(57)【要約】【課題】簡単な構成で使用効率の高いターゲットを有するマグネトロンスパッタリング装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ２と、真空チャンバ２内にあって、ターゲット３を保持するカソード４と、カソード４の上方にあって、カソード４のターゲット３側と対向するようにした基板５を保持するアノード６と、カソード４の下方にあって磁界１２を発生させるための永久磁石と、を有するマグネトロンスパッタリング装置１において、永久磁石７は、磁石を固定するベース８と、ベース８の中央部に固定された第１永久磁石９と、ベース８の端部に固定され、第１永久磁石９を取り囲み、磁極の極性が第１永久磁石７と反対でかつ磁界強度が第１永久磁石７より弱い、角状の第２永久磁石１０とからなり、更に、永久磁石７をカソード４に対して、上下動及び水平移動させる移動制御部１１を備えている。【選択図】      図１
2006002244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲットを保持するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、前記カソードの下方にあって磁界を発生させるための永久磁石と、を有するマグネトロンスパッタリング装置において、
前記永久磁石は、磁石を固定するベースと、前記ベースの中央部に固定された第１永久磁石と、前記ベースの端部に固定され、前記第１永久磁石を取り囲み、磁極の極性が前記第１永久磁石と反対でかつ磁界強度が前記第１永久磁石より弱い第２永久磁石とからなり、更に、前記永久磁石を前記カソードに対して、前記永久磁石が形成する磁界が前記ターゲットに及ぶ範囲内で、上下動及び水平移動させる移動制御部を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲットを保持するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、前記カソードの下方にあって磁界を発生させるための永久磁石と、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、
前記永久磁石は、磁石を固定するベースと、前記ベースの中央部に固定された第１永久磁石と、前記ベースの端部に固定され、前記第１永久磁石を取り囲み、磁極の極性が前記第１永久磁石と反対でかつ磁界強度が前記第１永久磁石より弱い第２永久磁石とからなり、更に、前記永久磁石をその中心に対して、前記永久磁石が形成する磁界が前記ターゲットに及ぶ範囲内で、前記永久磁石の略中心部を軸として所定角度で揺動させると共に水平移動させる傾斜移動制御部を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に係り、特に高いターゲット使用効率を可能とするヨーク型永久磁石を有す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。
【背景技術】
【０００２】
従来スパッタリング装置としてマグネトロンスパッタ装置が広く用いられている。
図１３は、従来のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
従来のマグネトロンスパッタリング装置１６は、真空チャンバ２と、この真空チャンバ２内にあって、ターゲット３を載置するカソード４と、このカソード４上方にあって、カソード４のターゲット３側と対向するようにした基板５が載置されたアノード６と、カソード４の下方に磁界を発生するためのヨーク型永久磁石７と、からなる。
【０００３】
ヨーク型永久磁石７は、ベース８と、このベース８上にあって中央部に固定された第１ヨーク型永久磁石９及び端部に第１ヨーク型永久磁石９を取り囲むようにして固定された円環状の第２ヨーク型永久磁石１０とからなる。第１ヨーク型永久磁石９は、上端がＮ極、下端がＳ極であり、第２ヨーク型永久磁石１０は、上端がＳ極、下端がＮ極であり、これらのヨーク型永久磁石７の上端は同一平面内にある。そして、磁界が第１ヨーク型永久磁石９のＮ極側から第２ヨーク型永久磁石１０のＳ極側に向かって発生する。
【０００４】
次に、その動作について説明する。
真空チャンバ３内にＡｒ等のガスを導入した後、図示しない電源からアノード６とカソード４との間に高周波電力を供給して、プラズマを発生させる。このプラズマは、磁界によってトラップされる。
特に、このプラズマは、磁界がターゲット表面に対して垂直になる部分で多くトラップされるので、この磁界と垂直に直交するターゲット面内においては、プラズマ密度が高くなるため、効率良くスパッタリングを行うことができる。
【０００５】
しかし、図１３に示すように、プラズマ収束したターゲット部分は、集中的にスパッタリングされるため、ターゲットを連続使用すると、深く、えぐりとられたエロージョン部１３ａ、１３ｂが形成され、エロージョン部分１３ａ、１３ｂ以外の部分が多く残されていてもターゲット３の使用ができなくなってしまっていた。
【０００６】
これを解決するために、たとえば永久磁石を公転、もしくは水平移動させる機構を有したマグネトロンスパッタリング装置がある。
また、それ以外の永久磁石動作手段として、特開２００２−０６９６３７号公報に開示されたマグネトロンスパッタリング装置がある。前者は、磁石を平面状で動かすことにより、エロージョン領域を拡大する方法であり、現在広く知られている。後者の特開２００２−０６９６３７号公報には、前記した図１３に示したマグネトロンスパッタリング装置において、第１ヨーク型永久磁石９と第２ヨーク型永久磁石１０とから発生する磁界を異なる強度にし、かつヨーク型永久磁石７を上下動する移動手段を備えたマグネトロンスパッタリング装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−０６９６３７号公報（第３−４頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前者の場合、磁石が公転する機構は丸型ターゲットについて可能であり、角型ターゲットを用いる場合は磁石の水平移動機構が必要となる。水平移動の場合のターゲット利用効率には、限界（５０％程度）があり、また、後者の場合は、永久磁石の中心磁極が位置するターゲット部分は、非エロージョン部分となりやすいため、ターゲット利用効率を向上させるには限界があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成で使用効率の高いターゲットを有する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する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲットを保持するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、前記カソードの下方にあって磁界を発生させるための永久磁石と、を有するマグネトロンスパッタリング装置において、前記永久磁石は、磁石を固定するベースと、前記ベースの中央部に固定された第１永久磁石と、前記ベースの端部に固定され、前記第１永久磁石を取り囲み、磁極の極性が前記第１永久磁石と反対でかつ磁界強度が前記第１永久磁石より弱い第２永久磁石とからなり、更に、前記永久磁石を前記カソードに対して、前記永久磁石が形成する磁界が前記ターゲットに及ぶ範囲内で、上下動及び水平移動させる移動制御部を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【００１０】
第２の発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲットを保持するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、前記カソードの下方にあって磁界を発生させるための永久磁石と、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、前記永久磁石は、磁石を固定するベースと、前記ベースの中央部に固定された第１永久磁石と、前記ベースの端部に固定され、前記第１永久磁石を取り囲み、磁極の極性が前記第１永久磁石と反対でかつ磁界強度が前記第１永久磁石より弱い第２永久磁石とからなり、更に、前記永久磁石をその中心に対して、前記永久磁石が形成する磁界が前記ターゲットに及ぶ範囲内で、前記永久磁石の略中心部を軸として所定角度で揺動させると共に水平移動させる傾斜移動制御部を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成でターゲット使用効率の高いターゲットを有したマグネトロンスパッタリング装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の各実施例におけるマグネトロンスパッタリング装置について図１乃至図１１を用いて説明する。
従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明の第１実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。図２は、ヨーク型永久磁石がターゲットに近接する位置にあって、かつ水平移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。図３は、ヨーク型永久磁石がターゲットに近接する位置にあって、かつ水平移動させて形成された場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。図４は、ヨーク型永久磁石がターゲットから遠ざけた状態で水平移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。図５は、ヨーク型永久磁石がターゲットから遠ざけた状態で水平移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。図６は、ヨーク型永久磁石をターゲットに対して上下かつ水平移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。図７は、本発明の第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。図８は、ヨーク型永久磁石をターゲットに対して反時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。図９は、ヨーク型永久磁石をターゲットに対して反時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。図１０は、ヨーク型永久磁石をターゲットに対して時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。図１１は、ヨーク型永久磁石をターゲットに対して時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。図１２は、ヨーク型永久磁石をターゲットに対して反時計方向又は時計方向に傾斜させて水平方向に移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。以下の各実施例では、ターゲット３及びカソード４は角型形状である。
【実施例１】
【００１３】
図１に示すように、本発明の第１実施例におけるマグネトロンスパッタリング装置１は、真空チャンバ２と、この真空チャンバ２内にあって、ターゲット３を保持するカソード４と、このカソード４上方にあって、カソード４のターゲット３側と対向するようにした基板５を保持するアノード６と、カソード４の下方に磁界を発生するためのヨーク型永久磁石７と、ヨーク型永久磁石７を上下水平方向に駆動させる移動制御部１１と、からなる。
【００１４】
ヨーク型永久磁石７は、磁石を固定するベース８と、このベース８の中央部に固定され、上部が傾斜した第１ヨーク型永久磁石９と、ベース８の端部に固定され、第１ヨーク型永久磁石９を取り囲み、かつ上部が第１ヨーク型永久磁石９と面一の高さの第２ヨーク型永久磁石１０と、からなる。第１ヨーク型永久磁石９は、例えばＮｄＦｅＢ磁石からなり、第２ヨーク型永久磁石１０は、例えばベースと一体化したＦｅからなる。そして、第１ヨーク型永久磁石９の上部は、Ｎ極、下部はＳ極であり、第２ヨーク型永久磁石１０の上部は、Ｓ極、下部はＮ極であり、第２ヨーク型永久磁石１０の上部は、第１ヨーク型永久磁石９により磁化されて、第１ヨーク型永久磁石９の上部の磁化よりも弱い磁界となっている。
【００１５】
第１ヨーク型永久磁石９の上部の磁界強度が第２ヨーク型永久磁石１０の上部よりも大きいので、ヨーク型永久磁石７で発生する磁界１２は、第１ヨーク型永久磁石９の上部から第２ヨーク型永久磁石１０の上部に向かって外側に広がるように分布する。
【００１６】
この永久磁石の材料構成は、特開２００２−０６９６３７号公報で示されたマグネトロンスパッタリング装置と同様である。
この際、ヨーク型永久磁石７が移動制御部１１によって、第１ヨーク型永久磁石９と第２ヨーク型永久磁石１０との間で形成される磁界がターゲット３に到達する範囲内で、上下及び水平移動させると、磁界強度が強い第１ヨーク型永久磁石９近傍が水平移動するので、ターゲット３表面上に現れるエロージョン部１３ａ、１３ｂを広げることができる。
【００１７】
さらに、ヨーク型永久磁石を下に動作させると、外側に広がった磁界収束部はターゲット面上でより外側に広がるため、水平移動によるエロージョン拡大と併せて、より広い領域のエロージョンを得ることができる。
【００１８】
次に、本発明の実施例１のマグネトロンスパッタリング装置１を用いてスパッタした際のターゲット３に形成されるエロージョン部１３ａ、１３ｂの形状について、図２〜図６を用いて説明する。図３、図５、図６の点線は、ターゲット３がスパッタされない初期状態表面を示す。
図２に示すように、ヨーク型永久磁石７がカソード４に近接させた状態で水平移動させた場合には、ヨーク型永久磁石７の移動範囲内のターゲット３の中央部分では、第１ヨーク型永久磁石９と第２ヨーク型永久磁石１０とで発生する磁界が重なってスパッタされる時間が長いので、図３に示すようにエロージョン部が深くなる一方、ターゲット３の外周部ではスパッタされない領域が生じるため、エロージョン部１３ａ、１３ｂの形成はなく初期状態のままである。
【００１９】
また、図４に示すように、ヨーク型永久磁石７がカソード４から所定距離（第１ヨーク型永久磁石９と第２永久磁石１０との間で発生する磁界がターゲット３に到達する範囲内）だけ下方に下がった状態ではターゲット３面に対する磁界が外側に広がるので、水平方向に移動させると、ターゲット３のより外周部もスパッタされて、エロージョン部１３ａ、１３ｂ部が深くなる一方、ターゲット３の中央部では、磁界収束部が水平移動で届かないため、エロージョン部１３ａ、１３ｂの形成はなく初期状態のままである。
その結果、図５に示すように、中央部にエロージョン部の形成されないターゲット３が得られる。
従って、図６に示すように、図２の動作と図４の動作を組み合わせると、ヨーク型永久磁石７を、カソード４に対して上下動させると共に水平移動させることによって、エロージョン部１３ａ、１３ｂは、図３と図５を合わせた形状となるため、ターゲット３に均一な深さのエロージョン部を形成できる。
【００２０】
以上のように、本発明の第１実施例によれば、ヨーク型永久磁石７が、磁石を固定するベース８と、ベース８の中央部に固定された第１ヨーク型永久磁石９と、ベース８の端部に固定され、第１ヨーク型永久磁石９を取り囲み、磁極の極性が前記第１ヨーク型永久磁石９と反対でかつ磁界強度が第１ヨーク型永久磁石９より弱い、第２ヨーク型永久磁石１０とからなり、さらにヨーク型永久磁石７を角型カソードに対して、磁界収束部がターゲット３に到達する範囲内で、上下動させると共に水平移動させる移動制御部１１を備えているので、ヨーク型永久磁石７を回転させるだけでエロージョン部１３ａ、１３ｂを拡大できるため、簡単な構成で使用効率の高いターゲット３を有したマグネトロンスパッタリング装置１が得られる。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明の第２実施例について図７乃至図１２を用いて説明する。
第１実施例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図７に示すように、本発明の第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置１４は、図１に示した第１実施例のマグネトロンスパッタリング装置１における移動制御部１１の代わりに、ヨーク型永久磁石７をその中心に対して所定角度で揺動させると共に水平移動させる傾斜移動制御部１５にしたものであり、それ以外は同様である。
【００２２】
次に、本発明の第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置１４を用いてスパッタした際のターゲット３に形成されるエロージョン部の形状について調べた結果について、図８〜図１２を用いて説明する。図９、図１１、図１２の点線は、ターゲット３がスパッタされない初期状態の表面を示している。
図８に示すように、傾斜移動制御部１５を駆動させてヨーク型永久磁石７をカソード３に対して反時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合には、ヨーク型永久磁石７の左側は、実質的に第１実施例での磁石が遠ざかった場合と同じであり、磁界収束部はより外側に広がるようになる。それに対して、右側は、磁石が近づいた場合と同じであり、磁界収束部は内側になる。したがって、この状態でヨーク型永久磁石を水平移動させると、ターゲット３の左側端部がスパッタされるようになる一方、右側端部がスパッタされない。その結果、ターゲット３の断面形状は、図９に示すようになる。
【００２３】
次に、図１０に示すように、傾斜移動制御部１５を駆動させてヨーク型永久磁石７を角型カソード３に対して時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合には、その逆の関係となるため、ターゲット３の断面形状は、図９と左右対称な図１１に示すようになる。
従って、図８の動作と図１０の動作を組み合わせれば、すなわち移動制御部１５を駆動させてヨーク型永久磁石７をカソード４に対してその中心軸として所定角度で揺動させると共に水平移動させることによって、図９と図１１の平均化した図１２に示すようなターゲット３断面形状となり、より均一な深さのエロージョン部を形成できる。
本発明の第２実施例によっても、第１実施例と同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
マグネトロンスパッタリングを行う際、角型ターゲットを広い領域で有効可能なスパッタリング装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【図２】ヨーク型永久磁石がターゲットに近接する位置にあって、かつ水平移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。
【図３】ヨーク型永久磁石がターゲットに近接する位置にあって、かつ水平移動させて形成された場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。
【図４】ヨーク型永久磁石がターゲットから遠ざけた状態で水平移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。
【図５】ヨーク型永久磁石がターゲットから遠ざけた状態で水平移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。
【図６】ヨーク型永久磁石をターゲットに対して上下かつ水平移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。
【図７】本発明の第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【図８】ヨーク型永久磁石をターゲットに対して反時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。
【図９】ヨーク型永久磁石をターゲットに対して反時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。
【図１０】ヨーク型永久磁石をターゲットに対して時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合の磁界分布を示すヨーク型永久磁石近傍の断面図である。
【図１１】ヨーク型永久磁石をターゲットに対して時計方向に所定角度だけ傾斜させた状態で水平方向に移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。
【図１２】ヨーク型永久磁石をターゲットに対して反時計方向又は時計方向に傾斜させて水平方向に移動させた場合のエロージョン部が形成されたターゲットの断面図である。
【図１３】従来のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１４…マグネトロンスパッタリング装置、２…真空チャンバ、３…ターゲット、４…カソード、５…基板、６…アノード、７…ヨーク型永久磁石（永久磁石）、８…ベース、９…第１ヨーク型永久磁石（第１永久磁石）、１０…第２ヨーク型永久磁石（第２永久磁石）、１１…移動制御部、１２…磁界、１３a、１３ｂ…エロージョン部、１５…傾斜移動制御部
【図１】
2006002244.tif 000003
【図２】
2006002244.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006002244.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006002244.tif 000009
【図８】
2006002244.tif 000010
【図９】
2006002244.tif 000011
【図１０】
2006002244.tif 000012
【図１１】
2006002244.tif 000013
【図１２】
2006002244.tif 000014
【図１３】
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