031】図7に図1のターゲットを利用限界まで使
用したときの膜厚分布の経時変化を積算電力で示す。縦
軸は基板の内周縁の膜厚を1としたときの相対的な膜厚
の分布である。この図に見られるように、成膜の様子は
基板全面に渡ってほとんど経時変化しないことがわか
る。さらに、膜厚分布もターゲットの始めから終わりま
で5%以内で均一に分布していることがわかる。また、
従来例の膜厚分布を示す図である図8と比べるとターゲ
ットの侵食に伴う膜厚分布の不均一性の問題は大幅に改
善され、安定して成膜されていることがわかる。
用したときの膜厚分布の経時変化を積算電力で示す。縦
軸は基板の内周縁の膜厚を1としたときの相対的な膜厚
の分布である。この図に見られるように、成膜の様子は
基板全面に渡ってほとんど経時変化しないことがわか
る。さらに、膜厚分布もターゲットの始めから終わりま
で5%以内で均一に分布していることがわかる。また、
従来例の膜厚分布を示す図である図8と比べるとターゲ
ットの侵食に伴う膜厚分布の不均一性の問題は大幅に改
善され、安定して成膜されていることがわかる。
【0032】また、ヨーク35を中心軸1に沿って移動
させるシリンダ等の移動装置71を配置して、図4の結
果に基づき、上記ヨークを中心軸1に沿って図1におい
て上下動させて、磁力線の方向がターゲット表面に平行
になる点が大略常にターゲットの表面に位置するように
調整することができる。この結果、ターゲットをより全
面にわたって浸食させることができ、基板により均一な
薄膜を形成させることができる。
させるシリンダ等の移動装置71を配置して、図4の結
果に基づき、上記ヨークを中心軸1に沿って図1におい
て上下動させて、磁力線の方向がターゲット表面に平行
になる点が大略常にターゲットの表面に位置するように
調整することができる。この結果、ターゲットをより全
面にわたって浸食させることができ、基板により均一な
薄膜を形成させることができる。
【0033】また、本発明は、図1及び図12に示すよ
うなリング状のターゲット2の実施形態に限定されるも
のではなく、図13に示すような、楕円リング状のター
ゲット102にも適用することができる。この場合、タ
ーゲット102は複数の分割体より構成してもよいとと
もに、図1の各磁石31、33、34、32にそれぞれ
対応する各磁石131、133、134、132も複数
の分割体161、160より構成してもよい。なお、図
13において、135、135a、135bは図1の3
5、35a、35bにそれぞれ対応するヨーク、ヨーク
中心部、ヨーク外周部である。
うなリング状のターゲット2の実施形態に限定されるも
のではなく、図13に示すような、楕円リング状のター
ゲット102にも適用することができる。この場合、タ
ーゲット102は複数の分割体より構成してもよいとと
もに、図1の各磁石31、33、34、32にそれぞれ
対応する各磁石131、133、134、132も複数
の分割体161、160より構成してもよい。なお、図
13において、135、135a、135bは図1の3
5、35a、35bにそれぞれ対応するヨーク、ヨーク
中心部、ヨーク外周部である。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ターゲッ
トを利用限界まで使用しても、安定した均一な薄膜を基
板に生成することができる。また、高価なターゲットの
利用効率が上がり、無駄が少なくなる。
トを利用限界まで使用しても、安定した均一な薄膜を基
板に生成することができる。また、高価なターゲットの
利用効率が上がり、無駄が少なくなる。
【図1】本発明の実施形態を示す図。
【図2】同実施形態における磁場の様子を示す図。
【図3】同実施形態のターゲットの利用限界における侵
食面を示す図。
食面を示す図。
【図4】同実施形態のターゲットの侵食面の経時変化を
示す図。
示す図。
【図5】同実施形態のターゲットの侵食の深さの経時変
化を示す図。
化を示す図。
【図6】同実施形態の基板の成膜速度の経時変化を示す
図。
図。
【図7】同実施形態の基板の膜厚の分布の様子の経時変
化を示す図。
化を示す図。
【図8】従来例の基板の膜厚の分布の様子の経時変化を
示す図。
示す図。
【図9】従来例の構成を示す図。
【図10】従来例のターゲットの利用限界における侵食
面を示す図。
面を示す図。
【図11】従来例のターゲットの利用限界における侵食
面を示す図。
面を示す図。
【図12】図1の実施形態のマグネトロンスパッタリン
グ装置の平面図。
グ装置の平面図。
【図13】本発明の他の実施形態のマグネトロンスパッ
タリング装置の平面図。
タリング装置の平面図。
1 中心軸 2 ターゲット 31 内周裏側に配された磁石 32 外周裏側に配された磁石 33 内周表側に配された磁石 34 外周表側に配された磁石
Claims (12)
- 【請求項1】 リング状の平板のターゲットを有するマ
グネトロンスパッタリング装置において、 前記ターゲットの内周縁部に沿った位置の前記ターゲッ
トの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を
配し、 前記ターゲットの外周縁部に沿った位置の前記ターゲッ
トの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を
配し、 前記ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前
記ターゲットの外周に沿って配された前記磁石との極性
がターゲットを挟んで逆の関係になるように定めたこと
を特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項2】 ターゲットの表面で磁場の方向がターゲ
ット面に平行になる点がターゲットの半径方向に1個以
上存在するようにそれぞれの磁石の強さを調整した請求
項1に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項3】 ターゲットの内周に沿って配された磁石
のマグネトロンスパッタリング発生側がシールドによっ
て覆われており、ターゲットの外周に沿って配された磁
石のマグネトロンスパッタリング発生側がシールドによ
って覆われており、両シールドは前記ターゲットとは絶
縁されかつアース又はフローティングされている請求項
1又は2に記載のマグネトロンスパッタリング装置。 - 【請求項4】 シールドには水冷用通路が形成されてお
り、水冷方式により前記シールドを冷却するようにして
いる請求項3に記載のマグネトロンスパッタリング装
置。 - 【請求項5】 ターゲットの内周に沿って配された前記
磁石と、ターゲットの外周に沿って配された前記磁石と
を支持するヨークは、ターゲットに対して位置調整可能
に中心軸沿いに移動可能であり、前記ヨークを前記中心
軸に沿って移動させる移動装置を備えるようにした請求
項1〜4のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリン
グ装置。 - 【請求項6】 ターゲットの下面にはターゲットに電力
を供給するための電極が配置されており、この電極には
水冷用通路を形成して水冷方式により前記電極を冷却す
るようにした請求項1〜5のいずれかに記載のマグネト
ロンスパッタリング装置。 - 【請求項7】 真空処理室内で基板に対向して配置され
たリング状の平板のターゲット付近にプラズマを発生さ
せて前記基板に薄膜を形成されるマグネトロンスパッタ
リング方法において、 前記ターゲットの内周縁部に沿った位置の前記ターゲッ
トの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を
配し、 前記ターゲットの外周縁部に沿った位置の前記ターゲッ
トの表面側と裏面側にそれぞれ同じ極性を有する磁石を
配し、 前記ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前
記ターゲットの外周に沿って配された前記磁石との極性
がターゲットを挟んで逆の関係になるように定めて、 前記ターゲットに電力を供給し、 前記ターゲットの内周に沿って配された前記磁石と、前
記ターゲットの外周に沿って配された前記磁石とによ
り、前記ターゲット面に大略平行でかつ大略均等な強さ
を有する磁場を発生させて、プラズマを大略均等に分布
させ、 前記基板に薄膜を形成させるようにしたことを特徴とす
るマグネトロンスパッタリング方法。 - 【請求項8】 ターゲットの表面で磁場の方向がターゲ
ット面に平行になる点がターゲットの半径方向に1個以
上存在するようにそれぞれの磁石の強さを調整した請求
項7に記載のマグネトロンスパッタリング方法。 - 【請求項9】 ターゲットの内周に沿って配された磁石
のマグネトロンスパッタリング発生側がシールドによっ
て覆われており、ターゲットの外周に沿って配された磁
石のマグネトロンスパッタリング発生側がシールドによ
って覆われており、両シールドは前記ターゲットとは絶
縁されかつアース又はフローティングされている請求項
7又は8に記載のマグネトロンスパッタリング方法。 - 【請求項10】 シールドには水冷用通路が形成されて
おり、水冷方式により前記シールドを冷却するようにし
ている請求項9に記載のマグネトロンスパッタリング方
法。 - 【請求項11】 ターゲットの内周に沿って配された磁
石と、ターゲットの外周に沿って配された磁石とを支持
するヨークは、ターゲットに対して位置調整可能に中心
軸沿いに移動可能であり、前記ヨークを前記中心軸に沿
って移動させる移動装置を備えるようにした請求項7〜
10のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング方
法。 - 【請求項12】 ターゲットの下面にはターゲットに電
力を供給するための電極が配置されており、この電極に
は水冷用通路を形成して水冷方式により前記電極を冷却
するようにした請求項7〜11のいずれかに記載のマグ
ネトロンスパッタリング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7172210A JPH08100257A (ja) | 1994-07-08 | 1995-07-07 | マグネトロンスパッタリング装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15753194 | 1994-07-08 | ||
| JP6-157531 | 1994-07-08 | ||
| JP7172210A JPH08100257A (ja) | 1994-07-08 | 1995-07-07 | マグネトロンスパッタリング装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08100257A true JPH08100257A (ja) | 1996-04-16 |
Family
ID=26484947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7172210A Pending JPH08100257A (ja) | 1994-07-08 | 1995-07-07 | マグネトロンスパッタリング装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08100257A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012514128A (ja) * | 2008-12-26 | 2012-06-21 | フンダシオン テクニケル | アーク・エバポレーターおよびアーク・エバポレーターの操作方法 |
| CN111996505A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-27 | 包头稀土研究院 | 磁控溅射铁磁性靶材的装置 |
| CN114761610A (zh) * | 2019-12-03 | 2022-07-15 | 日东电工株式会社 | 磁控溅射成膜装置 |
-
1995
- 1995-07-07 JP JP7172210A patent/JPH08100257A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012514128A (ja) * | 2008-12-26 | 2012-06-21 | フンダシオン テクニケル | アーク・エバポレーターおよびアーク・エバポレーターの操作方法 |
| CN114761610A (zh) * | 2019-12-03 | 2022-07-15 | 日东电工株式会社 | 磁控溅射成膜装置 |
| CN114761610B (zh) * | 2019-12-03 | 2023-10-03 | 日东电工株式会社 | 磁控溅射成膜装置 |
| CN111996505A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-27 | 包头稀土研究院 | 磁控溅射铁磁性靶材的装置 |
| CN111996505B (zh) * | 2020-07-10 | 2023-07-14 | 包头稀土研究院 | 磁控溅射铁磁性靶材的装置 |
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