JP2008081806A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットの寿命が長いスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】
本発明のスパッタリング装置１は、磁気回路１２とターゲット１０とを有しており、磁気回路１２はターゲット１０の真裏位置１９では直線移動し、磁気回路１２の外周と中心とで移動速度が変わらないので、ターゲット１０に部分的にエロージョン深さが深くなる部分が生じない。従って、本願のスパッタリング装置１はターゲット１０の寿命が長い。磁気回路１２はターゲット１０の真裏位置１９よりも外側の領域で、移動方向が曲げられて再びターゲット１０の真裏位置１９に戻るので、複数の磁気回路１２を連続してターゲット１０の真裏位置１９に送ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はスパッタリング装置及びスパッタリング方法にかかり、特に、ターゲットの使用効率が高いスパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。

スパッタリング装置のターゲットは高価であり、その使用効率を高めるため、従来より種々の工夫が成されている。

図６の符号１０１は、従来技術のスパッタリング装置であり、真空槽１０２内にターゲット１１０が配置されている。
ターゲット１１０の裏面には、円形リング状のリング磁石１１５と、その内側の中心磁石１１６とを有する磁気回路１１２が配置されている。

リング磁石１１５と中心磁石１１６のターゲット裏面１１０に向けられた磁極の極性は異なり、リング磁石１１５と中心磁石１１６の間にはターゲット１１０表面を通る磁力線が形成され、ターゲット１１０表面の磁力線が通る領域がスパッタリングされる。

ターゲット１１０は長尺の長方形であり、磁気回路１１２は、ターゲット１１０の一端から他端の間で往復移動するように構成されている。マグネトロン磁気回路１１２が移動することで、ターゲット１１０の広い領域がスパッタリングされる。

しかし、マグネトロン磁気回路１１２が移動方向の向きを変える時に、移動速度が遅くなるため、ターゲット１１０の両端は、中央部分に比べてマグネトロン磁気回路１１２と面する時間が長くなり、エロージョン深さが大きくなる。

エロージョン深さが一部分でも深くなると、他の部分のエロージョン深さが浅くてもターゲット１１０の交換が必要となるだけでなく、基板１１１の膜厚分布にターゲット１１０の往復周期に応じた周期的な偏りが生じるという不都合がある。

図７の符号１５０はスパッタリング装置の他の例を示しており、このスパッタリング装置１５０は複数のマグネトロン磁気回路１１２を有し、ターゲット１１０の裏面位置には、搬送経路１５１が設けられ、磁気回路１１２は搬送経路１５１に沿って移動する。

搬送経路１５１は曲線部分を有するリング状であって、磁気回路１１２を搬送経路１５１に沿って周回移動させると、その曲線部分を通る時に移動方向が周回方向に沿って曲げられ、元の位置に戻る。
このスパッタリング装置１５０では、磁気回路１１２を往復移動させなくても、同じ位置を繰り返し通過させることができる。

しかし、磁気回路１１２を周回移動させるときの移動速度が、磁気回路１１２の平面形状の中心で同じであっても、搬送経路１５１の曲線部分では、磁気回路１１２の搬送経路１５１の内周側の移動速度が、外周側よりも遅くなる。

磁気回路１１２の移動速度が内周側で遅くなると、ターゲット１１０表面の磁界にも移動速度が遅い部分が生じ、移動速度が遅い部分が通過した領域１５９は、他の部分よりもエロージョン深さが深くなってしまう。
特開平７−１８４３５号公報 特開２００３−２９３１３０号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、ターゲットの寿命が長いスパッタリング装置を提供する。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットの表面に磁力線を形成する磁気回路と、前記磁気回路をリング状の搬送経路に沿って周回移動させる移動装置を有し、前記搬送経路は一部が前記ターゲットの真裏位置よりも外側の領域に配置され、前記磁気回路は、前記移動装置により、前記搬送経路のターゲットの真裏位置よりも外側の領域から、前記ターゲットの真裏位置の領域に入り、真裏位置の領域を通過し、前記真裏位置よりも外側の領域に出るように構成されたスパッタリング装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパッタリング装置であって、前記磁気回路を複数有し、前記各磁気回路は同じ前記搬送経路に並べられ、前記移動機構は、前記磁気回路を同じ周回方向に周回移動させるように構成されたスパッタリング装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング装置であって、前記磁気回路が前記ターゲットの裏面位置を通過する間、該磁気回路と前記ターゲット表面までの距離は一定にされたスパッタリング装置である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置であって、前記搬送経路の、前記ターゲットの真裏位置に位置する部分は直線状にされたスパッタリング装置である。

本発明は上記のように構成されており、スパッタリングの際には磁気回路は搬送経路を周回移動し、ターゲット裏面の同じ場所を繰り返し通過する。
磁気回路がターゲット真裏位置にある時には、その磁気回路が形成する磁力線がターゲット表面を通り、その磁力線によってマグネトロンスパッタが起こる。

磁気回路がターゲット真裏位置よりも外側の領域にある時には、ターゲット表面を通る磁力線が形成されないか、形成したとしてもターゲット表面での磁束密度が弱く、マグネトロンスパッタに影響を与えない。

複数の磁気回路は同じ搬送経路を同じ方向に移動させれば、１の磁気回路がターゲット裏面を通過し、ターゲットの裏面位置に戻る前に、他の磁気回路がターゲット裏面位置を通過するので、ターゲット表面がスパッタリングされる間隔が短くなる。

エロージョン深さが一部だけ深くならないので、ターゲット寿命が長くなる。

図１(ａ)の符号１は、本発明の一例のスパッタリング装置を示している。
このスパッタリング装置１は、真空槽８と、ターゲット１０と、複数の磁気回路１２とを有している。
真空槽８の内部にはカソード電極（バッキングプレート）２６が配置されている。ターゲット１０は板状であって、裏面がカソード電極２６の表面に密着固定されている。
真空槽８の外部であって、ターゲット１０の裏面側には、複数の磁気回路１２が所定間隔を空けて一列に並べられている。

各磁気回路１２は円形リング形状のリング磁石１５と、略円形形状の中心磁石１６とを有しており、リング磁石１５は対面が板状のヨーク１４の片面に密着固定され、中心磁石１６は円の中心がリング磁石１５のリング中心位置で、ヨーク１４のリング磁石１５が取り付けられた面に密着固定されている。従って、リング磁石１５と中心磁石１６はヨーク１４を介して相対的に固定され、リング磁石１５のリング中心が磁気回路１２の中心となる。

ヨーク１４はリング磁石１５と中心磁石１６が取り付けられた面をターゲット１０の裏面に向け、リング磁石１５と中心磁石１６は、極性が互いに異なる磁極がターゲット１０裏面に向けられ、ターゲット１０表面を通る磁力線が形成される。

真空槽８には真空ポンプ９とガス導入系７とが接続されている。ターゲット１０の周囲にはアースシールド２７が配置されており、真空ポンプ９によって真空槽８の内部を真空排気し、ガス導入系７からスパッタリングガス(又はスパッタリングガスと反応性ガス)を導入し、アースシールド２７と真空槽８を接地電位に置き、ターゲット１０表面に上記磁界を形成した状態で、カソード電極２６に負電圧を印加すると、ターゲット１０表面がマグネトロンスパッタリングされる。
ターゲット１０の裏面側にはリング状の軌道２２が設けられている。

各磁気回路１２は中心が軌道２２上に位置しており、不図示のモータを動作させると、各磁気回路１２は中心が軌道２２上に位置した状態で、軌道２２に沿って周回移動し、磁力線はターゲット１０表面を貫きながら移動し、ターゲット１０表面がマグネトロンスパッタリングされる領域が移動する。
磁気回路１２は中心が軌道２２上に位置した状態で移動するから、磁気回路１２中心の移動軌跡２５ｃは、軌道２２と一致する。

ターゲット１０と軌道２２との位置関係を説明すると、軌道２２は一部がターゲット１０の真裏位置１９にあり、他の部分がターゲット１０の真裏位置１９よりも外側に位置している。
ここでは、ターゲット１０の平面形状は長方形であって、軌道２２のターゲット１０真裏位置１９にある部分は、ターゲット１０の二本の短辺のうち、一方の短辺の中央位置から、他方の短辺の中央位置に亘っている。

軌道２２の他の部分は真裏位置１９よりも外側の部分で、ターゲット１０の一方の短辺の中央位置から他方の短辺の中央位置に亘っており、軌道２２のターゲット１０の真裏位置１９の部分と、他の部分は、ターゲット１０の短辺の中央位置で互いに接続されている。

従って、磁気回路１２が周回移動する際、磁気回路１２はターゲット１０の２本の短辺のうち、一方の短辺の中央位置を入口２としてターゲット１０の真裏位置１９に入り、他方の短辺の中央位置を出口３として真裏位置１９よりも外側の領域に出た後、再び入口２に戻り、ターゲット１０の真裏位置１９に入る。

軌道２２のターゲット１０の真裏位置１９の部分は直線状になっており、磁気回路１２は、ターゲット１０の真裏位置１９では直線移動する。
軌道２２のターゲット１０の真裏位置１９よりも外側に位置する部分は、出口から出た磁気回路１２の方向を逆向きにするためと、逆向きにされた方向を元に戻すために、少なくとも一部分が曲げられており、磁気回路１２はターゲット１０の真裏位置１９の外側の領域で移動方向が曲げられ、入口２に戻る。

上述したように、磁気回路１２の中心の移動軌跡２５ｃは軌道２２と一致するから、ターゲット１０の裏面位置では磁気回路１２の中心は直線的に移動し、磁気回路１２は、その外周の直径と等しい幅の領域２５内を直線移動する。

磁気回路１２が直線移動する時には、磁気回路１２の外周側の部分も中心と同じ速度で移動するので、ターゲット１０表面に形成された磁界には、移動速度が遅い部分が無く、磁気回路１２の中心が移動する場所と、磁気回路１２の外周側が移動する場所とでエロージョン深さが変わらない。

尚、軌道２２はターゲット１０表面と平行な平面内に位置しており、磁気回路１２がターゲット１０の真裏位置１９を移動する時に、磁気回路１２の先端からターゲット１０表面までの距離は一定になり、磁力線が入口２から出口３まで移動する間で、ターゲット１０表面での磁束密度が変わらない。

上述したように、軌道２２上には複数の磁気回路１２が並べられており、各磁気回路１２を同じ方向に周回移動させれば、複数の磁気回路１２が連続して入口２からターゲット１０の真裏位置１９に入り、連続して出口３から外側の領域２５に出るので、ターゲット１０表面には磁界が連続して通過することになり、ターゲット１０表面は連続してスパッタリングされる。

このスパッタリング装置１を用いて成膜を行う際には、真空槽８の内部に成膜対象物１１を搬入し、ターゲット１０上に配置する。真空槽８を真空排気し、スパッタリングガスを導入した後、各磁気回路１２を同じ方向に周回移動させながら、ターゲット１０をスパッタリングすると、成膜対象物１１の表面に薄膜が形成される。

以上は、軌道２２の一部だけがターゲット１０と重なり合う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２に示したように、軌道２２に直線状の部分が２箇所以上設けられているのであれば、２箇所以上の直線状の部分がターゲット１０の真裏位置１９に位置するように、軌道２２を配置してもよい。

また、図３に示したように、ターゲット１０の裏面側に、軌道２２を２つ配置し、各軌道２２の直線状の部分がターゲット１０と重なり合うようにしてもよい。いずれの場合も、ターゲット１０の真裏位置１９の２箇所以上に、磁気回路１２が直線移動する径路が設けられるため、大面積のターゲット１０であっても効率良くスパッタリングを行うことができる。
以上は、軌道２２がターゲット１０表面と平行な平面内に位置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

図４に示したように、軌道３２はターゲット１０の表面と交わる平面内に位置してもよい。
この軌道３２上を磁気回路１２が周回移動する際、ターゲット１０裏面と最も近い場所では磁気回路１２がターゲット１０裏面に向けられるが、ターゲット１０裏面から遠ざかるとその向きを変え、ターゲット１０裏面から最も遠い場所では、ヨーク１４がターゲット１０裏面に向けられる。

磁気回路１２の磁力線はヨーク１４を通ることで、ヨーク１４側には膨らまないから、ヨーク１４がターゲット１０の裏面に向けられた時には、そのヨーク１４に固定された磁気回路１２の磁力線はターゲット１０表面に形成されない。
磁気回路１２はターゲット１０の真裏位置１９であって、その先端がターゲット１０裏面に向けられる場所を移動する時に、ターゲット１０表面を通る磁力線を形成する。

軌道３２のうち、磁気回路１２がターゲット１０表面を通る磁力線を形成する部分は直線状であって、ターゲット１０の真裏位置１９に位置する部分は直線状にされており、磁気回路１２は直線移動するから、ターゲット１０の真裏位置１９では、磁気回路１２の中心と外周側で移動速度が変わらない。

尚、軌道３２のうち、磁気回路１２がターゲット１０表面を通る磁力線を形成する部分を、ターゲット１０表面と平行な平面内に位置させれば、図１に示したスパッタリング装置１の時と同様に、磁気回路１２が入口２から出口３まで移動する間で、ターゲット１０表面での磁束密度が変わらない。

以上は、図５（ａ）に示したように、磁気回路１２がターゲット１０の真裏位置１９で直線移動する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図５（ｂ）に示したように、ターゲット１０の入口２から出口３までの間で、入口２から出口３まで向かうベクトルｖが直線になるのであれば、そのベクトルｖに沿って振幅移動をしながら移動してもよく、磁気回路１２が振幅移動する分、ターゲット１０表面のエロージョン領域が広くなる。

この場合、個々の振幅移動だけに着目すると、磁気回路１２の移動速度は変化するが、周回移動に着目すると、ターゲット１０の真裏位置１９で周回方向の移動速度は変わらないから、結局、エロージョン深さが変わらない。
要するに、本願発明は、軌道２２、３２のうち、出口３から入口２に戻るために、磁気回路１２が方向転換をする部分がターゲット１０の真裏位置１９よりも外側の領域にあればよい。

以上は、磁気回路１２を真空槽８の外部で移動させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁気回路１２は真空槽８内部で移動させてもよい。磁気回路１２を真空槽８外部で移動させるときには、真空槽８側壁の少なくともターゲット１０真裏位置１９の部分を、磁力線が透過可能な透磁性材料で構成することが望ましい。

磁気回路１２の間隔は特に限定されるものではないが、スパッタ効率を高めるためには、なるべくその間隔が狭い方が望ましく、磁気回路１２同士が接触するように隣接配置してもよい。
磁気回路１２の構造も特に限定されるものではない。例えば、リング磁石１５のリング形状は円形の他、四角以上の多角形状も含まれ、楕円など、細長の形状でもよい。また、中心磁石１６が他の磁石で取り囲まれるのであれば、リング磁石１５の変わりに、複数の磁石を中心磁石１６の周囲に並べてもよい。

更に、中心磁石１６を配置せずに、リング磁石１５だけで磁気回路１２を構成してもよい。リング磁石１５や中心磁石１６は永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。
また、磁気回路１２が軌道３２上を移動させるときには、磁気回路１２を、リング磁石１５のリング中心を通る中心軸線を中心として回転させてもよい。

各磁気回路１２を構成する磁石の形状と配置は同じであってもよいし、異なってもよいが、リング磁石１５と中心磁石１６の形状や配置や、リング磁石１５と中心磁石１６の磁極の向きや、磁極の磁場強度を各磁気回路１２で同じにすれば、ターゲット１０表面を同じ磁束密度の磁力線が次々通過するから、ターゲット１０のスパッタリング速度が一定になる。しかも、各磁気回路１２でリング磁石１５の磁極の向きが同じであれば、隣接する磁気回路１２間で磁力線が形成されないので、ターゲット１０表面での磁束密度が高くなる。

ターゲット１０をスパッタリングするときには、膜厚分布をより均一にするために成膜対象物１１を回転させてもよいし、連続処理するために、成膜対象物１１を複数枚数を並べて順番に搬送し、スパッタリング中のターゲット１０に対して成膜対象物１１を相対的に移動させながら一枚ずつ対向させてもよい。

ターゲット１０の平面形状も特に限定されず、正方形、楕円形、真円形状等種々の形状のものを用いることができる。長方形や、楕円形のように、ターゲット１０の平面形状が細長の場合には、軌道２２、３２のターゲット１０の真裏位置１９にある部分を、ターゲット１０の長手方向に沿って移動させれば、ターゲット１０の広い領域がスパッタされる。

(ａ)：本発明の一例のスパッタリング装置、(ｂ)：軌道とターゲットの位置関係の第一例の説明するための図 軌道とターゲットの位置関係の第二例を説明するための図 軌道とターゲットの位置関係の第三例を説明するための図 軌道とターゲットの位置関係の第四例を説明するための図 （ａ）：磁気回路の移動の一例を説明するための図、（ｂ）：磁気回路の移動の他の例を説明するための図 従来技術のスパッタリング装置を説明するための図 従来の軌道とターゲットの位置関係を説明するための図

符号の説明

１……スパッタリング装置 ８……真空槽 １０……ターゲット １１……成膜対象物 １２……磁気回路 １５……リング状磁石 １６……中心磁石 ２２……搬送径路（軌道）

Claims (4)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置されたターゲットと、
   前記ターゲットの表面に磁力線を形成する磁気回路と、
   前記磁気回路をリング状の搬送経路に沿って周回移動させる移動装置を有し、
   前記搬送経路は一部が前記ターゲットの真裏位置よりも外側の領域に配置され、
   前記磁気回路は、前記移動装置により、前記搬送経路のターゲットの真裏位置よりも外側の領域から、前記ターゲットの真裏位置の領域に入り、真裏位置の領域を通過し、前記真裏位置よりも外側の領域に出るように構成されたスパッタリング装置。
2. 前記磁気回路を複数有し、
   前記各磁気回路は同じ前記搬送経路に並べられ、
   前記移動機構は、前記磁気回路を同じ周回方向に周回移動させるように構成された請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記磁気回路が前記ターゲットの裏面位置を通過する間、該磁気回路と前記ターゲット表面までの距離は一定である請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
4. 前記搬送経路の、前記ターゲットの真裏位置に位置する部分は直線状にされた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置。

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