(57)【要約】【課題】  この発明は、スパッタターゲット材が円錐台側面形状をなし、前記円錐台側面形状に沿った磁力線を得るように配されたマグネット機構を有するスパッタ電極構造において、簡易な構造でマグネット機構によって生じる磁界を変化させて、膜厚分布を向上させると共にスパッタターゲットのエロージョンを均一化させることにある。【解決手段】  この発明のスパッタ電極構造は、電圧が印加されて、真空容器内に配された基板に対し、スパッタ粒子を飛び出させるスパッタ電極において、前記基板に対して傾斜して配される円錐台側面形状をなすスパッタターゲット材と、該スパッタターゲット材の背後に設けられ、前記スパッタターゲット材の表面に沿った磁力線を生じさせるマグネット機構と、該マグネット機構によって生じる磁界を変動させる磁界変動手段とを少なくとも具備することにある。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されて、真空容器内に配された基板に対し、スパッタ粒子を飛び出させるスパッタ電極において、
前記基板に対して傾斜して配される円錐台側面形状をなすスパッタターゲット材と、
該スパッタターゲット材の背後に設けられ、前記スパッタターゲット材の表面に沿った磁力線を生じさせるマグネット機構と、
該マグネット機構によって生じる磁界を変動させる磁界変動手段とを少なくとも具備することを特徴とするスパッタ電極構造。
【請求項２】
前記マグネット機構は、前記スパッタターゲット材の円錐台側面形状の小径部の背後に配される第１の環状磁石と、前記スパッタターゲット材の円錐台側面形状の大径部の背後に配される第２の環状磁石とによって構成され、第２の環状磁石の磁極は、前記第１の環状磁石の磁極と反対となるように設定されることを特徴とする請求項１記載のスパッタ電極構造。
【請求項３】
前記磁界変動手段は、前記マグネット機構の第１の環状磁石の中心軸の延長線上に往復自在に配された磁石であることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタ電極構造。
【請求項４】
前記磁界変動手段は、前記マグネット機構の第１の環状磁石の中心軸の延長線上に回転自在に配された磁石であることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタ電極構造。
【請求項５】
前記マグネット機構を構成する前記第１の環状磁石及び前記第２の環状磁石は、周方向に沿って波状に形成されると共に、
前記磁界変動手段は、前記マグネット機構を自転させる自転手段であることを特徴とする請求項２記載のスパッタ電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパッタ法薄膜形成装置に内蔵されるスパッタ電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるスパッタリング装置は、排気手段を有した真空容器と、この真空容器内に配置されたターゲットと、前記真空容器内に前記ターゲットと対向するように配置された、基板を保持するための基板ホルダーと、前記ターゲットに磁力線を発生させるマグネット機構と、前記マグネット機構を自転及び公転させるマグネット自公転機構と、前記マグネットを上下に移動させる上下機構とを具備し、前記マグネットの自公転機構が、駆動源と、この駆動源からの駆動力を前記マグネット機構に伝達する複数のギアとを有し、前記マグネット機構は前記ターゲットの近くに配置された環状の内側磁石と、この環状の内側磁石の外側に配置された環状の外側磁石とからなるものである。
【０００３】
特許文献２に開示されるスパッタリング装置は、排気手段を有した真空容器と、この真空容器内に配置されたターゲットと、前記真空容器内に前記ターゲットと対向するように配置された、基板を保持するための基板ホルダーと、前記ターゲットに磁力線を発生させる、前記ターゲットの近くに配置された環状の内側磁石及びこの環状の内側磁石の外側に配置され中心方向に移動可能な環状の外側磁石を備えたマグネット機構と、前記外側磁石と内側磁石との距離を変化させる駆動機構と、前記外側磁石を回転させる回転機構とを具備するものである。
【０００４】
特許文献３に開示されるスパッタリング装置は、排気手段を有した真空容器と、この真空容器内に配置されたターゲットと、前記真空容器内に前記ターゲットと対向するように配置された、基板を保持するための基板ホルダーと、前記ターゲットに磁力線を発生させる、環状の内側移動磁石、固定磁石及び外側移動磁石を備えたマグネット機構と、前記磁石のうち特定の環状磁石を上下動させる上下動駆動機構と、前記環状磁石を回転させる磁石回転駆動モータとを具備するものである。
【０００５】
特許文献４に開示されるマグネトロンスパッタリング装置は、成膜処理される基板を保持する基板ホルダーに対向するターゲットと、ターゲット面に垂直な方向で相対する磁極を有する複数個の磁石からなり、ターゲット面に垂直な方向に延びる回転中心軸を中心にして回動自在にターゲットの裏側に配置されるカソードマグネットとを備えているカソードが、一つの真空成膜室内に一個以上配置されており、前記カソードマグネットの中で最外周に配置される最外周側磁石の着磁方向と逆方向に着磁している環状磁石が前記最外周側磁石の外側に配置され、ターゲット面に垂直な方向に移動可能に配されているものである。
【特許文献１】特開平２０００−２８２２３４号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２３３３号公報
【特許文献３】特開２００１−１５８９６１号公報
【特許文献４】特開２００３−３２８１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスパッタ電極構造において、スパッタターゲット材は、基板の成膜範囲内に成膜分布を均一にするために、約１．４倍の大きさが必要とされていた。この場合、スパッタターゲット材のスパッタプラズマの最深部は、ほぼ基板の外形寸法に等しく、スパッタ放電により飛び出したスパッタ粒子の約８０％は、基板以外の部分に付着してしまうこととなる。近年、急速に半導体、電子デバイスの性能アップが進んでおり、成膜の均一化への要求も、３％前後から１％以下となっている。また、基板以外に付着するスパッタ粒子が成膜速度の低下を招いており、生産性の低下及びスパッタターゲット材の有効利用率を低下させ、生産におけるコストアップにつながっていた。
【０００７】
したがって、上記特許文献１〜４は、マグネット機構による磁界を変化させて、ターゲットエロージョンの均一化を図るようにしているが、スパッタターゲット材が円錐台側面形状をなし、前記円錐台側面形状に沿った磁力線を得るように配されたマグネット機構を、それぞれの特許文献に開示されたように動作させることは非常に困難であり、また複雑な機構が必要となる。
【０００８】
このため、この発明は、スパッタターゲット材が円錐台側面形状をなし、前記円錐台側面形状に沿った磁力線を得るように配されたマグネット機構を有するスパッタ電極構造において、簡易な構造でマグネット機構によって生じる磁界を変化させて、膜厚分布を向上させると共にスパッタターゲットのエロージョンを均一化させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、この発明のスパッタ電極構造は、電圧が印加されて、真空容器内に配された基板に対し、スパッタ粒子を飛び出させるスパッタ電極において、前記基板に対して傾斜して配される円錐台側面形状をなすスパッタターゲット材と、該スパッタターゲット材の背後に設けられ、前記スパッタターゲット材の表面に沿った磁力線を生じさせるマグネット機構と、該マグネット機構によって生じる磁界を変動させる磁界変動手段とを少なくとも具備することにある。
【００１０】
また、前記マグネット機構は、前記スパッタターゲット材の円錐台側面形状の小径部の背後に配される第１の環状磁石と、前記スパッタターゲット材の円錐台側面形状の大径部の背後に配される第２の環状磁石とによって構成され、第２の環状磁石の磁極は、前記第１の環状磁石の磁極と反対となるように設定されることが望ましい。
【００１１】
さらに、前記磁界変動手段は、前記マグネット機構の第１の環状磁石の中心軸の延長線上に往復自在に配された磁石であることが望ましく、また前記マグネット機構の第１の環状磁石の中心軸の延長線上に回転自在に配された磁石であっても良い。
【００１２】
さらにまた、前記マグネット機構を構成する前記第１の環状磁石及び前記第２の環状磁石は、周方向に沿って波状に形成されると共に、前記磁界変動手段は、前記マグネット機構を自転させる自転手段であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、スパッタターゲット材に円錐台側面形状を用いるため、基板上の成膜速度を高めることができ、さらにスパッタターゲット材上の磁界を、簡易な構造で変動させることができるので、スパッタターゲット材におけるスパッタ粒子の主な飛散箇所（スパッタ粒子が高密度で生じる箇所）が変動し、スパッタ粒子の飛散状態が変化することから、スパッタターゲット材上のエロージョンを均一化することができ、スパッタターゲット材の有効利用率を高めることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明に係るスパッタ装置１は、図１に示すように、真空容器２と、真空容器２内に配置されて基板４を保持する基板ホルダー３と、前記基板４に対峙して配されるスパッタ電極１０とによって少なくとも構成される。
【００１６】
前記真空容器２には、真空排気口７を介して図示しない真空ポンプが接続され、その内部空間４０に真空状態が形成される。また、前記真空容器２にはガス注入パイプ５が設けられ、弁６によって開閉されてガスが注入される。
【００１７】
スパッタ電極１０は、絶縁部材２２を介して前記真空容器の蓋部２１に固定される略円筒形状の電極ベース１２と、この電極ベース１２の基板側に固定された略円錐台側面形状をしたうら板１３と、このうら板１３に接着されたスパッタターゲット材１４と、前記うら板１３の背後に設けられ、支持部１８を介して前記電極ベース１２に固定されるマグネット機構１１と、前記円錐台側面形状をしたうら板１３の小径部側に絶縁体１５を介して設けられたアースシールドプレート１６と、前記電極ベース１２の外周に囲設されたアースシールド壁１７とによって少なくとも構成される。スパッタ電源８は、直流若しくは高周波電力を利用したもので、一方の電極が前記電極ベース１２及びうら板１３を介してスパッタターゲット材１４に接続され、他方の電極が真空容器２、アースシールドプレート１５及びアースシールド壁１７に接続される。また、スパッタ電極１０には、スパッタ放電による熱上昇を抑えるために、冷却パイプ２３ａ，２３ｂを介して冷却水が循環するようになっている。
【００１８】
前記マグネット機構１１は、円錐台側面形状に形成された磁性体プレート１１ｃと、その両端に設けられた一対の環状の磁石１１ａ，１1ｂとによって構成される。この実施例においては、図２で示すように、小径部側の磁石１１ａは、スパッタターゲット材１４側にＮ極、前記磁性体プレート１１ｃ側にＳ極がくるように配置され、大径部側の磁石１１ｂはスパッタターゲット材１４側にＳ極、前記磁性体プレート１１ｃ側にＮ極がくるように配置される。これによって前記スパッタターゲット材１４上には、このスパッタターゲット材上に沿って小径部から大径部にかけて磁界が発生するようになっているものである。
【００１９】
上記構成のスパッタ電極１０において、磁界変動装置３０が前記マグネット機構１１の中心軸の延長線上に設けられる。この磁界変動装置３０は、この実施例１では、図２で示すように、マグネット機構１１側にＮ極が配置された磁界変動用磁石３１と、この磁石３１を前記磁石１１ａ，１１ｂに対して往復動させるためのロッド３３と、このロッド３３を前記延長線上で上下動させる駆動装置３２とによって構成される。
【００２０】
以上の構成により、真空容器２の内部空間４０に所定の真空状態を形成すると共に、アルゴンガス等のガスを導入し、スパッタ電源８によって電力を供給してスパッタ放電を開始させるものである。この時、スパッタターゲット材１４を前記基板４に対して傾斜するリング状、具体的には円錐台側面形状に形成することによってスパッタプラズマ放電を閉じこめ、スパッタ粒子のほとんどを基板４の方向に向かわせることができるものである。
【００２１】
また、前記駆動装置３２によって磁石３１を往復運動させることにより、図５（ａ），（ｂ）で示すように、スパッタターゲット材１４の最深部５１の位置を、５１Ａ又は５１Ｂの位置に移動させることができるので、スパッタ粒子の密度分布を５０Ａ又は５０Ｂに示すように変化させることができる。これによって、基板４に対するスパッタ粒子の飛散状態を変化させることができるので、成膜分布１％以下を達成することができ、同時にスパッタターゲット材１４の有効利用率を３倍に高めることができるものである。
【実施例２】
【００２２】
実施例２では、図３に示すように、前記磁石３１に代えて、回転自在に配された回転磁石３１Ａを設けるものである。これによっても、図５（ａ），（ｂ）で示すような磁界の変動を達成できると共に、この実施例２では、左右の磁界の変動パターンを異ならせることができるものである。具体的には、回転磁石３１ＡのＮ極が近づく側では、前記最深部５１は大径部側の５１Ｂに移動するが、Ｎ極が遠ざかる側では、前記最深部５１は小径部側の５１Ａに移動する。さらに、この回転磁石３１Ａをマグネット機構１１の径方向に回転させることもできるものである。これによって、スパッタターゲット材１４の有効利用率をさらに高めることができるものである。
【実施例３】
【００２３】
実施例３は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、小径部側の環状磁石１１ａ及び大径部側の環状磁石１１ｂに代えて、周方向に波状に形成された小径部側の環状磁石１１ａ’と周方向に波状に形成された大径部側の環状磁石１１ｂ’を形成すると共に、マグネット機構１１を回転可能にしたものである。具体的には、マグネット機構１１の支持部１８Ａを、電極ベース１２に固定された固定部４５に対してベアリング４０を介して回転自在に取り付けると共に、支持部１８Ａの外周部分に駆動用のギア４１を固着し、このギア４１にモータ４４から延出する駆動軸４３固着される駆動ギア４２を噛合させて、マグネット機構１１を回転させるようにしたものである。
【００２４】
以上の構成において、マグネット機構１１を回転させることによって波状に形成された磁石１１ａ’，１１ｂ’が回転するため、スパッタターゲット１４上に磁界は変動し、上述した実施例と同様の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明に係るスパッタ装置の概略構成図である。
【図２】本願発明の実施例１の概略説明図である。
【図３】本願発明の実施例２の概略説明図である。
【図４】本願発明の実施例３の概略説明図である。
【図５】本願発明の作用についての説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  スパッタ装置
２  真空容器
３  基板ホルダー
４  基板
８  スパッタ電源
１０  スパッタ電源
１１  マグネット機構
１４  スパッタターゲット材
３０  磁界変動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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