JPH09209141A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレスパッタ時においてターゲットを均一に
クリーニングすることができるマグネトロンカソードを
備えたスパッタリング装置を提供する。 【解決手段】 磁石１とターゲット１０の設置位置との
間の位置関係を変更可能とし、その位置関係の変更によ
ってターゲット１０の設置位置の近傍に漏洩磁場を選択
的に形成する。通常のスパッタを行う場合には、磁石１
とターゲット１０との距離を近づけターゲット１０の近
傍に漏洩磁場が形成されるように変更し、効率のよいス
パッタを行う。また、プレスパッタを行う場合には、磁
石１とターゲット１０との距離を離してターゲット１０
の近傍に形成される漏洩磁場の強度を弱めて、ターゲッ
ト全域を均等にスパッタし均一なクリーニングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は、イオンが陰極で
あるターゲットに衝突し、そこからスパッタされる粒子
が対向して置かれた陽極側の基板上に堆積する現象を利
用する薄膜形成装置である。スパッタリングとしてマグ
ネトロン放電を利用したマグネトロンスパッタが知られ
ている。このマグネトロンスパッタはマグネトロンカソ
ードを備え、直交する電場と磁場によって高密度プラズ
マをターゲットの近傍に閉じ込めてスパッタ効率を高め
ている。

【０００３】図４は従来のスパッタリング装置のマグネ
トロンカソードを説明するための概略構成図である。な
お、図４ではスパッタリング装置の内でマグネトロンカ
ソードのみの構成を示している。マグネトロンカソード
は、バッキングプレート３に取り付けられたターゲット
１０に対し、該バッキングプレート３を挟んで基板と反
対側の近傍に磁石１を備える。この磁石１は、中心に置
かれる磁石と、該磁石と逆極性で外側に配置される環状
磁石とをヨーク２で磁気的に閉じた構成であり、図中の
破線で示す半円状の磁力線４によってターゲット１０の
基板側の近傍に漏洩磁場を形成する。マグネトロンカソ
ードは、この磁力線４に直交する方向に電場（図示して
いない）を加え、これによって、高密度プラズマをター
ゲット１０の基板側の近傍に閉じ込めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スパッタリング装置に
よる薄膜形成では、通常、プレスパッタによってターゲ
ットの表面の汚れを除去するクリーニング処理を行った
後、スパッタリングを行って基板上に薄膜を形成する。

【０００５】図５は、従来のスパッタリング装置のマグ
ネトロンカソードによる作用を説明する図である。従来
のマグネトロンカソードでは、磁石１による漏洩磁場と
図示しない電場との作用によって、ターゲット１０の基
板１２側に発生するイオン電流密度分布に疎密が形成さ
れる。図中のＰ，Ｒで示される領域では、電子は磁力線
４に沿って螺旋状に運動してターゲット１０の近傍に捕
らえられイオン電流密度を密とし、ターゲット１０を効
率よくスパッタする。ターゲット１０はこのスパッタに
よって浸食されてエロージョン１１を形成する。これに
対して、Ｏ，Ｑ，Ｓで示される領域ではイオン電流密度
は疎であり、ターゲット１０はほとんどスパッタされな
い。

【０００６】従来のマグネトロンカソードでは、プレス
パッタ時と通常のスパッタ時のいずれの動作状態におい
ても同様の作用を行う。そのため、ターゲット１０の表
面の汚れを除去することを目的とするプレスパッタ時に
おいて、図中のＯ，Ｑ，Ｓで示される領域では、ほとん
どスパッタが行われないためクリーニングが不十分とな
るという問題がある。また、図中のＰ，Ｒで示される領
域からスパッタされて放出された粒子が、図中のＯ，
Ｑ，Ｓで示されるスパッタが行われにくい領域に着く場
合がある。この粒子は、さらにターゲット１０から基板
１２上に付着して基板自体を汚染するおそれがあるとい
う問題も発生する。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来のスパッタ
リング装置のマグネトロンカソードの問題点を解決し、
プレスパッタ時においてターゲットを均一にクリーニン
グすることができるマグネトロンカソードを備えたスパ
ッタリング装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、スパッタリン
グ装置において、磁石とターゲット設置位置との間の位
置関係を変更可能とし、その位置関係の変更によってタ
ーゲット設置位置の近傍に漏洩磁場を選択的に形成する
マグネトロンカソードを備えることによって、前記目的
を達成する。

【０００９】本発明のスパッタリング装置が備えるマグ
ネトロンカソードは、ターゲットの近傍に直交する磁場
と電場を形成し、これによって形成されるマグネトロン
放電を利用してスパッタリングを行うカソードであり、
磁石とターゲット設置位置との間の位置関係を変えるこ
とによって、ターゲット設置位置の近傍に漏洩磁場の形
成したり、漏洩磁場の強度を弱めることができるもので
ある。

【００１０】本発明のスパッタリング装置のマグネトロ
ンカソードによって通常のスパッタを行う場合には、磁
石とターゲットとの位置関係を、ターゲットの近傍に漏
洩磁場が形成されるように変更し、これによって効率の
よいスパッタを行う。また、本発明のスパッタリング装
置のマグネトロンカソードによってプレスパッタを行う
場合には、磁石とターゲットとの位置関係を、ターゲッ
トの近傍に電子を捕捉するための漏洩磁場が弱められる
ように変更し、これによってターゲット全域を均等にス
パッタし均一なクリーニングを行う。

【００１１】本発明の第１の実施態様は、磁石とターゲ
ット設置位置との位置関係の変更を、両者間の距離を変
更することによって行うものである。これによって、磁
石をターゲットに近づけてターゲットの外側に電子を捕
捉可能な漏洩磁場を形成し、ターゲット近傍に高密度プ
ラズマを閉じ込めることにより通常のスパッタを効率よ
く行い、一方、磁石をターゲットから遠ざけてターゲッ
トの外側に形成する漏洩磁場の強度を弱くして、コンベ
ンショナルスパッタを行うことにより、ターゲット全域
を均一にスパッタする。

【００１２】本発明の第２の実施態様は、磁石とターゲ
ット設置位置との位置関係を、両者の対向面と直交する
方向に磁石を移動し、これによって磁石とターゲット設
置位置との距離を変更するものである。また、本発明の
第３の実施態様は、磁石とターゲット設置位置との位置
関係を、両者の対向面と平行な方向に磁石を移動し、こ
れによって磁石とターゲット設置位置との距離を変更す
るものである。

【００１３】また、前記実施態様において、距離の変更
は磁石の直線移動あるいは回転移動によって行うことが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１，図２，および図３を用いて説明す
る。図１，図２は本発明のスパッタリング装置のマグネ
トロンカソードの一実施形態の構成を説明するブロック
図である。なお、図１，図２ではスパッタリング装置の
内でマグネトロンカソードのみの構成を示している。ま
た、図３は本発明のスパッタリング装置の概略全体図を
示している。図３に示す構成は、本発明のスパッタリン
グ装置の一構成例である。この構成例では、チャンバ１
４内にマグネトロンカソード９を設け、該マグネトロン
カソード９に設けたターゲットによって、同じくチャン
バ１４内に配置した基板１２に対してスパッタを行う。

【００１５】また、図１，図２において、マグネトロン
カソードはカソードボディ７を備え、該カソードボディ
７にはバッキングプレート３が固定され、さらにこのバ
ッキングプレート３は基板（図示しない）に対向する側
にターゲット１０を取付け可能としている。磁石１は中
心に置かれる磁石と、該磁石と逆極性で外側に配置され
る環状磁石とをヨーク２で磁気的に閉じた構成であり、
図中の破線で示す半円状の磁力線４を形成する。また、
ヨーク２にはシャフト６が取り付けられ、シャフト６は
カソードボディ７に対してスライド移動可能に取り付け
られる。これによって、磁石１はシャフト６の移動によ
ってターゲット１０の設置位置からの距離を変更するこ
とができる。

【００１６】図１は通常のスパッタ時における磁石１の
位置を示し、図２はターゲットをクリーニッグする際の
プレスパッタ時における磁石１の位置を示している。図
１に示す通常のスパッタ時では、シャフト６はバッキン
グプレート３側に移動し、磁石１はその磁力線４をター
ゲット１０の近傍に形成し、この磁力線４はターゲット
１０の基板側に漏洩磁場による磁力トンネル５を形成す
る。漏洩磁場は直交する電場（図示しない）とともにタ
ーゲットの外側に電子を捕捉可能な漏洩磁場を形成し、
高密度プラズマをターゲット１０の基板側の近傍に閉じ
込めてマグネトロン放電を生じさせてマグネトロンスパ
ッタを行うことができる。これによって、ターゲット１
０は磁力トンネル５の近傍では良好なスパッタが行われ
る。

【００１７】また、図２に示すプレスパッタ時では、シ
ャフト６は図中の矢印で示すようにバッキングプレート
３側から離れる方向に移動し、磁石１による磁力線４を
ターゲット１０の近傍から離してターゲット１０への漏
洩磁場の強度を下げる。これによって、ターゲット１０
の基板側のイオン電流密度は漏洩磁場の影響を受けない
ため均等となり、ターゲット１０は全域に渡って均一な
スパッタが行われる。この均一なスパッタによって、タ
ーゲット１０の表面は均一なクリーニングが行われる。

【００１８】プレスパッタ時において、磁石１とターゲ
ット１０が設置される位置との離隔距離は、磁石強度や
磁石やマグネトロンカソード全体の大きさや形状等によ
って設定できるが、一般に通常のスパッタ時でのターゲ
ット１０の近傍の漏洩磁場の強度は例えば２５０ガウス
から３００ガウス程度であり、プレスパッタ時には漏洩
磁場の強度を例えば１００ガウス程度より小さな大きさ
とすることによって、実用的に均一なクリーニングを実
施することができる。

【００１９】次に、本発明の実施の第２の形態の構成例
について、図６，図７の本発明のスパッタリング装置が
備えるマグネトロンカソードの第２の実施の形態の構成
を説明するブロック図を用いて説明する。なお、図６，
図７ではスパッタリング装置の内でマグネトロンカソー
ドのみの構成を示している。

【００２０】図６，図７において、マグネトロンカソー
ドはカソードボディ７を備え、該カソードボディ７には
バッキングプレート３が固定され、さらにこのバッキン
グプレート３は基板（図示しない）に対向する側にター
ゲット１０を取付け可能としている。磁石１は前記第１
の実施の形態と同様とすることができ、図中の破線で示
す半円状の磁力線４によって漏洩磁場を形成する。磁石
１の閉磁路を形成するヨーク２にはシャフト６が取り付
けられ、シャフト６はカソードボディ７に対して回転可
能に取り付けられる。これによって、磁石１はシャフト
６の回転によってターゲット１０の設置位置からの距離
を変更することができる。

【００２１】図６は通常のスパッタ時における磁石１の
位置を示し、図７はターゲットをクリーニッグする際の
プレスパッタ時における磁石１の位置を示している。図
６に示す通常のスパッタ時では、シャフト６を回転して
磁石１をターゲット１０側に移動させ、磁力線４をター
ゲット１０の近傍に形成させる。この磁力線４はターゲ
ット１０の基板側に漏洩磁場による磁力トンネル５を形
成し、漏洩磁場は直交する電場（図示しない）とともに
高密度プラズマをターゲット１０の基板側の近傍に閉じ
込めてマグネトロン放電を生じさせてマグネトロンスパ
ッタを行い、良好なスパッタを行わせる。

【００２２】また、図７に示すプレスパッタ時では、シ
ャフト６は図中の矢印で示すようにターゲット１０側か
ら離れる方向に回転し、磁力線４をターゲット１０の近
傍から離して、ターゲット１０への漏洩磁場の強度を下
げる。これによって、ターゲット１０の基板側のイオン
電流密度は漏洩磁場の影響を受けないため均等となり、
ターゲット１０は全域に渡って均一なスパッタが行われ
る。この均一なスパッタによって、ターゲット１０の表
面は均一なクリーニングが行われる。

【００２３】次に、本発明の実施の第３の形態の構成例
について、図８，図９の本発明のマグネトロンカソード
の第３の実施の形態の構成を説明するブロック図を用い
て説明する。なお、図８，図９ではスパッタリング装置
の内でマグネトロンカソードのみの構成を示している。

【００２４】図８，図９において、マグネトロンカソー
ドはカソードボディ７を備え、該カソードボディ７には
バッキングプレート３が固定され、さらにこのバッキン
グプレート３は基板（図示しない）に対向する側にター
ゲット１０を取付け可能としている。磁石１は前記第
１，２の実施の形態と同様とすることができ、図中の破
線で示す半円状の磁力線４を形成する。磁石１の閉磁路
を形成するヨーク２にはシャフト６が取り付けられ、シ
ャフト６はカソードボディ７に対してターゲット１０と
平行な方向に移動可能に取り付けられる。これによっ
て、磁石１はシャフト６の移動によってターゲット１０
の設置位置からの距離を変更することができる。

【００２５】図８は通常のスパッタ時における磁石１の
位置を示し、図９はターゲットをクリーニッグする際の
プレスパッタ時における磁石１の位置を示している。図
８に示す通常のスパッタ時では、シャフト６をターゲッ
ト１０と平行な方向に移動して磁石１をターゲット１０
側に移動させ、磁力線４をターゲット１０の近傍に形成
する。この磁力線４はターゲット１０の基板側に漏洩磁
場による磁力トンネル５を形成する。漏洩磁場は直交す
る電場（図示しない）とともに高密度プラズマをターゲ
ット１０の基板側の近傍に閉じ込めてマグネトロン放電
を生じさせてマグネトロンスパッタを行い、良好なスパ
ッタを行わせる。

【００２６】また、図９に示すプレスパッタ時では、シ
ャフト６は図中の矢印で示すようにターゲット１０側か
ら離れる方向にターゲット１０と平行な方向に移動し、
磁力線４をターゲット１０の近傍から離して、ターゲッ
ト１０への漏洩磁場の強度を下げる。これによって、タ
ーゲット１０の基板側のイオン電流密度は漏洩磁場の影
響を受けないため均等となり、ターゲット１０は全域に
渡って均一なスパッタが行われる。この均一なスパッタ
によって、ターゲット１０の表面は均一なクリーニング
が行われる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スパッタリング装置のマグネトロンカソードにおいて、
プレスパッタ時にターゲットを均一にクリーニングする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードの一実施形態の構成を説明するブロック図であ
る。

【図２】本発明のスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードの一実施形態の構成を説明するブロック図であ
る。

【図３】本発明のスパッタリング装置の概略全体図を示
している。

【図４】従来のスパッタリング装置のマグネトロンカソ
ードを説明するための概略構成図である。

【図５】従来のスパッタリング装置のマグネトロンカソ
ードによる作用を説明する図である。

【図６】本発明のスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードの第２の実施の形態の構成を説明するブロック図
である。

【図７】本発明のスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードの第２の実施の形態の構成を説明するブロック図
である。

【図８】本発明のスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードの第３の実施の形態の構成を説明するブロック図
である。

【図９】本発明のスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードの第３の実施の形態の構成を説明するブロック図
である。

【符号の説明】

１…磁石、２…ヨーク、３…バッキングプレート、４…
磁力線、５…磁力トンネル、６…シャフト、７…カソー
ドボディ、８…電子の軌跡、９…マグネトロンカソー
ド、１０…ターゲット、１１…エロージョン、１２…基
板、１４…チャンバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁石とターゲット設置位置との間の位置
   関係を変更可能とし、前記位置関係の変更はターゲット
   設置位置の近傍に漏洩磁場を選択的に形成するマグネト
   ロンカソードを備えたことをを特徴とするスパッタリン
   グ装置。