(57)【要約】【課題】大形化やコスト高を招くことなく、ターゲットの使用効率を上げることが可能となるマグネトロンスパッタ装置用カソードを製作容易に提供する。【解決手段】内側磁極１１と、この内側磁極１１とは反対の極性で該内側磁極１１を取り囲む外側磁極１２とを板状磁性体材料からなるヨーク１３で磁気的に接続して構成された磁気回路Ａをターゲット１４の背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、前記内側磁極１１と外側磁極１２との間にあって、ターゲット１４に形成されるエロージョン８０の最深部８０ａ正対する領域に、非磁性体部材１８を介してヨーク１３の主面側に支持される軟磁性体からなる磁界制御部位材１７を配設する。【選択図】        図１
2005008917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを、板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路を、ターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、
前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる軟磁性体からなる磁界制御部材を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させたことを特徴するマグネトロンスパッタ装置用カソード。
【請求項２】
内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを、板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路を、ターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、
前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる磁界制御部材としての永久磁石を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させ、
前記永久磁石の磁化方向を、前記内側磁極および外側磁極の磁化方向にそれぞれ直交させ、かつ異磁極間で反発磁界が発生しない順方向となるように設定したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置用カソード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、ＯＬＤＥ、太陽電池などにおける透明電極膜をスパッタリング法で形成する工程などで使用されるマグネトロンスパッタ装置用カソードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば液晶ディスプレイ用の透明基板上に透明電極膜を形成する手段として、ターゲット表面側に漏洩する磁界により高密度プラズマを形成してスパッタリングを行うマグネトロンスパッタ装置用カソードが知られている。
このようなカソードは、一般に、図９に示すように、内側磁極１と、内側磁極１とは反対極性で該内側磁極１を取り囲む外側磁極２とを板状磁性材料からなるヨーク３で磁気的に接続して構成されてケース６に収容された磁気回路Ａを、ターゲット４を背面から支持するターゲット支持部材（バッキングプレート）５の背面側に配置した構造となっている。
【０００３】
上記構成において、被成膜用基板（図示せず）主面に前記ターゲット４を対向させ、これらの配設空間を真空下としてＡｒガスを導入した状態で、前記ターゲット４に電圧を印加すると、該ターゲット４から放出された電子によりＡｒガスがイオン化し、このイオン化されたＡｒガスがターゲット４の表面に衝突してエロージョン８が進行形成されつつ、ターゲット物質がたたき出され、たたき出されたターゲット物質が前記基板主面に堆積することにより薄膜が形成される。この時、電子は、ターゲット４の表面へ漏洩する磁界７が電界と直交する領域に集中し、高密度プラズマが生成され、これによって基板主面に対する成膜が高速で行われる。
【０００４】
しかし、従来の構成では、高速での成膜が可能であるという利点があるものの、ターゲット４の表面の一部のみが集中してスパッタされるので、エロージョン８の断面形状が傾斜のきついＶ字形状となる傾向があり、従って、ターゲット材料の使用効率が極めて小さいという問題があった。
このため、既に、エロージョン８の局部的な進行を抑えるために、ターゲット４の背面側の磁気回路Ａを磁極１，２間方向（内外方向）へ移動させるようにした技術も提案されているが、その場合、カソード全体構造が複雑で大形化し、製作費の増大を招くほか、磁界の移動に伴って成膜分布やレートが変動してしまうなどの新たな課題が残り、実施化には問題が多い。
【０００５】
前記カソードの大形化を招くことなく、エロージョンの局部的な進行を抑制させるために、前記内側磁極と外側磁極との間に位置して、ターゲット支持板５側に磁性体をそれぞれ埋設する技術が提案されている（特許文献１）。しかし、この技術では、磁性体をターゲット支持板に埋設するのに手間がかかる。
【０００６】
【特許文献１】
特公平３−６２７８９号公報（第３頁、第１図、第６図）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に照らし、大形化やコスト高を招くことなく、ターゲットの使用効率を上げることが可能となるマグネトロンスパッタ装置用カソードを製作容易にして提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、マグネトロンスパッタ装置用カソードについて鋭意検討した結果、内側磁極と外側磁極との間であって、ターゲットのエロージョンの最深部に正対する領域に、軟磁性体を非磁性体部材を介してヨークに設けることにより、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させることができ、これにより、比較的容易にしてエロージョンの局部的な進行を抑制できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路をターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる軟磁性体からなる磁界制御部材を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させたことを特徴するマグネトロンスパッタ装置用カソードに係るものである。
【００１０】
このマグネトロンスパッタ装置用カソードでは、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に配置した磁界制御部材により、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度が局所的に低下され、その結果、スパッタされる幅が広がってエロージョンの局所的進行が抑制され、ターゲットの使用効率の向上が可能となり、しかも、磁気回路を移動させるものに比して構造も簡単で、低コスト化が図れる。
とくに、磁界制御部材を非磁性体部材を介してヨークに支持させるので、磁界制御部材をターゲット支持板に埋設するものに比して製作が容易になる。
【００１１】
また、別の本発明は、内側磁極と、この内側磁極とは反対の極性で該内側磁極を取り囲む外側磁極とを板状磁性体材料からなるヨークで磁気的に接続して構成された磁気回路をターゲットの背面側に配置してなるマグネトロンスパッタ装置用カソードにおいて、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度を局所的に低下させる磁界制御部材としての永久磁石を配設し、かつこれを非磁性体部材を介してヨークの主面側に支持させ、前記永久磁石の磁化方向を、前記内側磁極および外側磁極の磁化方向にそれぞれ直交させ、かつ異磁極間で反発磁界が発生しない順方向となるように設定したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置用カソードに係るものである。
【００１２】
このマグネトロンスパッタ装置用カソードでは、前記内側磁極と外側磁極との間にあって、前記ターゲットに形成されるエロージョンの最深部に正対する領域に配置した磁界制御部材が永久磁石であるから、ターゲット表面に漏洩する磁界の前記領域での強度の低下が大きくなり、その結果、スパッタされる幅が一層広げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参考にして説明する。
図１は、本発明のマグネトロンスパッタ装置用カソードの一例を示す正面断面図である。
【００１４】
図１において、断面形状がコ字形のケース１６の内部には、内側磁極１１と、この内側磁極１１とは反対極性で該内側磁極１１を取り囲む外側磁極１２とを板状磁性材料からなるヨーク１３で磁気的に接続して構成された磁気回路Ａが収納されている。なお、前記ケース１６は、平面形状が、例えば円形であり、ＳＵＳ３０４などの非磁性体材料から形成されている。
被成膜用基板（図示せず）の主面に対向してターゲット１４が配設されており、このターゲット１４は、背面からターゲット支持板（バッキングプレート）１５に支持されている。前記磁気回路Ａは、ターゲット１４の背面側（具体的には、ターゲット支持板１５の背面側）に配置されている。
【００１５】
前記内側磁極１１と外側磁極１２との間であって、図４に示すターゲット１４におけるエロージョン８０の最深部（磁界分布のうちで、ターゲット１４に垂直な成分が０となる部位）８０ａに正対する領域に、軟磁性体からなる磁界制御部位材１７が配設されており、この磁界制御部材１７は、ターゲット１４の表面に漏洩する磁界の前記最深部での強度を局所的に低下させるためであり、前記ヨーク１３の主面側に非磁性体部材１８を介して支持されている。
【００１６】
前記磁界制御部材１７を構成する軟磁性体材料は、特に限定されるものではないが、耐腐食性の面からＳＵＳ４３０を使用するのが好ましい。また、非磁性体部材１８の構成材も、特に限定されるものではなく、アルミニウム、銅、ＳＵＳ３０４などの非磁性ステンレス鋼などの金属材料、あるいは合成樹脂材料を用いることができる。
また、前記非磁性体部材１８をヨーク１３に固定する方法としては、接着、あるいは真鍮、ＳＵＳなどの非磁性材料からなるビスにより締結する方法などが挙げられる。
【００１７】
ここで、前記磁界制御部材１７の配置位置について説明する。
一般に、マグネトロンスパッタ装置用カソードを使用してスパッタリングを行うと、断面が略Ｖ字形のエロージョンが、円形のカソードではリング状に、また矩形カソードではトラック状に形成される。
そこで、この発明の実施形態では、前述したように、エロージョン８０の最深部８０ａと正対する領域に磁界制御部材１７を配置する。なお、ここで言う正対する領域とは、磁界制御部材１７の幅範囲内に、前記エロージョン８０の最深部８０ａが存在する領域のことを示す。
【００１８】
上記構成において、成膜される基板主面に対向する前記ターゲット１４の配設空間を真空下に設定し、この空間にＡｒガスを導入する。この状態で前記ターゲット１４に電圧を印加すると、該ターゲット１４から放出された電子によりＡｒガスがイオン化される。このイオン化されたＡｒガスがターゲット１４の衝突してエロージョン８０が進行形成されつつターゲット物質がたたき出され、たたき出されたターゲット物質が前記基板主面に堆積し、これにより薄膜が形成される。この時、電子は、ターゲット表面へ漏洩する磁界が電界と直交する領域に集中し、高密度プラズマが生成され、これによって成膜が高速で行われる。
【００１９】
ここで、前記内側磁極１１と外側磁極１１との間において、ターゲット１４におけるエロージョン８０の最深部８０ａと正対する領域に磁界制御部材１７を配設したので、ターゲット１４の表面に漏洩する磁界の前記最深部位での強度が局所的に低下する。このため、ターゲット１４におけるスパッタされる領域（幅）が広がり、その分エロージョン８０の局所的進行が抑制され、結果、ターゲット１４の使用効率が向上される。
しかも  この場合、前記磁気回路Ａを移動したりしないので、構造が簡単で、装置の小形化が維持でき、製造コストも抑えられる。とくに、前記磁界制御部材１７を非磁性体部材１８を介してヨーク１３に支持する構造であるから、磁界制御部材１７をターゲット支持板１５に埋設するものに比して作りやすくなるという利点がある。
【００２０】
つぎに、この発明の別の実施形態について、図面を参考にして説明する。
図２は、本発明のマグネトロンスパッタ装置用カソードの他の例を示す正面断面図であり、図１と同一もしくは相当部位には、同一符号を付してそれらの説明を省略する。
図２において、内側磁極１１と外側磁極１２との間において、前記ヨーク１３の主面側には、前記ターゲット１４に形成されるエロージョン８０の最深部（磁界分布のうちでターゲット１４に垂直な成分が０となる領域）８０ａに正対する領域に、永久磁石からなる磁界制御部材１９が非磁性体部材１８を介して支持されている。
【００２１】
さらに、上記永久磁石からなる磁界制御部位材１９は、その磁化方向１００が前記内側磁極１１の磁化方向１０１および外側磁極１２の磁化方向１０２とそれぞれ直交する方向で、かつ順方向となるように設定されている。
上記順方向とは、例えば図２において、内側磁極１１の上面（ターゲット１４側）をＮ極として設定してある場合、磁界制御部位材１９の磁化方向を内側がＳ極、外側がＮ極となるように設定することを示す。すなわち、ターゲット１４側から見てＮ極−Ｓ極−Ｎ極−Ｓ極を、磁極１１，１２間で反発磁界が起きない順序に配列させる。
【００２２】
このように構成することにより、ターゲット１４の表面に平行な磁界成分の領域が拡大し、ターゲット１４の表面のスパッタリングされる領域が一層拡大することが可能となる。
なお、上記図２に示すカソード形状も、図１と同じ円形としているが、本発明のカソード形状は円形に限らず、矩形であっても適用可能である。
【００２３】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
なお、以下で説明するターゲット表面の磁束密度分布の測定結果については、ターゲットの中心から片側のみであり、ターゲットに水平な成分（実線で示す）と垂直な成分（破線で示す）に分けてグラフ表示してある。
【００２４】
比較例１
図９で示した従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードを作製した。このカソードにおけるターゲット表面の磁束密度を図７に示す。
このような磁界分布を持つカソードを用いて、厚さ６ｍｍの銅ターゲットを、エロージョンの最深部が５ｍｍになるまでスパッタリングした。
得られたエロージョン８は、図８に示すように略Ｖ字状の断面形状となり、使用効率は２０％と低いものとなった。また、エロージョン８の最深部８ａの位置は中心から約４０ｍｍの位置になり、図７における垂直成分が０になる位置と一致し、鋭く抉られた形状となった。
【００２５】
実施例１
内側磁極１１と外側磁極１２との間であって、ターゲット１４におけるエロージョン８０の最深部８０ａと正対する領域に、ＳＵＳ４３０からなる磁界制御部材１７を、アルミニウムからなる非磁性体部材１８を介してヨーク１３に取り付けることにより、第１の実施形態の構成によるマグネトロンスパッタ装置用カソードを作製した。
このマグネトロンスパッタ装置用カソードにおけるターゲット表面の磁束密度分布を測定したところ、図３に示すように、４０ｍｍ付近の水平磁界成分がやや減少し、さらに、水平磁界成分の傾斜が緩やかに変化した。
【００２６】
製作したカソードを使用し、比較例１と同様に、厚さ６ｍｍの銅ターゲットを、スパッタリングした結果、エロージョン８０は、図４に示すような断面形状となった。つまり、エロージョン８０の幅が拡大し、その最深部８０ａ付近の形状がなだらかに変化することを確認した。ターゲットの使用効率は３０％と高いものとなった。
【００２７】
実施例２
前記実施例１の構成における磁界制御部材１７を永久磁石１９に代えることにより、第２の実施形態での構成によるマグネトロンスパッタ装置用カソードを製作した。
同様に、このマグネトロンスパッタ装置用カソードにおけるターゲット表面の磁束密度分布を測定したところ、図５に示すような結果となった。永久磁石からなる磁界制御部材１９に対応する領域の水平磁束密度が大幅に減少し、Ｍ字形状となった。また、垂直成分も０テスラ付近で大きく傾斜した。
【００２８】
実施例１と同様に、銅ターゲットをスパッタリングした結果、エロージョン８０は、図６に示すような断面形状となった。
実施例１に比して、エロージョン８０の幅がさらに拡大し、その最深部付近の形状も略Ｕ字形に変化することを確認した。ターゲットの使用効率が３７％と著しく高くなった。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、ターゲットのエロージョンの最深部に正対する領域に、ヨークに非磁性体部材を介して支持される磁界制御部材を配置する構成により、大形化やコスト高を招くことなく、エロージョンの局所的進行を抑制でき、ターゲットの高い使用効率を製作容易にして達成できる。
また、請求項２の発明によれば、ターゲットのエロージョンの最深部に正対する領域に、ヨークに非磁性体部材を介して支持される磁界制御部材として、磁化方向が特定された永久磁石を配置する構成により、エロージョンの局所的進行を一層抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるマグネトロンスパッタ装置用カソードを示す正面断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態にかかるマグネトロンスパッタ装置用カソードを示す正面断面図である。
【図３】図１のマグネトロンスパッタ装置用カソードのターゲット表面における磁界分布を示すグラフである。
【図４】図１のマグネトロンスパッタ装置用カソードを用いてスパッタリングを行った時にターゲット表面に形成されたエロージョンの断面形状を示す図である。
【図５】図２のマグネトロンスパッタ装置用カソードのターゲット表面における磁界分布を示すグラフである。
【図６】図２のマグネトロンスパッタ装置用カソードを用いてスパッタリングを行った時にターゲット表面に形成されたエロージョンの断面形状を示す図である。
【図７】従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードのターゲット表面における磁界分布を示すグラフである。
【図８】従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードを用いてスパッタリングを行った時にターゲット表面に形成されたエロージョンの断面形状を示す図である。
【図９】従来のマグネトロンスパッタ装置用カソードを示す正面断面図である。
【符号の説明】
１１  内側磁極
１２  外側磁極
１３  ヨーク
１４  ターゲット
１７，１９  磁界制御部材
１８  非磁性体部材
８０  エロージョン
８０ａ  最深部
Ａ  磁気回路
【図１】
2005008917.tif 000003
【図２】
2005008917.tif 000004
【図３】
2005008917.tif 000005
【図４】
2005008917.tif 000006
【図５】
2005008917.tif 000007
【図６】
2005008917.tif 000008
【図７】
2005008917.tif 000009
【図８】
2005008917.tif 000010
【図９】
2005008917.tif 000011