(57)【要約】【課題】使用効率の高いターゲットを得ることができ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を発生させるための磁石ユニット７と、からなる。そして、磁石ユニット７は、ベース１０上の外周に固定された永久磁石１２と、ベース１０上の略中央に配置され、コイル１４が周囲に巻回された複数の磁心を有する複数の電磁石１１Ａ〜１１Ｄと、コイル１４に電流を供給する電流供給源Ｅと、磁心１３に巻回されたコイル１４のいずれか一つに電流供給源Ｅを接続する切り換え部ＳＷと、を備えている。【選択図】図１
2007224343.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磁石ユニットと、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、
前記磁石ユニットは、ベースと、前記ベース上の外周に固定された永久磁石と、前記ベース上にあって、かつ前記ベースの略中央に配置され、コイルが周囲に巻回された複数の磁心を有する複数の電磁石と、前記コイルに電流を供給する電流供給源と、前記複数の磁心に巻回されたコイルのいずれか一つに前記電流供給源を接続する切り換え部と、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】
マグネトロンスパッタ装置において、ターゲットの利用効率を高くしてスパッタリングコストを安価にするためには、エロージョン部を拡大することが必要である。特許文献１には、エロージョン部を拡大してターゲットの利用効率を高めることができるマグネトロンスパッタ装置が記載されている。
図４は、特許文献１に記載されているマグネトロンスパッタ装置の断面図である。
図４に示すように、従来のマグネトロンスパッタリング装置１００は、真空チャンバ１０１と、この真空チャンバ１０１って、ターゲット１０２するカソード１０３のカソード１０３あって、ターゲット１０２側のカソード１０３と対向するようにした基板１０４が載置されたアノード１０５と、カソード１０３の下方に磁界を発生するためのヨーク型永久磁石１０６と、回転棒１１０を介してヨーク型永久磁石１０６と接続された回転制御装置１１１と、を備えている。
【０００３】
更に、マグネトロンスパッタリング装置１００は、ヨーク型永久磁石１０６が、ベース１０７と、このベース１０７上にあって中央部に固定された第１ヨーク型永久磁石１０８と、ベース１０７の端部に固定され、第１ヨーク型永久磁石１０８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１０９とを備えている。そして、第１、第２ヨーク型永久磁石１０８、１０９の上部は１方向に斜めに傾斜した形状を有している。そして、ヨーク型永久磁石１０６を回転させるだけでエロージョン部１１２Ａ、１１２Ｂを拡大できるため、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。
【特許文献１】特開２００３−３４１２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カソード１０３内に冷却水を流す必要があるので、カソード１０３内に冷却水を流すための水冷機構を回転制御装置１１１に設ける必要がある。この結果、この回転制御装置１１１には、水漏れ対策等をすることが要求され複雑化してしまう。
また、第１、第２ヨーク型永久磁石１０８、１０９は、モータなどで機械的に回転させるため、ヨーク永久磁石の重量、回転軸の水漏れ対策の観点から、速い回転が困難であった。
【０００５】
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、回転機構を必要とせずとも、使用効率の高いターゲットを得ることができ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】
【０００６】
本発明は、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磁石ユニットと、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、前記磁石ユニットは、ベースと、前記ベース上の外周に固定された永久磁石と、前記ベース上にあって、かつ前記ベースの略中央に配置され、コイルが周囲に巻回された複数の磁心を有する複数の電磁石と、前記コイルに電流を供給する電流供給源と、前記複数の磁心に巻回されたコイルのいずれか一つに前記電流供給源を接続する切り換え部と、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】
【０００７】
本発明によれば、磁石ユニットは、ベースと、前記ベース上の外周に固定された永久磁石と、前記ベース上にあって、かつ前記ベースの略中央に配置され、コイルが周囲に巻回された複数の磁心を有する複数の電磁石と、前記コイルに電流を供給する電流供給源と、前記複数の磁心に巻回されたコイルのいずれか一つに前記電流供給源を接続する切り換え部と、を備えているので、電気的に磁界発生強度分布を形成することができ、回転機構を必要とせずとも、使用効率の高いターゲットを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の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３を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はＭＭ方向から見た平面図である。図２は、図１（Ｂ）のＮＮ断面を示す図である。図３は、ターゲットに形成されたエロージョン部を示す断面図である。
【実施例】
【０００９】
図１（Ａ）に示すように、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、ターゲット３側のカソード４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磁石ユニット７と、からなる。更に、チャンバ２には、スパッタを行うためのガスをチャンバ２内に導入するためのガス導入管８が取り付けられ、チャンバ２内を真空引きするための排気管Ｔが接続されている。また、カソード４には、チャンバ２内に導入されたガスのプラズマを発生させるための高周波電源９が接続されている。上記したカソード４は、円形である。
【００１０】
図１（Ｂ）に示すように、磁石ユニット７は、ベース１０と、このベース１０の中央部に固定された電磁石１１と、ベース１０の端部に固定され、電磁石１１を取り囲んだ円環状永久磁石１２と、からなる。
電磁石１１は、円環状永久磁石１２の中心軸を通る水平分割線Ｈと垂直分割線Ｖにより分割された４領域に配置されたサブ電磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを有している。即ち、円環状永久磁石１２の中心軸に対してサブ電磁石１１Ａとサブ電磁石１１Ｃとは互いに対角方向に、サブ電磁石１１Ｂとサブ電磁石１１Ｄとは、互いに対角方向に配置されている。各サブ電磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、１／４円形状の磁心１３と、この磁心１３に巻回されたコイル１４とからなり、磁心１３の円弧部分を外側にして配置されている。各サブ電磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの磁心１３に巻回されたコイル１４の両端には切り換えスイッチＳＷとコイル１２に電流を供給する電流供給源Ｅが直列に接続されている。磁心１３は、例えばＦｅからなり、円環状永久磁石１２は、例えばＮｄＦｅＢからなる。
【００１１】
次に、マグネトロンスパッタリング装置１の動作について説明する。
まずは、図１のように、ターゲット３をカソード４上に、基板５をアノード６上に配置した後、排気管Ｔから真空引きを行って、チャンバ２内を所定の真空度にする。この後、ガス導入管８からＡｒガス等のスパッタリングガスを導入して所定のガス圧にした後、高周波電源９から高周波電力を供給して、スパッタリングガスのプラズマを発生する。スイッチＳＷをオンして、電磁石１１Ａの磁心１３に巻回されているコイル１４と電池Ｅとを接続して、電磁石１１Ａと円環状永久磁石１２との間に磁界を発生させる。
【００１２】
この磁界によって、プラズマがトラップされるので、トラップされたプラズマによってターゲット３はスパッタされて基板５上に薄膜を形成する。
この際、ターゲット３には、ターゲット中心よりずれた位置に中心がある円状エロージョン部が形成される。
この後、スパッタの電源は投入したままで、スイッチＳＷをオフすると同時に、電磁石１１ＢのスイッチＳＷをオンして、電磁石１１Ｂの磁心１３に巻回されているコイル１４と電池Ｅとを接続して磁界を発生させ、上記したと同様に基板５上に薄膜を形成する。この際、ターゲット３上には上記したエロージョン部が形成された位置と異なる位置にエロージョン部が形成される。電磁石１１Ｃ、１１Ｄを用いたスパッタを行う場合も同様である。
【００１３】
ここで、サブ電磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄと円環状永久磁石１２との間に磁界を形成することにより、ターゲット３上の広い領域にエロージョン部が得られることについて説明する。
以下では、最初にスパッタを行う時には、サブ電磁石１１Ａを用い、次にスパッタを行う時には、サブ電磁石１１Ａと対角方向に配置されたサブ電磁石１１Ｃを用いて基板５上にターゲット３の材料の薄膜を形成する場合について説明する。
まずは、図２（Ａ）に示すように、スイッチＳＷをオンして、サブ電磁石１１Ａの磁心１３に巻回されているコイル１４と電池Ｅとを接続して、サブ電磁石１１Ａの上部がＮ極となるようにコイル１４に電流を流し、サブ電磁石１１Ａと円環状永久磁石１２との間で磁界の閉ループを形成する。この磁界の閉ループは、サブ電磁石１１Ａとサブ電磁石１１Ａに近い側の円環状永久磁石１２との間及びサブ電磁石１１Ａとサブ電磁石１１Ａに遠い側の円環状永久磁石１２との間に形成される。
【００１４】
この際、サブ電磁石１１Ａとサブ電磁石１１Ａに近い側の円環状永久磁石１２との間に形成される磁界の閉ループをＵ1、サブ電磁石１１Ａとサブ電磁石１１Ａに遠い側の円環状永久磁石１２との間に形成される磁界の閉ループをＶ1とする。
磁界の閉ループＵ1とターゲット３とで囲まれた領域１５Ｐ1内及び磁界の閉ループＶ1とターゲット３とで囲まれた領域１５Ｑ1内には、スパッタリングの際に発生するプラズマが閉じ込められる。
領域１５Ｐ1、１５Ｑ1内の磁界が強い部分には、プラズマが集中するため、それぞれの領域に対応したターゲット３部分には、エロージョン部１６Ａ、１６Ｂが形成されて、基板５上にはターゲット３の材料の薄膜が形成される。この際、エロージョンの位置は、図２（Ａ）で示すターゲットの左側はより内側に、ターゲットの右側はより外側に来る。このため、円状のエロージョンは、その中心がターゲット中心より右側にずれた位置に形成される。
【００１５】
次に、スパッタリングの電源を投入したまま、図２（Ｂ）に示すように、サブ電磁石１１Ａの磁心１３に巻回されているコイル１４への電流を流すのを停止すると同時に、サブ電磁石１１Ｃの磁心１３に巻回されているコイル１４と電池Ｅとを接続して、サブ電磁石１１Ｃの上部がＮ極となるようにコイル１４に電流を流して、サブ電磁石１１Ｃと円環状永久磁石１２との間で磁界の閉ループを形成する。
この閉ループは、上記したと同様に、サブ電磁石１１Ｃとサブ電磁石１１Ｃに近い側の円環状永久磁石１２との間及びサブ電磁石１１Ｃとサブ電磁石１１Ｃに遠い側の円環状永久磁石１２との間に形成される。
【００１６】
この際、サブ電磁石１１Ｃとこのサブ電磁石１１Ｃに近い側の円環状永久磁石１２との間に形成される閉ループをＵ2、サブ電磁石１１Ｃとサブ電磁石１１Ｃに遠い側の円環状永久磁石１２との間に形成される閉ループをＶ2とする。
上記したと同様に、閉ループＵ2とターゲット３とで囲まれた領域１５Ｐ2内及び閉ループＶ2とターゲット３とで囲まれた領域１５Ｑ2内には、スパッタリングの際に発生するプラズマが閉じ込められる。
【００１７】
領域１５Ｐ2、１５Ｑ2内の磁界が強い部分には、プラズマが集中するため、それぞれの領域に対応したターゲット３部分には、エロージョン部１６Ｃ、１６Ｄが形成されて、基板５上にはターゲット３の材料の薄膜が形成される。この際、エロージョンの位置は、図２（Ｂ）で示すターゲットの左側はより外側に、ターゲットの右側はより内側に来る。このため、円状のエロージョンは、その中心がターゲット中心より左側にずれた位置に形成される。
【００１８】
エロージョン部１６Ｃは、エロージョン部１６Ａと対角関係にあり、エロージョン部１６Ｄは、エロージョン部１６Ｂと対角関係にある。そして、エロージョン部１６Ａ、１６Ｄは一方の対角領域側にあり、エロージョン部１６Ｂ、１６Ｃも他方の対角領域側にある。このように、スパッタ放電中に、サブ電磁石１１Ａとサブ電磁石１１Ｃへの電流の供給を連続的に切り替えることにより、いずれの対角領域側にも２つのエロージョン部を形成できる。
【００１９】
上記したと同様に、サブ電磁石１１Ｂ、サブ電磁石１１Ｄにも連続的に電流の供給を切り替えるとさらに別対角領域にもエロージョン部を形成できるので、あたかも電磁石１１が回転しているがごとく、エロージョン領域を連続的に変化し、図３に示すように、ターゲット３全体に亘ってエロージョン部１７の形成領域を拡大できる。
【００２０】
以上のように、本発明の実施例によれば、サブ電磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを円環状永久磁石１２の中心軸の周りに対称に配置し、サブ電磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄへの電流の供給を連続的に切り替えながらスパッタを行うことで、これらの電磁石が回転するかごとく、エロージョン部の領域を拡大形成できるため、使用効率の高いターゲットを得ることができる。また、従来のような永久磁石の機構が不要となり、またプラズマ収束領域を高速に移動させることができる。
なお、カソード４は、実施例では、円形の場合について説明したが、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す図である。
【図２】エロージョン部を形成する様子を説明するための図である。
【図３】ターゲットに形成されたエロージョン部を示す断面図である。
【図４】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】
【００２２】
１…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…磁石ユニット、８…ガス管、９…高周波電源、１０…ベース、１１…電磁石、１２…円環状永久磁石、１３…磁心、１４…コイル、Ｅ…電流供給源、ＳＷ…スイッチ
【図１】
2007224343.tif 000003
【図２】
2007224343.tif 000004
【図３】
2007224343.tif 000005
【図４】
2007224343.tif 000006