JPH0941137A - マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マグネトロンスパッタリング装置において、タ
ーゲット表面状に発生される磁場の分布を改善して基板
に開いた微細な穴に良好に成膜できるようにすること。 【解決手段】磁石によりターゲットの表面に形成される
磁場の垂直磁場強度０での水平磁場強度が１４０ガウス
以上でしかも水平磁場強度０での垂直磁場強度が６０ガ
ウス以上となるような磁場分布をもつように磁石を構成
すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体や
電子機器の製造工程で基板上に薄膜を形成するのに使用
されるマグネトロンスパッタリング装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体あるいは電子機器の製造工程にお
いて、薄膜を基板上に形成する場合、取り扱いの容易さ
や制御性のよさからマグネトロンスパッタリング法が多
く利用されている。公知のようにスパッタリング法は、
真空槽内に成膜させたい物質のターゲットと基板とを対
向させ配置し、真空槽内にはアルゴン等の放電ガスを導
入すると共に真空槽内を一定の減圧状態に維持し、ター
ゲット側に負電圧を印加して放電を起こさせ、放電中の
電離されたガス分子（イオン）が負電圧で加速されてタ
ーゲットに入射し、ターゲット表面の原子を叩きだし、
こうして叩き出され余弦則によって様々な方向に飛び出
していく原子の内の一部が基板上に堆積して薄膜を形成
するようにしたものである。これに対しマグネトロンス
パッタリングでは、さらに、ターゲットの裏面に磁石を
設け、ターゲット表面での磁場により放電を効率よく起
こすようにしている。

【０００３】添附図面の図５に従来のマグネトロンスパ
ッタリング装置の構成を概略的に示す。Ａは真空槽でそ
の中には成膜させたい物質のターゲットＴがターゲット
電極Ｂに装着され、ターゲットＴに対向して基板Ｓが基
板ホルダＣに装着されている。ターゲット電極Ｂの裏面
には磁石Ｄが設けられ、符号Ｅで示すような磁力線を発
生する。また真空槽Ａには放電ガスを導入する導入口Ｆ
及び真空槽Ａ内を一定の減圧状態に維持するための排気
口Ｇが設けられている。またＨは直流電源で、ターゲッ
ト電極Ｂに負電圧を印加して放電を起こさせるようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常のスパッタリング
では、ターゲットと基板の間の距離（Ｔ／Ｓ距離）は３
０〜６０mm程度である。これは、通常のスパッタリング
の放電圧力が１０^-1Pa台であり、この圧力ではスパッタ
されたターゲット分子が放電ガス分子と衝突せずに基板
に達成できる距離が３０〜６０mmであるからである。と
ころで半導体或いは電子機器の製造工程には、図６に示
すような、基板Ｓに開いた微細な穴をスパッタリングで
埋めるという工程がある。近年この穴はより細くなって
きており、通常のスパッタリングでは、基板に斜めに入
射するスパッタリング原子が多いため、穴の開口部付近
にのみ膜がつき（図６のＢ参照）、最終的には図６のＣ
のように穴が完全に埋められないという結果になる。そ
こでスパッタリング原子が基板に垂直に近く入射するよ
うにＴ／Ｓ距離を１００mm以上に離して成膜を行なう方
法が採られている。しかし、Ｔ／Ｓ距離を長くすると、
従来の１０^-1Pa台では、スパッタリング原子と放電ガス
分子の衝突が起こり、スパッタリング原子が基板に到達
しなかったり、斜めに入射したりしてしまうので、１０
^-2Pa台で放電させる必要がある。

【０００５】マグネトロンスパッタリングに用いられる
磁石の一例を図７に示す。この磁石は図５に示すように
ターゲットの裏面側に配置され、ターゲット表面での磁
場の強さを測定した結果の１つを図９に示す。図９は、
ターゲット表面での磁場の強さのターゲット面に平行で
ターゲットの半径方向の成分（Ｂ（水平））とターゲッ
ト面に垂直方向の成分（Ｂ（垂直））をターゲットの中
心から外周方向に測定子を移動させながら測定したもの
である。この磁石を用いて放電を行ったところ３×１０
^-1Pa以上の高い圧力でしか放電は開始しなかった。また
マグネトロンスパッタリングに用いられる磁石の別の従
来例を図８に示し、その磁石の強さを測定した結果の１
つを図１０に示す。この磁石を用いて放電を行ったとこ
ろやはり３×１０^-1Pa以上の高い圧力でしか放電は開始
しなかった。

【０００６】以上述べてきたように、ターゲットの裏面
に磁石を配置しただけでは、マグネトロン放電は起こす
が、１０^-2Pa台の低い圧力では放電開始しない場合があ
ることが認められた。そこで、本発明は１０^-2Pa台で放
電開始可能な磁場の強さを満たす磁石を用いたマグネト
ロンスパッタリング装置を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、スパッタリングされるべきター
ゲットの背後に磁石を設け、ターゲットの前方に閉ルー
プの磁場を形成するマグネトロンスパッタリング装置に
おいて、上記磁石は、ターゲット表面における垂直磁場
強度が０となる位置での水平磁場強度が１４０ガウス以
上で、しかも水平磁場強度が０となる位置での垂直磁場
強度が６０ガウス以上となるような磁場分布を有するよ
うに構成され、１０^-2Pa台の低い圧力で放電を開始でき
るように構成したことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明においては、ターゲット表面における垂
直磁場強度が０となる位置での水平磁場強度が１４０ガ
ウス以上で、しかも水平磁場強度が０となる位置での垂
直磁場強度が６０ガウス以上となるような磁場分布をも
つように磁石を構成しているので、１０^-2Pa台での放電
開始が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添附図面の図１及び図２を
参照して本発明の実施の形態について説明する。図７及
び図８に示す形の磁石を多数作り、様々な磁場の強さや
磁場分布での放電開始できる圧力を調べた。その結果を
図１に示す。図１に示すグラフの横軸は垂直磁場の強度
が０となる位置（図２のＡ点）での水平磁場の強度であ
り、縦軸は水平磁場の強度０となる位置（図２のＢ点）
での垂直磁場の強度を表す。図１において黒の印は１０
^-1Pa台で放電開始した条件で、白ぬきの印は１０^-2Pa台
で放電開始できた条件を示している。この結果から垂直
磁場の強度が０での水平磁場強度が１４０ガウス以上
で、水平磁場強度が０での垂直磁場の強度が６０ガウス
以上の両方を満たさなければならないことがわかる。そ
こで本発明では、１０^-2Pa台の低い圧力で放電開始する
ために、ターゲット表面における垂直磁場の強度が０で
の水平磁場強度が１４０ガウス以上で、水平磁場強度が
０での垂直磁場強度が６０ガウス以上の両方の条件を満
たす磁場分布を有する磁石が用いられ、これらの条件を
満足する磁石として図７のような外形をもち、ターゲッ
ト表面での磁場分布が図２に示すような特性をもつ磁石
を用意した。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図３に示す。１は真空槽
で、アルゴンガス等の放電ガスを導入する放電ガス導入
口２及び真空槽１内を一定の減圧状態に維持するための
真空排気口３を備えている。真空槽１内には、成膜させ
たい物質のターゲット４がターゲット電極５に装着さ
れ、またターゲット４に対向して基板６が基板ホルダ７
に装着されている。そしてターゲット電極５は直流電源
８の負極に接続されている。またターゲット電極５の裏
面には磁石９が設けられ、この磁石９は図示したように
ターゲット４の中心から偏心して配置され、回転機構
（図示せず）によりターゲットの中心を軸に回転可能に
なっている。磁石９によってターゲット４の表面に形成
される磁場の強さは、垂直磁場強度０での水平磁場強度
が１４０ガウス以上で、しかも水平磁場強度０での垂直
磁場強度が６０ガウス以上となっている。Ｔ／Ｓ距離は
通常のスパッタリングの場合より長く１００mm以上にさ
れている。ターゲット４と対向して配置される処理すべ
き基板６の表面には、図４に示すような直径約１μｍ、
深さが１〜２μｍ程度（すなわち高いアスペクト比）の
穴６ａが形成されている。

【００１１】以下図示装置の動作について説明する。図
３において、真空槽１は、真空排気口３から排気しなが
ら放電ガス導入口２からアルゴンガス等の放電を導入
し、１０^-2Pa台に保たれる。磁石９を回転させながらタ
ーゲット電極５に直流電源８から４００〜５００Ｖ程度
の電圧を印加すると、ターゲット４の前面で放電が開始
され、ターゲット４の表面はスパッタリングされる。こ
うしてスパッタリングされた原子は様々な方向に向かっ
て飛び出すが、Ｔ／Ｓ距離が通常のスパッタリング装置
より長く設定しているため、ターゲット４の表面から垂
直に近い方向に飛び出した原子だけが基板６に到達する
ことができる。また、Ｔ／Ｓ距離は上述のように長い
が、圧力が１０^-2Paと低いため、スパッタリングされた
原子は、途中でガス分子と衝突することなく基板に到達
できる。このため、基板にはほぼ垂直に原子が入射して
いるため、基板６の表面に開いた穴６ａには図４に示す
ように穴の底にも成膜できるようになる。

【００１２】ところで本発明の実施の形態では磁石は図
７及び図８に示すような外側がＮ極、内側がＳ極となる
ように構成しているが、ターゲット表面での磁場の強さ
は絶対値が問題となるので、外側がＳ極、内側がＮ極と
なるように磁石を構成することもできる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
マグネトロンスパッタリング装置においては、磁石によ
りターゲットの表面に形成される磁場の垂直磁場強度０
での水平磁場強度が１４０ガウス以上でしかも水平磁場
強度０での垂直磁場強度が６０ガウス以上となるような
磁場分布をもつように磁石を構成しているので、１０^-2
Pa台の低い圧力で放電開始できるようになる。これによ
りＴ／Ｓ距離を１００mm以上に離しても、スパッタリン
グされた原子が基板に到達するまでに放電ガス分子に衝
突して散乱されることがなくなり、その結果基板に斜め
に入射する原子が少なくなり、基板上に開いた微細な穴
の底にも成膜することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態において使用される磁石
の磁場強度を示すグラフ。

【図２】 本発明の実施の形態において使用される磁石
によってターゲット表面に発生される磁場の分布状態を
示すグラフ。

【図３】 本発明の一実施例によるマグネトロンスパッ
タリング装置を示す概略線図。

【図４】 本発明のマグネトロンスパッタリング装置を
用いて実施した基板上の穴の成膜状態を示す拡大部分断
面図。

【図５】 従来のマグネトロンスパッタリング装置の構
成を示す概略断面図。

【図６】 基板上の微細な穴の成膜を説明する拡大部分
断面図。

【図７】 従来のマグネトロンスパッタリング装置にお
いて利用される磁石の一例を示す概略線図。

【図８】 従来のマグネトロンスパッタリング装置にお
いて利用される磁石の別の例を示す概略線図。

【図９】 図７の磁石の発生する磁場の分布状態を示す
グラフ。

【図１０】図８の磁石の発生する磁場の分布状態を示す
グラフ。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 放電ガス導入口 ３ 真空排気口 ４ ターゲット ５ ターゲット電極 ６ 基板 ７ 基板ホルダ ８ 直流電源 ９ 磁石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングされるべきターゲットの
   背後に磁石を設け、ターゲットの前方に閉ループの磁場
   を形成するマグネトロンスパッタリング装置において、
   ターゲット表面における垂直磁場強度が０となる位置で
   の水平磁場強度が１４０ガウス以上で、しかも水平磁場
   強度が０となる位置での垂直磁場強度が６０ガウス以上
   となるような磁場分布を有するように上記磁石を構成
   し、１０^-2Pa台の低い圧力で放電を開始できるようにし
   たことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 上記磁石が、ターゲットの中心から偏心
   して配置され、ターゲットの中心を軸に回転可能に設け
   られている請求項１に記載のマグネトロンスパッタリン
   グ装置。