JPH03150355A - スパッタリング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタリング装置に関し、特に、陰極暗黒部
に発生している二次電子、不活性ガスイオン（荷電粒子
）の磁場による制御のための磁石の構造に関する。

〔従来の技術〕

従来のスパッタリング装置について図面を用いて説明す
る。

第３図は、従来のスパッタリング装置の一例の横断面図
である。

真空槽１内の基板支持台２上には基板３が設けられてお
り、この基板３と対向してシャッタ一板４及びターゲッ
ト６が配置されている。このシャッタ一板４は、ターゲ
、トロから放出され、基板３へ堆積する成膜の膜厚を制
御する為のものであり、基板３へのスパッタリング時は
、基板−ターゲット間の空間から移動させられる。また
、ターゲット６は陰極８上に設置されている。グロー放
電が発生するような真空度１０−”〜２×１０−ｎｍＨ
ｇまでＡｒガスが真空槽ｌ内に導入されたのち、基板３
と陰極８間には、直流高電圧が印加される。

ターゲ、トロ近傍には、グロー放電による陰極暗黒部（
Ｃｒｏｏｋｅｓ　Ｄａｒｋ　Ｓｐａｃｅ）が発生し、タ
ーゲット６から基板３方向に電子が加速され、高エネル
ギーを持つようになる。高エネルギーを得た電子は、真
空槽１内のＡｒ原子に衝突し、イオン化したＡｒは、前
記電場により、ターゲット６に衝突するとともに、ター
ゲット構成元素を放出させ、さらに２次電子の発生も増
殖させる。

この種のスパッタソング装置においては、夕一ゲ、ト半
径が有限である事により、基板３上の周辺でスパッタソ
ングされた成膜の膜厚が薄いという周辺効果（Ｅｄｇｅ
　Ｌｏｓｓ）、及び、放電が陰極８０周辺部で強くなる
為、ターゲット６周辺でより多くの原子が、スバ、ター
され、基板３の中央部で、スパッタリングされた成膜膜
厚が薄くなるという互いに逆の特性を示すが、正確に打
ち消されはしない。

この為、従来のスパッタリング装置においては、第４図
（ａ）　、　（ｂ）に示すように、陰極８内に、ターゲ
ット６面と平行に磁界成分をもち、ターゲット６及び、
陰極８とは独立の回転をする、永久磁石１０のついた回
転体９が設置され、基板３上にスパッタリングされる膜
の均一性を向上する為の対策がとられている。またター
ゲット６側面は、保護板７によっておおわれている。こ
の時の典型的なターゲット６の減少状況は第４図（ｂ）
に示したようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のスパッタリング装置においては、基板３
上に堆積されるスパッタソング膜の膜厚を均一にする為
に、永久磁石ｌＯを回転体９上に設置し、支持棒１１を
回転軸として永久磁石１０を回転させている。この時の
磁場の様子を第３図及び第５図を用いて説明する。

まず、ターゲット６の平面内の磁場の方向にｙ軸をとり
、それと直交する方向にＸ軸を（同一面内に）とる。こ
の２軸に垂直に基板３方向に、２軸をとる。この時、永
久磁石ｌＯによって発生する磁場Ｂは、２の関数Ｂ　（
Ｚ）として表わせる。

荷電粒子の運動の磁場Ｂ方向は慣性的なもののみであり
、運動は保存される。ＸＺ方向については、電界Ｅ　（
Ｚ）　（基板３．陰極８間に発生する）を考えないと、
荷電粒子の電荷をｑ、質量をＭ、初速度なＶとした時、
Ｘ方向に平行な速度 を行う。

この磁界が、ｘ、ｙ平面内を回転したとすると、荷電粒
子は電界Ｅ　（Ｚ）により２方向に力を受けながら、ｘ
ｙ平面内でサイクロイド運動を行う事になる。

しかしながら、上述したように従来のスパッタリング装
置では、永久磁石ｌＯをターゲット６下部に取り付けて
いるので、磁場Ｂ　（Ｚ）を自由に調整できない。この
為、ターゲットの減少箇所を、基板堆積膜の均一性を劣
化させることなく広くすることは困難であり、ターゲッ
トの利用効率も低いものとなっていた。高エネルギー電
子の基板への悪影響も大きな問題であった。

また最近は、一台の装置で、径の違う基板へのスパッタ
ソングの要求が増えているが、このような場合従来の装
置では、シールド板４．ターゲット６等の交換の他に、
永久磁石ＩＯの交換、調整が不可欠であった。

さらに、磁界の回転は永久磁石自身の回転である為、機
械的な故障を発生しやすいという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスパッタリング装置は、基板を支持する基板支
持台とこの基板支持台に対向して設けられターゲットを
設置する陰極（または高周波電極）とを有するスパッタ
リング装置において、前記基板と前記陰極（または高周
波電極）とでつくる電界に垂直でかつ前記基板と陰極（
または高周波電極）間の少くとも２つの平面内に磁界の
成分を持つ複数個の電磁石を設けたものである。

〔実施例〕

次に本発明について図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例の横断面、第２図（ａ）　、
　（ｂ）はターゲット近傍の上面図及びＸ−Ｘ線断面図
である。

真空槽１内の基板支持台２上に、基板３と対向して、シ
ャッタ一板４及びターゲット６が配置されている。従来
の装置においては、陰極８内部の回転体９上に、永久磁
石１０が取り付けられ、ターゲット６の下から磁場を発
生させていたが、本実施例いにおいては、ターゲット６
の下に永久磁石はなく、ターゲット近傍で発生する２次
電子及び、Ａｒイオン（荷電粒子）の制御は、基板３と
陰極８とでつくる電界に垂直な平面内に前記電界を囲む
ようにして配置された２組の電磁石５ａ〜５ｄ及び５Ａ
〜５Ｄによって行なわれる。基板３と陰極８との平面間
の距離ｄ＝１０−”ｍとし、電磁石、５Ａ〜５Ｄのつく
る磁界Ｂ＝１０−２Ｗ　ｂ　／　ｍ　、回転磁界の周波
数をｆ＝２．８−１０”Ｈｚとなるように電磁石５Ａ〜
５Ｄの電流を制御する。

この時磁界Ｂ上に速度Ｖ　ｅ　＝　１０５ｍ／５ｅｃで
、ターゲット端の鉛直上方に入ってきた電子が、磁界Ｂ
の反転までに要する時間内に、ターゲット陰極によって
形成される平行電場の外へ行ってしまわない条件は Ｖ（２）Ｔ≦− となる。ここでＤは、ターゲットの直径である。

Ｄ＝１５Ｘ１０−ｍの時、これを解くと、となる。

従って、電磁石５ａ〜５ｄのつくる磁界は電磁石５Ａ〜
５Ｄのつくる磁界に対して、△Ｂ＝７．２・ＩＯ−（Ｗ
ｂ／ｎ（）の範囲内の変化とする必要がある。こうする
事によってターゲット端で発生した電子（Ｖ　ｅ　＝　
１０　　ｍ／ｓｅｃ）は、ＩＸ１０ｍ上方でも前記電場
中にとどめることができ、電子分布が一様にできる。さ
らに電子は、サイクロイド運動をしている為、Ａｒと効
率的にエネルギー交換を行う事ができる。高エネルギー
を持った電子を、ターゲット上で均一に分布させる事が
できるので、ターゲツト材を均一にスパッタリングでき
、第２図（ｂ）に示すようなターゲット６の有効利用が
可能となる。

なお、電磁石の一平面内の個数は４個よりも多くする事
が可能である。多くすることにより磁場強度を増加させ
る事ができる。

また、本実施例は第３図に示した従来の磁場発生機構と
組み合わせて使うことが可能であり、荷電粒子の閉じ込
めか、容易になる。さらに、第３の磁界を、電磁石５ａ
〜５ｄの形成する平面より基板側に取りつけ、磁場の変
化率 とする事により、基板に衝突する電子をすべてターゲッ
トと陰極ｔ＝ｌｉｅのつくる電界外へ掃き出す事ができ
る。この第３の磁界により基板３平面と電磁石５ａ〜５
ｄでつくる平面間に存在する高エネルギ一電子による基
板へのダメージを無くす事が可能となる。

なお、上記実施例においては陰極を用いた場合について
説明したが、高周波電極であってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、基板と陰極とでつくる電
界に垂直でかつ基板と陰極間の２つ以上の平面内に、磁
界の成分をもつ電磁石を複数個取りつけることで、ター
ゲット表面からの関数としての磁場を、電磁石へ流す電
流の強さ、周波数の組み合わせ等により容易に制御でき
、これにより電子分布、しいては、Ａｒイオンの分布が
、制御可能となり、基板堆積膜の膜厚均一性を劣化させ
ることなく、ターゲットの利用効率を高める事ができる
。

す、高エネルギ一電子の基板への衝突を回避可能となり
、基板ダメージを低減できる。さらに、磁場の回転は、
電気的な操作で可能である為、機械的な回転は含んでい
ない。この為、故障の低減がはかられる。更に、径の違
う基板へのスパッタリングの要求に対しても、電磁石へ
流す電流の強さ、周波数等の組み合わせで、容易に条件
の最適化が行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の横断面図、第２図は（ａ）
　、　（ｂ）ターゲット近傍の上面図及びＸ−Ｘ線断面
図、第３図は従来例の横断面図、、第４図（ａ）。 Ｃｂ）は従来例のターゲット近傍の上面図及びＹ−Ｙ線
断面図、第５図は磁場中の荷電粒子の運動を示す図であ
る。 ｌ・・・・・・真空槽、２・・・・・・基板支持台、３
・・・・・・基板、４−・・・・・シャ、ター板、５＆
〜５ｄ、５Ａ〜５Ｄ・・・・・・電磁石、６・−・・・
・ターゲット、７・・・・・・保護板、８・・・・−・
陰極、９・・・−・・回転体、ｌＯ・・・・・・永久磁
石、１１・・・・・・支持棒。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 ３つ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板を支持する基板支持台とこの基板支持台に対向して
   設けられターゲットを設置する陰極（または高周波電極
   ）とを有するスパッタリング装置において、前記基板と
   前記陰極（または高周波電極）とでつくる電界に垂直で
   かつ前記基板と陰極（または高周波電極）間の少くとも
   ２つの平面内に磁界の成分を持つ複数個の電磁石を設け
   た事を特徴とするスパッタリング装置。