JPS583976A - スパツタリングによる成膜方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜材料のスパッタ装置で使用する。

、ターゲット平板の長特命化と試料表面上の堆積膜厚分
布を制御子ることを図ったプレーナーマグネトロン方式
のスパッタリングによる成膜方法及びその装置に関する
ものである。　　　　１゜スパッタリング技術は、低圧
の雰囲気ガスを。

グロー放電を起こしてイオン化（プラズマ状）し、陰陽
１！極間に印加された高電圧により、そのプラズマ状イ
オンが加速されて、陰極におかれたターゲット材料の平
板に衝突させられる。

衝突させられたイオンにより飛び出された夕・−ゲット
材料の構成原子又は粒子は、陽極近傍に設けられた基板
上に付着堆積して、ターゲラ・ト材料の薄膜を形成する
技術である。

この場合、グロー放電によって発生したイ第５ンを空間
内に高密度に閉じ込め、これをターゲット材料平板上に
有効に運び込むことが、堆積。

速度を改善し、電子による基板の損傷を低減する上で重
要となっている。

そのために前記のイオンをターゲット材料平１．（板面
上の空間領域に閉じ込め高密度化を図ることが有効であ
る。そして、磁界構成が検討され。

て来ている。

特Ｖこプレーナーマグネトロン方式スパッタリング装置
は、その堆積速度が従来の抵抗加熱型、５真空蒸着装置
に匹敵する程度になるに及び、近年薄膜集積回路や半導
体デバイス用の薄膜形成。

装置として、その生産用成膜工程に多用されるに到った
。

第１図は良く知られた従来技術によるプレー２１１ナー
マグネトロン方式スパッタリング装置のターゲット材料
平板近傍の構造を示す概念説明断・面図である。ターゲ
ット材料平板（以下タープ。

ット平板という）１の裏面にヨーク６により磁。

気結合されたリング状磁極２と、そのリング状５磁極２
の中心部に円柱状磁石５とが、磁気回路を構成して配置
されている。これらの磁極２゜６によってターゲット１
０表面側（第１図１の。

下側）の空間に磁力線の分布、換旨すれば円環体（７’
ａｒｕｚ　）の高さ方向に垂直な平面で半裁し、１゜そ
の半裁面がターゲット平板１０表面に平行に。

おかれた半円環状磁界分布、通称トンネル状磁。

界分布１１が発生する。このトンネル状磁界分布。

１１によって、その内部に上記プラズマ状イオンが高濃
度に閉じ込められる（図示せず）。この１゜プラズマ状
イオンは、さらに陽＃！、１０とターゲット平板１の裏
面に絶縁スペーサ８を介して設置された陰極７間に印加
された高電圧により発生。

しているターゲット平板１０表面にほぼ垂直な電界によ
って加速され、ターゲット平板１表面に衝突し、その結
果、ターゲット１表面から順次、その原子又は粒子がは
じき出され、侵食領。

域１２が形成される。

なお５は水冷機構である。この侵食領域１２は。

以上の説明から推定されるように、スパツタリ。

ング工程の時間経・Ｉ＆に伴って侵食度が進むが、。

この侵食は堰常第１図に示す構成のターゲット。

平板構造体では、ターゲット平板の特定の領域に限定さ
れて進行するために、実効的には侵食。

領域の体積程度しか使用できないとされる。　１，１し
たがって初期的Ｖこは目的とする均一な膜厚。

分布が得らねても、さらに、かかる侵食領域の形成によ
って、はじき出されるターゲット材料。

の原子のけじき出される方向及び量が変化するために、
試料基板表面上の被堆積薄膜の膜厚分１゜布が経時的に
変化し、許容される成膜膜厚分布のかたまりが大となり
、ターゲット材料の板厚を消耗し切ることにするよりは
むしろ膜厚分布の経時劣化によりターゲット材料の寿命
が決定ちれてしまう欠点がある。

七のために、多数の試寧」基板に連続して成膜・したい
とか長時間のスパッタリング工程を実行したい場合にそ
の実行が不用能となシ、これが従来のスパッタリング工
程の限界とされていた。

のである。その後この欠点を除くために上記侵５食領域
１２が広面積でターゲット平板１表面上に。

発生するように磁界分布１１を変化してやること。

が提案された（特開昭５１−８６０８５．特開昭５３−
１７５８６　）。

この技術の理論的背景ないし、技術的思想は、。

特開昭５１−８６０８５号公報の第２頁、右下の欄、。

第１９行目から第３頁、左上の欄、第２行目にある如く
、「最大のターゲット侵食は、磁力線が。

ターゲツト板に平行になる上記の点或は領域に揃い且つ
この領域の下に横たわっている領域に、。

おいて発生する」にあるとされ、かくして特開昭５１−
８６０８３号公報においては、その特許請求の範囲の第
１項に記載された文言にあるごとく第１の磁界手段に対
して、前記の源に垂直な方向に補助的な可変磁界を発生
させ、補助的な町、。

変磁界を変化させてその合成磁力線が前記の源と平行に
なる位ｆを連続的に移動させる第２の磁石手段金具１ｊ
隋したものであるとし、具体的な技術として図面の第４
図に示す電磁石を孤立的に配置した実１血例を開示して
いる。他　特開昭。

５５−７５８６号公報においては、その技術は端的。

に述べれば、磁石手段そのものを機械的に移動。

するものでろも。

しかるに、本枦発明者らは上記の公知列中の。

技術的思想に対しても、本願発明者の実験事実Ｉｌｌに
照らし合わせて再検討し、上記公知列に示された技術的
手段よりも一層その効果が改善され、。

さらに新たに、堆積した薄膜の膜厚およびその分布をほ
ぼ任意に制御できる技術を実現するととができた。　　
　　　　　　　　　　　　　　）。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、均
一な模写分布が１嶋られ、且実用に供せられるようにし
たプレーナーマグネトロン方式スパッタリングによる成
膜方法及びその装置を提供するにある。

本発明の要点とするところは、磁束線が−の磁束源から
発生した場合には、その性質として磁束同志は交鎖する
ことがなく、磁束線相互にｍａｘｒａａｌｔ応力なる引
力ないし斥力が作用していることに鑑み、少くとも三つ
の磁極面を有する。

−の磁束源を構成し、その一部の磁極面に発生。

する磁束量を制御して、残りの他の磁極面に発。

する磁束量およびその分布の立つ位置、すなわちプラズ
マの立つ領域を容易に且巾広く移動させるようにしたプ
レーナーマグネトロン方式スｌ。

バッタリング装置であって、その一部の磁極体に設けた
電磁石にスパッタリング工程中所定周。

期をもって変化する電流を流し、同時にこの所。

定の周期に同期させてスパッタ電力を増減させて環状の
プラズマ発生領域を所定の周期で少り、。

とも１回以上移動させながらスパッタ量を増減させてそ
れぞれの環状プラズマ発生領域において見られる成膜膜
厚を合成して成膜をすることを特徴とするものである。

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具、！（（ 体的に説明する。

第２図及び第３図は本発明に係わるスパッタ電極構造体
の電極部分の一実施例の概略断面を示したものである。

該電極部分の主たる構成要素としては、ターゲット平板
２１　（２５４χａｍ、厚さ。

２０關、Ａｌ−２％Ｓ１）、ターゲット平板２１を例え
ば適当なろう付は手段で固定し、かつ陰極となる。

バッキングプレート２２（銅製）、該ターゲット平板２
１の第１の主面上の中空空間に所定の磁束。

分布を発生させる手段である磁界発生用ヨーク１゜２３
、内側電磁石コイル２４、外側電磁石コイル２５中心磁
極端２６、内側磁極端２７．外側磁極端２８゜電極支持
体３０．ロリング５１、陽極となるシールド３２．及び
絶縁スペーサ５５がある。

第２図に示す実施例ではターゲット平板２１は円形であ
るが、これは本実施例で用いた成膜対象となる基板が円
形であるためで、矩形の基板を用いる時には矩形のター
ゲット平板を用意することが適当であろう。すなわち本
実施例で述べる円形の電極構造体電極部は一実施例でろ
り矩形等の電極部の形についても本発明から外れるもの
ではない。

またバッキングプレート２２の裏側に水等の冷媒を通す
流路３４が形成され、この流路３４に外部から磁界発生
用ヨーク２３等を介して上記冷媒を供給、排出するバイ
ブ３５．５６が設けられ、。

ターゲット平板２１を冷却するようにＷｔ成している。

第４図は１本電極ｍ造体の励磁用電源の概略。

構成を示したものである。該励磁電源部の主たｌ。

る構成要素としては、内側′電磁石コイル２４、外側電
磁石コイル２５を全く別に制御するために。

電流供給回路が、２つ組み込まれてｂる。該励磁電源部
、該内側および外側電磁石コイル２４．２５に印加する
電流を全く任意に、すなわち、呻間的に変化せぬ一定電
流または一定の周期をもった矩形波状、三角波状、交流
波形等の電流波形に設定することができるようにマイク
ロプロセッサ４１とメモリ４２を用いており、キーボー
ド４３．または適当な外部記憶装置４０　（例えば磁気
テープ、磁気ディスク）から所定の電流波形に関する情
＠を与え、マイクロプロセッサ４１の出力をデジタル−
アナログ信号変換器４４ｇ、４４ｂ（Ｄ−Ｊコンバータ
）に加え、これをさらに電流増幅器４５α、４５ｈＶＣ
て該内、外側電磁石５コイル２４．２５を励磁できるだ
けの所定の強度にまで増幅する。

第４図の該励磁電源部は、制御対象としては該内、外側
電磁石コイル２４．２５を扱うので、定電流特性をもつ
電源であり、また出力電流検出１）部４６ａ、４６Ａに
より、出力電流すなわち該各電磁石電流値を検出し、こ
れをｖ／ｉ変換器４４ａ、・４４により与えられる所定
の電流値と比較し、補・正を行うために、電流増幅器４
５ａ、４５４に情報を帰還する手段金もっている。　　
　　　　　１゜スパッタリングを行わせしめる放１！電
力を供給す乙ための高圧電源すなわちスパッタ電源に。

は従来からよく知られているように０〜８００程。

腿の出力電圧と０〜１５．４程度の出力電流をもつ。

ものを用いた。またよく知られているように、４□、１
グロー放電へ投入する電力を制御するために。

この高圧電源は定電流出力特性をもつものである。

前述したとおり、ターゲット平板上でスパッタリングの
起る侵食領域Ｉ−Ｆプラズマリングの発″。

生ずる場所のほぼ直下に位置する。またプラズマリング
の発生は、通常のプレーナマグネトロ゛ンで用いる１〜
１Ｑ　ｒｎｔｏｒｒ内外のスパッタ圧力に於てはターゲ
ット平板の第１の主面上の中空空間の、ターゲット平板
の第１の主面から１０〜】１１２０鴫程度の距離におけ
る磁界ベクトルがターゲット平板の第１の主面に平行と
なる領域に集束・され、起こる。

したがって、ターゲット平板上の侵食領域の・発生位置
を知るにはターゲット平板の第１の主１５面側の中空空
間に於ける磁束分布を知ることが。

有力な手段となる。

したがって１本実施例によるスパッタ電源構。

遺体による成膜膜厚分布等の諸物件を求めは実験を行う
まえにターゲット平板２１の第１の主面１上の中空空間
２９に於ける磁束分布を測定した。

磁束分布の測定には、ガラスメータを用いた。゛第５図
及び第６図は本実施例であるスパッタ電極構造体のター
ゲット平板１の第１の主面上゛の磁束分布を擬似的に求
めるために、第２図の１本実施例とほぼ同一の大きさの
ヨーク材を製作し、実測したーレ１１である。第２図の
実施例と、・この擬似的に製作したヨークとのちがいは
、第・２図の内、外側電磁石コイル２４．２５を埋め込
んでいる溝が浅いことである。　　　　　　　　■第５
図及び第６図の縦軸は、該磁極端２６．２７２８−ヒの
高さく＝）、横軸は第２図に示したスバツ・タ電極＊令
体スパッタ電極部の中心軸、すなわち該磁極端２６の中
心軸から、外向き半径方向。

への距離←）である。外側電磁石コイル２５の起Ｉ５磁
力はそれぞれ４０：１となるようにした。第。

６図では内側電磁石コイル２４と、外側電磁石。

コイル２５の起磁力は１．５　：　１となるようにした
。

第５図及び第６図では、内側コイル２４と外側コイル２
５に流す電流の向きは、の互いに逆向き叫第５図では、
内側電磁石コイル２４と、前述したように、磁界ベクト
ルがターゲット平板２１の第１の主面と平行となる領域
にプラズマリングが発生するので、第５図及び竿６図中
そ九ぞれ５５．５４で示された領域にプラズマリングが
発生する゛。

したがって、第５図及び第６図から明らかな゛ように核
内、外側磁石コイル２４．２５に付勢す。

る起磁力を変化させることにより、プラズマリングの発
生場所を移動させることができる＠第５図及び第６図に
示した例では、該内側電ｕ＋磁石コイル２４、の起磁力
を一定とし、該外側電磁石コイル２５の起磁力を内側電
磁石コイル２４の起磁力のイ。から＜５に変化きせたが
、逆に該外側％磁石コイル２５に与える起磁力を一定と
して、該内側電磁石コイル２４に与える起磁力１５を変
化させても、第５図及び第６図と同様に磁界ベクトルが
該ターゲット平板２１こ対して平行となる領域を移動さ
せることができる。

次に本実施例における成膜膜厚分布特性について述べる
。第７図はターゲット平板上に発も、［する円環状浸食
領域の直径りに対して、ターゲット平板の第１主面上か
ら８５＆−の距離にターグツｌ−平板の第１の主面と平
行におかれた゛成膜対象基板２Ｇ上の成膜膜厚分布特性
がＬ４かに変化するかを割算で求めた例であり、本発明
の第１の−゛基本的な技術思想を説明するものである。

縦軸には成膜対象基板の中心での成膜膜厚を１００％と
した膜厚を示し、横軸には、該成膜対象基板上、核酸膜
対象基板中心からの外向き半径方向・の距Ｒ（蘭）を示
した。　　　　　　　　　　　　　１（（第７図で明ら
かなように、該円墳状の浸食領域の直径りが大であると
、該成膜対象基板上。

半径１００ｍ−程度のところに成膜膜厚分布として肩を
もつ天わは双眸の形をした成膜膜厚分布特性を１％る。

逆にＤ　ｊ６１２５−以−Ｆでは、この成膜膜）厚分布
％性上の屑は消失し、該成膜対象基板上の中心に山をも
つ、云わば単峰の成膜膜厚分布％性を出る。

以上の論議は円環状浸食領域の直径りについて述べたが
前にも述べたようにプラズマリング、１゜のほぼ直下に
この浸食領域が発生することから円環状浸食領域の直径
をそのままプラズマリングの直径と考えて差しつかえな
い。したがって第５図及び第６図に示した磁界分布特性
の制御性により、プラズマリングの直径を変化させン・
第７図に示した如き、様様な成膜膜厚分布特性。

を任意に得ることができると予想できる。

第８図に示した曲線６１け例えば第５図に示した、内側
電磁石コイル２４の電流と外側電磁石コイル２５の電流
をお互いに逆極性に通じ、かつ電磁石の起磁力を外側電
磁石コイル２５、内側電磁石コイル２４との起磁力の叱
を１：４０とした。

時に得られると予想される成膜膜厚分布特性の概念図で
あり、また第８図に示した曲線６２は。

例えば内側電磁石コイル２４と外側電磁石コイ１゜ル２
５との起磁力の比を１．５：１としてプラズマ。

リングの径を小さくした時に潜られる成膜膜厚。

分布特性の研念図である。

１つの成膜対象基板への成膜工程中に、該内外側電磁石
の起磁力を変化させ、第８図に示す７．）曲線６１．６
２の如き成膜膜厚分布を与える操作を適当に行えば、結
局は被成膜対象基板上では曲、１ｌｌｉ１６１と曲線６
２が足し合わされた合成膜厚分布として、第８図に示す
曲線６５の如き、核酸　。

嘆対象表板上の広い範囲にわたって、均一な成）膜膜厚
を得ることができる。

第９図は本実施例における成膜膜厚分布特性・の−例を
示したものであり１曲線７１け、外側電磁石コイル２５
の起磁力を０として内側電磁石コイル２４により約２０
０ガラス程度の磁界の強さを←ターゲット上で得られる
ようにした時のものである。また曲７１は内側電磁石コ
イル２４と外側電磁石コイル２５との起磁力の比を５：
１とした時の成膜膜厚分布特性を示Ｌ７たものである。

第９図の曲線７１．７２け、タルゲット平板２１の第、
。

１の主面から、成膜対象基板などの距離を８０ｆｉ。

スパッタガスとしては純度９９，９９９％のアルゴン。

ガスを用い、スパッタガス圧力は５．４ｍｔｏｒｒとし
た条件で得たものである。

第９図の縦軸には該成膜対象基板上での成膜２．ｌ速さ
を示したものであり、　４Ｒ軸は、本実施例の。

スパッタ電極部遺体のｉｌＬ　＋Ｄ部分の中心軸から半
径方向外向きｖｃとっｌｔ　、該成膜対象基板上の距＃
１（−）である。

第９図Ｖこで明らか・ｒように、外側電磁石コイ）ル２
５に与える起磁力を増大させ相対的に、内側゛電磁石コ
イル２４に与える起磁力との差を小さくすることにより
、プラズマリングの直径が小さくなり、第８図中の曲線
６２に示した如き成膜膜厚分布特性が得られ、逆に外１
１１１電磁石コイル２５１（ｌに与える起−力を小とす
ることにより、プラズマリングの直径が大となり、第８
図中の曲線６１゜の如き成）溝膜厚分布特性が得られる
。

第９図中の７１．７２の成１１’７１１％厚分布を得る
ために外側電磁石コイル５の起磁力を変化させても１５
該プラズマリングは移動するものの、グロー放電の放電
インピーダンス、すなわち、ｒｐ−ゲ。

ットに印加した電圧」−ト［ターゲラ１．に流れる電流
］には±５％以上の変化はなく、前述した如く、本実施
例Ｖこで３１、星電流出方特性をも１，１つスパッタ電
源部を使用しているため、結局ターゲットに加えられた
スパツメ電力は殆んど変化しない。

このために、一定のスパッタ電力を印加する゛という本
実施例の条件下では、プラズマリングの直径を小とした
ときには、プラズマリングの面積、すなわち、該ターゲ
ット平板上つ第１の主面ｖこてスパッタリングにより浸
食をうける領域の面積は小さくなることから、ターゲッ
ト平・板２１の第１の主面上の単位面積あたりのに力は
増加する。よく知られているように、プレーナ。

マクネトロンスパッタリングＶＣおいてＢ、ｐ　＝ゲッ
ト平板上の浸食領域Ｖこ投入される単位面積あたりの電
力に対して、成膜対象基板上における成膜速度がほぼ比
例する。したがってブラズ１５マリング径の小なる時に
は、該成膜対象基板中心領域に於ける成膜速度は、プラ
ズマリング径が大なる時に比し、第９図に示されている
ように大となっている。

第８図に示した単峰および双峰の成膜膜厚分、。

布特注を合成し、広い面積にわたりできるだけ均一な成
膜膜厚分布をキるためには、１枚の成模対象基への成膜
工埋中にプラズマリング径を小としている時間とプラズ
マリング径を大とし゛ている時間との比を５まくえらん
でやる必要が′ある。上記したプラズマリング径が小の
時に中央での成膜速度がプラズマリング径が大の時に比
し大であるという点から、必然的に［プラズマリング径
を小としている時間」＋「プラズマ・リング径を犬とし
てる時間」という比を１以下１１）にしてやらなければ
、＠１．適な膜厚分布特性を該対象基板上で碍ることは
できない。

更に、ターゲット平板上への単位面積あたり、のスパッ
タ（力の投入着に対し、その浸食とう。

ける領域での浸食量、すなわち該ターゲット平１５板の
厚さ方向への浸食の進行は比例すると考え。

られるので、プラズマリング径が小の位置に対応したタ
ーゲット平板上の領域での浸食量と、。

プラズマリング径が大の位ｔｉｕに対応した該ター。

ゲット平板上の領域での浸食量とを一致させる。。

ことが好しい。何故なら、この浸食量が不つり。

あいであれば、いづれかの浸食領域での浸食深さが先に
ターゲット平板の板厚に達し、ターゲット平板の寿命が
両浸食領で均一に浸食が進行。

する場合に比べ、ターゲット平板の寿命が短い１といえ
る。

第１０図は第９図の曲線７１，７２で示される成・模膜
厚分布特性を実際に成膜を行い合成した、・代表的な合
成成膜膜厚分布特性を示したものである。１５％の膜厚
偏差を許容し、最も広い面積０にわたって均一な成膜膜
厚を得るように、第９図の曲線７１．７２を計算上合成
させ、その条件のなかから、最屯プラズマリング径の小
なる時間が長くなるものをえらび、成膜を行った。第１
０図中○印は第９図に示された成膜膜厚分布特性５から
、計算により求めたプロットであり、ｕ線８１は、実際
に成膜を行った実測値であシ、非常によい一致を見せて
いる。

第１０図中の曲線８１の成膜条件は、第９図の。

成膜膜厚分布特性を求めたものと同一である。２゜また
内、外側電磁石コイルの励磁条件は、内側電磁石コイル
２４の起磁力は、ｖｐμ４１からの指令でＤ／Ａ変換器
４４ｍ、及び電流増幅器４５１１を介しで１００００ア
ンペアターン一定であり、外側電磁石コイルｎＰｕ４１
からの指令でＤ／Ａ変換器４４６及。

び電流増幅器の起磁力は、図９に示す如き、矩形波状の
パルス電流によりプラズマリング径最大の状態の時間Ｔ
１を１０秒間と、２０００７ンベア。

ターンで且プラズマリング径最小の状態の時間Ｔ２を２
秒間としたサイクルを周期ＴＯを１２秒で１１１１０回
繰り返えした。

な訃Ｔ１の時間は′＄電流でも負電流でもよい。

以上、実験結果も交えて述べたように、均一な成膜膜厚
分布を帰るということと、ターゲット平板の寿命を短く
しないという２つの観点から、第７図及び第８図につい
て述べた成膜膜厚分布を合成するという本発明の基本的
な第１の技術思想は、投入スパッタ電力が一宇という条
件下では［プラズマリング径が小の時間］＋「プラズマ
リング径が大の時間」という比が１未満となるように、
内、外側電磁石電流のそれぞれの大きさを変化させるこ
とにあり、逆に上記した時間の比が１以下であるような
各電磁石の励磁方法に、ターゲット平板の利用効率ない
しは寿命を向上させながら、平坦な成膜膜厚分布。

を碍ることのできる条件が存在しているのである。

従来技術である固定磁場のプレーナマグネトロン電極で
はターゲット平板の局部的な浸食が進行するに従い、急
使なターゲラ）平板の所内１（で云えば断面形状がｒ字
となるが如き谷が形成され、このＶ字谷形成の進行に伴
って、成膜膜厚分布が劣化し“Ｃゆくことについては既
に述べた。このことをより具体的に説明すればターゲッ
ト平板の消耗時間が短い時にはよく知られたようにスパ
ッタリングによりターゲット平板材料の飛散の仕方は余
弦則に従って第１２図＜ｈ＞に示すが如き分布（曲線１
０１）となっており、比較的広い立体角の範囲にスパッ
タされた粒子は飛散される。

これに対し、前述したｒ字谷がターゲット平。

板に形成されてゆくと、第１２図（Ａ）に示した飛“散
方向分布は第１３図（Ａ）に示す如く曲線１１１に示゛
すようＶこその立体角をせばめてゆく。曲線１０１と曲
線１１１に対応した成膜膜厚分布の概略は第１１２図（
ａ）、及び第１３図（σ）の曲線１０２．１１２に示す
゛が如くであり、Ｖ字谷の形成により、成膜膜厚。

分布は肩が立ち、成膜膜厚分布が劣化する。

第１４図は、第２図及び第５図に示した本発明の実施例
において、内側および外側電磁石コイ１０ルの起磁力を
同一とした時の成膜膜厚分布の経・時変化を示したもの
である。曲線１２１け、スパッタ電力６ＫＩ＃１定で、
０時間使用後、１２２は１０時間、１２５は２０時間、
１２４は３０時間、使用後・の成膜膜厚分布特性である
。また曲線１２１，１２２，５１２３、１２４での最大
浸食深さ、すなわちＶ字谷・の底の深さはそれぞれ０，
２．４．６ｍであった。

第１４図から明らかなように、最大浸食深さが６−ｉに
達すると０１５０■の基板に対して成膜膜厚。

３ 分布特性は実用的と思われる±５チの範囲（図１２曲線
１２３では＋１０チ）をこえてしまう。

第１５図は本発明の第２の基本的思想と最も著しい効果
を示すものである。

第１５図は第１０図に示した合成膜厚分布を得。

る条件、すなわち、プラズマリング径を１：５の割合で
、小さくまたは大きくしなから成膜を。

続けた時の成膜膜厚分布特性の経時変化を示したもので
あり％第１４図と同様、６Ｋａｍのスノくツタ′醒カ一
定とした。曲線１３１は０時間、１５２は２９゜時間、
１３３は４０時間、１５４は６０時間ターゲット平板を
消耗させた時の成膜膜厚分布特性であ。

る。

第１４図と第１５図を比較して明らかなことは。

プラズマリングの大きさを周期的に変化させることによ
り、ターゲット平板の浸食領域を拡大することをすれば
、Ｖ字谷の形成がおそくなる。

またはＶ字谷の頂角の角度が大となることにより、成膜
膜厚分布の経時変化が実用上殆んど問題とならぬ程度に
しか起らぬということである。

、２４ 以上のことは第１６図によっても確認するこ゛とができ
る。

第１６図は第１４図と第１５図の条件にて、３０時間タ
ーゲットを消耗させた時のターゲット平゛板２１の浸食
領域の断面形状を実測したものである。曲線１４１は第
１４図の条件、すなわち、プラズマリングの大きさを一
定とした場合、また曲線１４２は第１５図の条件、すな
わちプラズマリングの大きさを周期的に変化させた場合
のものである。曲線１４１のＶ字谷は曲線１４２に比較
して（１その頂角がせまく、成膜膜厚分布特性上により
・大きな屑があられれることが確認できる。

以上第２図に示した実施例について述べてき・たが、第
１０図に示したようにｐｉ５０−程度基板を成膜対象と
してきた。しかし、本発明は更に大５面積の基板への成
膜についても適用できる。

第１６図の曲線１４２からもわかるように、　０１ａＯ
藺程度の大きさの基板に対しては浸食領域の振り幅は大
きくとらなくとも、十分な成膜膜厚分。

布特性を得ることができる。しかし１本発明に、１゜か
かるスパッタ電極により犬面横の基板に対する成膜を行
う際にはターゲット平板２１０大きさも基板に合せて、
大きくしなければならない。

この場合には、以上に述べてきた単純な２位置のみにプ
ラズマリングの発生場所を制御す８方法では、第１６図
の曲線１４２の如く浸食領域が連続した形とはならない
。すなわら第１６図の曲線１４１の如き環状浸食領域が
ターゲット平板２１上に２重に離れて形成されることに
なり、ターゲット平板２１の材料利用効率が低下する。

したがってこの２Ｍにできた円環状の浸食領域の面の領
域に１重または多重の浸食領域を形成する・ことにより
、材料利用効率を向上をはかることができる。この場合
、ＨＰμ４１からのディジタル。

指令信号によってＤ／Ａ変換器４４ｈでアナログ信）号
に変換され、電流増幅器４５ｈＩ／こよシ外側″電磁゛
石コイル２５１＋１こ印加する電流波形の一例を第１７
図に示す。

第１７図中に示すバの時間だけプラズマリン。

グの直径は最大であり、次の１２、ＴＩ　とプラ、！Ｌ
ｌズマリング径は小さくなり、再び、１２　　間中位の
大きさをとり、初１υ」の状、暢に戻る。プラズマリン
グ径が中１ｑとなっている時間音Ｔ２　とすると、７ｘ
　＝　７２　十Ｔ’　　である。一定スバッタ′覗力の
条件下Ｖこおいては、前述したとおり、ターゲット平板
２１の浸食深さが、いづれのプラズマリング径に対応し
たζ少食領域でもそれぞれが同程度となり、ターゲット
平板のできろだけ広い面積が均一に消耗してゆくために
は、 ＴＩ＞７２＞Ｔｇ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　ｕ；の条件が必☆不町欠である。

第１１図、第１７図ｐｃ示されたいづれのプラズマリン
グ径の制御方法においても、スパッタ電。

力が一定という条件下に於ては、プラズマリン。

グ径がより犬である時のそのプラズマリング径いを維持
する時間をそのプラズマリング径よりも。

より小さなプラズマＩＪ　ング径を維持する時間よ。

りも、より長く保つということが、ターゲット平板をで
きるだけ広い面積にわたり均一に消耗させ、かつ成膜対
象基板上に均一な厚さの膜付２ｆｌけを行うということ
が本発明の基本的な技術的思想である。

プラズマリング径の大きさを変化させるためには本発明
に係わる第２図の実施例では、内側電磁石コイルによる
起磁力と外側電磁力コイル５による起磁力の相対的強度
を変化させればよ匠ことは前にも述べた。

更に電磁石の励磁電源部の構成の容易さにつ。

いては、外側または内側電磁石のどちら一方のコイルに
印加する電流のみを変化させるだけで１０プラズマリン
グ径の大きさを変化させるのが有利であり、第１１図、
第１７図に示した制御方法・では、外側電磁石コイル２
５に印加する電流値の制御を例にとり説明を行った。

本発明に係わる更に他の実施様態として第１８）図に示
す如く、中央磁極の一部ないし全体を−。

定強度の磁束発生手段すなわち、第１８図では永久磁石
２００１に置きかえ、外側電磁石コイル２５゜に印加す
る電流のみを第１１図ないしけ第１７図の如き波形のも
のとすれば、第２図の実施例と、。

同様にプラズマリング径の大きさの制御が可能゛である
。

更に他の本発明ＶＣ係わる実施例として、第１１図の如
く、外側磁極を一定強度の磁束発生子反す７ｆわち第１
９図では永久磁石２００２に、その−５部または全体を
１直きかえ、内側電磁石コイル２４に印加する電流のみ
を第１１図ないしけ第１７図゛の如き波形のものとすれ
ば第２図に示した実施。

例と同様にプラズマリング径の大きさを制御することが
可能である。ただし、第１９図の実施１０例の場合には
、内側電磁石コイル４に印加する電流値を小とするとプ
ラズマリング径は小となシ、また逆に内側電磁力コイル
４に印加する電・流値を犬とするとプラズマリング径は
大となる。

したがって、本発明の要点であるプラズマ１ハ５ング径
の大きさが大である時間をプラズマリン。

グ径の犬ぎさが小である時間よりも長くするためＶＣ（
ａ、例えは第１７図を内側電磁力コイル２４゜の励ａＩ
電流波形とすれば、外側電磁石コイルの場合とは逆にＴ
１〈Ｔ２〈Ｔｊの条件が必要不可欠２゜である。

以上本発明にかかわる実施例として、ターゲット平板２
１及びバッキングプレート２２Ｋｔｆｉ的導＋＋ｈ状弗
にある電極支持体３０に供給するスパッタ′屯力が、プ
ラズマリングの位置によらず−。

定である場合の制御方法について述べてきたがこのスパ
ッタ′醒力をプラズマリングの径の制御に組み合せ、均
一な厚さの成膜を行うことも可能である。

以下それについて具体的に説明する。　　　２．１でき
るだけ大面潰にわたり均一な厚膜を得るために前述のよ
うに、スパッタ電力が一定という条件下では［プラズマ
リング径が小である時の時間」＋１プラズマリング径が
犬である時の時間］の値が１以下である必要があった。

例えば、第１１図に示した如き外側電磁石コイル２５の
励磁波形を第２０図に示す如き、波形（１８１）すなわ
ち励磁電流が大である時間と励磁電流ＭＰＩＪ４１から
Ｄ／イ変換器４４ｋに与える信号に同期させた指令をＤ
／Ａ変換器が小である時間とを同じ長さに設定する。

更ＶＣ第４図に示すようにＭＰＵ４１からＤ／／ｉ変換
器４４ｂに与える信号に同期させた指令をＤ／、（変換
器４７に与え　ｂ／ｉ変換器４７でアナログ信号ＶＣ変
換し、電力増幅器４８で増幅し、電磁支持体５０に供給
する電力を第２０図（Ａ）中１８２で示す如く矩形波状
に、第２図（ａ）に示す外側電磁力コイル２５の励磁波
形と同期させて変化させる。即ち外側電磁石コイル２５
の励磁電流が小であるときにプラズマリング径が犬とな
り、浸食領域でのスＩｌｌパック′心力密度が、スパッ
タ電カ一定の条件下ではプラズマリング径が小のときに
比較［７、低下する。したがって、プラズマリング径が
大であるときにＭｐＨ４１から電力増幅器４Ｂに与える
信号を高くして電極支持体５０に供給するスパッタ。

電力を増加させ、プラズマリング径が小である時にＭＰ
Ｕ４１から電力増幅器４日に与える信号を低くして電極
支持体５０に供給するスパッタ電力を減少させれば、均
一な成膜膜）雫分布を得ること。

ができる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　・（
）１ 以−Ｆのようにプラズマリング径の大きさに応じて、電
極支持体５０に供給するスパッタ電力を増減すれば、第
１０図に示した合成成膜分布を得ることができる。

第２１図（ｑ）、　（ｈ）は以上述べた考えを更に展開
したものでｌＭＰＵ４１からの指令で電流増幅器４５ｂ
を介して外側励磁電流１９１を正弦波的に増減させると
とも、ＭＰＵ４１からの指令でこの波形に同期し、電力
増幅器４８を介してスノ（ツタ電力を正弦波状に変化さ
せた例である。このようにして１（も第１１図に示した
外側電磁石コイル電流の制御方法による場合と全く同様
の効果を得ることができる。

更に、第１７図に示した如き、プラズマリング径を段階
的に２回以上にわたって変化させるー。

制御方法を採る時にも、上記した技術的思想をあてはめ
ることができ、この例を第２２図（ａ）ＩＡ）に示す。

第２２図（α）に示す２０１は外側電磁石コイル２５の
励磁電流波形で、Ｔｌ’＝　Ｔｆｆｉ’−７１としであ
る。、１゜２０２け、２０１ｉ／こ同期した電力増幅器
４７から電゛極支持体３ａに供給するスパッタ電力の制
御波形を示したもので、２０１と同様に階段状の波形゛
となる。第２２図の例では岨−Ｔ２＝＝Ｔｌとしたがこ
れらの値のとり方は、実現用能な範囲で自由１であり、
スパッタ電力の制御波形と、外側電磁゛石コイル２５の
励磁波形と組み合せ、最適な成膜特性を憫るようにする
。

上述した例は外側電磁石コイル２５の励磁制御のみを例
にとったが、内側電磁石コイル２４の励１１１磁電流を
変化させる場合についても、この電流波形は丁度上が逆
になった形となるが、同様な効果を優ることができる。

なお、出力電力検出部４９は、電力増幅器４８゜から電
極支持体３０に供給される電力が瞬時に１−２変動がな
いように電力増幅器４８にフィートノ（ツクする回路で
ある。

また、シールド３２は接地され、シールド３２の上端と
ターゲット平板２１との間にスパッタ電力が与えられる
。よってターゲット平板２１とシー、１１ルド６２との
間に与えられるスパッタ電力が増加すると、グロー放電
の、４ｒがターゲット平板２１に衝突する量が増大し、
スパッタ量が増加する。

以上述べた如く１本発明のプレーナーマグネトロン方式
のスパッタリングによれば、譲状の一プラズマ発生領域
を大きく振らせると共にそれに同期させてスパッタ電力
を増減させることができ、堆積膜厚を均一な分布が得ら
れ、且実用化に供することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来プレーナマグネトロンスパッタ嵯極の概略
断面図、第２図は本発明に係るプレーナマグネトロンス
パッタ電極を示す断面図、第３図は第２図の斜視図、第
４図は第２図及び第６図に示す電磁石を駆動する駆動装
置の構成を示す図、第５図及び第６図は本発明に係るス
パッタ電極上の磁場測定例を示す図、第７図は膜厚分布
特性の変化を計算によって求めた例を示した図、第８図
は膜厚分布特性の合成を概念的に示した図、第９図は本
発明の実施例による膜厚分布特性を示した図、第１０図
は第９図に示す膜厚分布全合成した合成膜厚分布の一例
を示。 した図、第１１図は第１０図に示す合成膜厚分布を碍る
ために、内側電磁石コイルの起磁力を一定とし、外側電
磁石コイルの起磁力を周期的に制。 御する場合の電流波形を示した図、第１２図及び第１３
図はターゲットの浸食の進行ＶＣ伴う成膜膜厚分布特性
の変化ｆ、説明する概念図、第１４図は第２図及び第５
図に示す内側および外側電磁石コイルの起磁力を同一に
したときの成膜膜厚分布特性の経時変化を示した図、第
１５図は本発明のように内側電磁石コイルの起磁力を一
定にし外側電磁石コイルに第１１図に示す同期的な電流
波形を印加した場合の成膜膜厚分布特性の経時変化を示
した図、第１６図は本発明の実施例にお５ けるターゲット平板の消耗状態を示す図、第１７図はよ
り大面積な成膜対象基板に成膜を行うために外側′電磁
石コイルに印加する電流制御波形の一例を示した図、第
１８図は本発明において、中央電極を永久磁石に置きか
えた実施例を示し５ た図、第１９図は本発明において外側磁極を永久磁石に
置きかえた実施例を示した図、第２０図（ａ）は外側電
磁石コイルに流す電流波形の一実施例を示した図、第２
０図（ｂ）は電極支持体に゛供給するスパッタ電力波形
を示す図１Ｍ２１図へ（ａ）は第２０図（ａ）と異なる
他の一実施例を示した・図、第２１図（ｈ）は第２１図
（ａ）に対応させたスパッタ電力波形を示す図、第２２
図（ａ）は更に異なる電流波形を示した図、第２２図（
Ａ）は第２２図（ａ）に対応さ。 せたスパッタ電力波形を示す図である。　　　１゜２０
・・・成膜対象基板　　　２１・・・ターゲット平板２
２・・・バッキングプレート ２３・・・磁界発生用ヨーク ２４・・・内側電磁石コイル　２５・・・外側電磁石コ
イル　　　　　　　　　１「１ ６０・・′α４ぺ支持体　　　　　３２・・・シールド
４１・・・マイクロプロセッサ　４２・・・メモリ４５
・・・キーボード ４４ａ、４４ｈ・・・Ｄ／ｌ変換器 ４５ａ、４５Ａ・・・電流増幅器　４６・・・検出部　
　　、！１１６ ４７・・・Ｄ／Ａ変換器 ４８・・・電力増幅器 ４９・・・検出部 代ｊ」人弁理士　薄　ＥＢ、Ｊ鴫１険１．１争１図 第２図 第３図 ３５、３６ 第４図 ［

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少くとも三つの磁極を有し、且少くとも５２の磁
   界発生手段を有し、この磁界発生手段のうち少くとも１
   つけ電磁石を備えたプレーナマグネトロン′屯極を用い
   、上記電磁石に所定の周期をもって電流を流し、同時に
   上記所定の周期。 に同期させてスパッタ電力を増減させ、環状の１゜プラ
   ズマ発生領域を上記所定の周期で少くとも１回以上移動
   させながらスパッタ量を増減させてそれぞれの環状プラ
   ズマ発生領域においてえ６られる成膜膜厚を合成して成
   膜をすることを特。 隊とするスパッタリングによる成膜方法。　　１゜２　
   少くとも三つの磁極を有し、且少くとも２つの磁界発手
   段を有し、この磁界発生手段の。 うち少くとも１つは電磁石を備えたプレーナマグネトロ
   ンスパッタ磁極を設け、上記電磁石に所定の周期でもっ
   て電流を印加する手段を設け、（。 該手段で印加する電流の周期と同期させて電力・を増減
   させてターゲットに印加するスパッタ電力印加手段を設
   け、上記手段と上記磁界発生手段とによってプラズマ発
   生領域を所定の周期で少くとも１回以−ヒ移動させなが
   ら上記スパッタ・。 電力印加手段でスパッタ量を増減させて夫々のプラズマ
   発生領域にがいて成膜膜厚を合成して成膜するように構
   成したことを特許とするスパッタリングによる成膜装Ｐ
   ｉ０