(57)【要約】【課題】  省スペース、小型コストダウンタイプのカソード構造を得るスパッタ用カソード及びスパッタ装置を提供する。【解決手段】  従来１個のターゲット材料に対して１個のカソードを用いるのが通常であったが、本発明は１個のカソードの両面にターゲットを設置することにより、小型、コストダウンを実現する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンスパッタ用カソードにおいて、プラズマ閉じ込め用磁石がヨーク構造を有せず、該磁石の両側にターゲットを有することを特徴とするスパッタ用カソード。
【請求項２】
カソードの両側のターゲットに電力を印加し、両側同時スパッタが可能であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ用カソード。
【請求項３】
カソードの両側のターゲットから使用ターゲットを選択して交互に電力を印加し、１基のカソードで異なる材料のスパッタが可能であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ用カソード。
【請求項４】
ターゲット面の法線と被成膜基板の法線とのなす角である、選択したターゲット面の基板に対する向きを制御可能とする構造を有することを特徴とする請求項３に記載のスパッタ用カソード。
【請求項５】
請求項４に記載のスパッタ用カソードを有するスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＤＣ、ＲＦ等の放電によりスパッタ成膜を行うスパッタ装置において、そのマグネトロンスパッタ用カソードの構造の改善、及び該カソードを搭載するスパッタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている、マグネトロンスパッタ用カソードの模式図を図１に示す。
【０００３】
構造としては、ヨークプレート１の中央に中央部永久磁石２、周辺部に中央部と磁場の向きを逆にする環状周辺永久磁石３を有する磁極部４、それらを収納するカソードボディ５、アースシールド部６、及び真空チャンバー側にターゲット８を有するバッキングプレート部７からなるものが用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
なお、磁石としては通常希土類系強磁石が用いられ、非磁性ターゲットの表面近傍で２００〜４００ガウスの磁束密度を有する。又、磁極部４はセラミックや樹脂等で形成され、磁極部４とバッキングプレート部７の間隙は冷却水が循環供給される。図示していないが、放電のための電力（ＤＣ、ＲＦ）は、電源からカソードボディ５、バッキングプレート部７を通してターゲット側に供給される。
【特許文献１】特許第２５７５０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッチタイプや連続式（インライン）のスパッタ装置において、従来用いられているマグネトロンスパッタ用カソードは、ヨーク構造を有し片側１面のターゲットを使用するものであった。従って、複数の材料をスパッタ成膜積層する場合、材料１種についてカソード１基を必要とし、複数のカソードを真空装置内に設けなければならなかった。これは、カソード台数が増えるばかりでなく、スペースをも必要とし、更に装置の容積も増え、排気タクト、装置コストの上で問題であった。
【０００６】
スペースを有効に利用するため、カソードを３角柱状に組み合わせ、ターゲット３面を回転して使用する方法も提案（特開２００２−８８４７０号公報）されているが、やはりターゲット１面についてカソード１基を必要とし、装置コスト、スペース、更なる改善が求められるところであった。
【０００７】
本発明は、以上の点に着目して成されたもので、装置本体の小型化、低コスト化が可能となるスパッタ用カソード及びスパッタ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】
【０００８】
上記問題を解決するために、マグネトロンスパッタ用カソードにおいて、プラズマ閉じ込め用磁石がヨーク構造を有せず、該磁石の両側にターゲットを有するカソードが有効であることを見出した。
【０００９】
本発明のカソードの模式図を図２に示す。構造としては、磁極部４の中央に中央部永久磁石２、周辺部に中央部と磁場の向きを逆にする環状周辺永久磁石３を設け、それらを収納するカソードボディ５１、５２、アースシールド部６、及び両側にターゲット８１、８２、を有するバッキングプレート部７１、，７２、からなる。但し、各ターゲットに独立に電力を供給するためカソードボディはセラミック等の絶縁板９により分離される。
【００１０】
なお、磁極部４とバッキングプレート部７１、７２の間隙は冷却水が循環供給され、従来はカソード裏側（ヨーク側）は大気であったが、本発明の場合はカソード両側が真空となる。図示していないが、放電のための電力（ＤＣ、ＲＦ）は、電源からカソードボディ５１（５２）、バッキングプレート部７１（７２）を通してターゲット側に供給される。
【００１１】
更に、本発明のカソード構造とする事により、両側のターゲットに同時に電力を印加し、カソード１基で両側同時スパッタが可能である。模式図を図３に示す。電源１０からの電力は切り替え器１１により同時にターゲット８１、８２に供給されスパッタ成膜が可能となる。
【００１２】
更に、本発明のカソード構造とする事により、カソードの両側のターゲットから使用ターゲットを選択して交互に電力を印加し、１基のカソードで異なる材料の交互層スパッタ成膜が可能である。模式図を図４に示す。電源１０からの電力は切り替え器１１により片側のターゲット８１に供給され、ターゲット８１の材料はスパッタ成膜される。次に切り替え器１１により片側のターゲット８２に電力を供給し、ターゲット８２を被成膜面に対向させれば交互層スパッタ成膜が可能となる。
【００１３】
更に、本発明のカソード構造とした場合、カソードを回転させ、選択したターゲット面の基板に対する向き（ターゲット面の法線と被成膜基板の法線とのなす角）を制御する事により、ターゲット材料のスパッタ分布、を容易に改善でき、又小スペース上も効果が大きいことを見出した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成により、低コストなマグネトロンスパッタ用カソードの供給が可能となり、本カソードをスパッタ装置に搭載することにより、装置本体の小型化、低コスト化が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
[比較例１]
【００１７】
図１の模式図に示すように、ヨーク（鉄系）を有する４インチマグネトロンスパッタ用カソード（片面カソード）を用いてＳｉのＤＣ反応性スパッタ成膜を行った。この時、中央部永久磁石２と環状周辺永久磁石３の間隔は３０ｍｍでＳｉターゲットの表面１０ｍｍ近傍（エロージョン部真上）で磁束密度〜２５０ガウスであった。ターゲット中心上７０ｍｍの基板位置において、投入電力５００Ｗで成膜レート（堆積速度）は〜１．５ｎｍ／秒であった。又、放電状態は安定して良好であった。
【実施例１】
【００１８】
図２の模式図に示すように、ヨーク（鉄系）を有しない４インチマグネトロンスパッタ用カソード（両面カソード）を用いて比較例１と同様にＳｉのＤＣ反応性スパッタ成膜を行った。この時、中央部永久磁石２と環状周辺永久磁石３の間隔は３０ｍｍでＳｉターゲットの表面１０ｍｍ近傍（エロージョン部真上）で磁束密度は比較例１と同様〜２５０ガウスであった。ターゲット中心上６０ｍｍの基板位置において、投入電力５００Ｗで成膜レート（堆積速度）は比較例１と同様〜１．５ｎｍ／秒であった。又、放電状態は比較例１と同様安定して良好で有り、実用上問題は無かった。
【実施例２】
【００１９】
実施例１の４インチマグネトロンスパッタ用カソード（両面カソード）を有するスパッタ装置の例を図５に示す。１５は真空槽であり、両面カソード１２は基板ホルダー１４の回転中心軸からオフセット（カソード回転軸１３までの距離ΔＸ）して配置され、カソード回転軸１３により基板ホルダーへの向き（ターゲット面の法線と被成膜基板の法線とのなす角Θ）を制御する。カソード回転時は基板ホルダーとの接触を避けるため基板ホルダーは上下動する。ターゲットは片側Ｓｉで反対側はＴｉであり、その水冷、電力の供給は回転軸１３を通して行う。基板は基板ホルダー１４に収容され公転（公転半径Ｒが０の場合は自転）する。
【００２０】
ＳｉのＤＣ反応性スパッタで成膜（ΔＸ＝５０、カソードが水平な時のターゲット面と基板ホルダー面の距離ＳＴ＝６０、Ｒ＝０）した時の、Φ８０平面基板上の膜厚分布の角度（Θ）依存性を図６示す。
【００２１】
図６において、横軸は基板中心からの距離を示し、縦軸は膜厚比を示す。又、Θの単位は度であり時計回りを正とする。予想値は、スパッタ放出分布が余弦法則に従うと仮定した幾何学的蒸発分布から求めたものである。同様にＴｉのＤＣ反応性スパッタで成膜（ΔＸ＝５０、カソードが水平な時のターゲット面と基板ホルダー面の距離ＳＴ＝６０、Ｒ＝０）した時の、平面基板上の膜厚分布の角度（Θ）依存性を図７示す。
【００２２】
図６、図７からカソード回転角度が同一でも、ターゲット材料が異なると膜厚分布が異なる事が分かる。従って、カソードの回転角度を制御する事は、均一な膜厚分布を得るための有効な方法である。しかしながら、成膜レートに関しては、ΔＸ＝０、Θ＝０、ＳＴ＝６０、Ｒ＝０で基板中心のレートを１００％とすると、そのままオフセット（ΔＸ＝５０）するだけでレートは約４０％まで減少し、Θ＝−５とカソード角度を回転させてもレートは約５０％まで増加するだけで、不利な点も有るが膜厚分布を重視するとやむを得ない。又、メカ機構が簡単で、真空槽１５の容積を小さくする事が出来（比較例２の約２／３）、排気タクト、装置コストに有利である。
[比較例２]
【００２３】
比較例１の４インチマグネトロンスパッタ用カソード（片面カソード）を有するスパッタ装置の例を図８に示す。
【００２４】
１５は真空槽であり、片面カソード１６、１７は基板ホルダー１４の自転中心軸からオフセット（ターゲット面の中心を通る法線までの距離ΔＸ）して配置される。基板ホルダー１４は、カソード１６でスパッタ成膜中自転を行い、成膜終了後基板移動軸１８によりカソード１７上に移動され、カソード１７でスパッタ成膜中自転を行う。ターゲットは片側Ｓｉで他方はＴｉであり、その水冷、電力の供給はカソード大気側を通して行う。基板は基板ホルダー１４に収容されホルダー１４の自転軸の回りを公転（公転半径Ｒが０の場合は自転）する。
【００２５】
ΔＸ、ＳＴ間が実施例１と同様であれば、図６、図７に示すΘ＝０の膜厚分布が得られる。但し、ターゲット材料の違いによる膜厚分布の差は補正できない。
【００２６】
また、成膜レートに関しても実施例１と同様である。
【００２７】
カソードをチャンバー底面に２基並べる構造となるため、コスト上の不利もあるが、各カソード上に基板ホルダ−を移動する必要が有り、基板ホルダーのメカ機構が複雑となる。又、真空槽１５の容積は大きくなり（実施例２の約１．５倍）、排気タクト、装置コスト上、不利である
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】比較例１のカソード模式図
【図２】実施例１のカソード模式図
【図３】両面同時使用時のカソード模式図
【図４】両面交互使用時のカソード模式図
【図５】実施例２のスパッタ装置模式図
【図６】実施例２のＳｉ膜厚分布を示す図
【図７】実施例２のＴｉ膜厚分布を示す図
【図８】比較例２のスパッタ装置模式図
【符号の説明】
【００２９】
１    ヨーク
２    磁石
３    磁石
４    磁極部
５    カソードボディ
６    アースシールド
７    バッキングプレート
８    ターゲット
９    絶縁板
１０  電源
１１  切り替え器
１２  両面カソード
１３  カソード回転軸
１４  基板ホルダー
１５  真空槽
１６  片面カソード
１７  片面カソード
１８  ホルダー移動軸
【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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【図６】
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【図７】
2006233240.tif 000009
【図８】
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