(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット裏面側にマグネトロン磁石を配置してターゲット上に磁場を発生させ、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ方法において、基板の内周と外周に異なる磁極を有する基板側磁石を配置し、前記基板側磁石の内周磁石は複数の磁石で構成し、前記基板側磁石の外周磁石はターゲットと対向する基板表面よりもターゲット側に延出し、前記基板側磁石の内周磁石と外周磁石を、内周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット内側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となり、外周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット外側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となるように配置することを特徴とするマグネトロンスパッタ方法。
【請求項２】
基板裏面にヨークを配置し、基板側磁石の内周磁石と外周磁石とヨークで磁気回路を形成することを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタ方法。
【請求項３】
基板の内周マスクの裏面に基板側磁石の内周磁石を配置し、基板の外周マスクの裏面又は外側に外周磁石を配置することを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタ方法。
【請求項４】
ターゲット裏面側にマグネトロン磁石を配置してターゲット上に磁場を発生させ、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ装置において、基板の内周と外周に異なる磁極を有する基板側磁石を設け、前記基板側磁石の内周磁石は複数の磁石で構成し、前記基板側磁石の外周磁石はターゲットと対向する基板表面よりもターゲット側に延出し、かつこれら基板側磁石の内周磁石と外周磁石は、内周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット内側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となり、外周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット外側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となるように配設したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】
基板裏面にヨークを配置し、基板側磁石の内周磁石と外周磁石とヨークで磁気回路を形成したことを特徴とする請求項４記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】
基板の内周マスクの裏面に基板側磁石の内周磁石を配置し、基板の外周マスクの裏面又は外側に外周磁石を配置したことを特徴とする請求項４又は６記載のマグネトロンスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク、電子部品等の薄膜形成に用いられるマグネトロンスパッタ方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクや電子部品などの基板に薄膜を形成する技術としてマグネトロンスパッタ技術がある。このマグネトロンスパッタ技術は、ターゲット付近に発生させたプラズマ中のイオンをターゲットに衝突させることにより、ターゲットからスパッタ粒子をはじき出し、その粒子を基板に付着させて薄膜を形成する技術であり、高密度のプラズマを発生させて高速で成膜することが可能であるため、現在の薄膜形成方法の主流となっている。
【０００３】
図４に従来のマグネトロンスパッタ装置のカソード部を示す。図４において、１はカソードの中心軸で、カソードはこの軸に回転対称形に構成されている。２はターゲット、３はターゲット２の裏面側に配設された内側磁石３ａと外側磁石３ｂから成るマグネトロン磁石であり、４はマグネトロン磁石３によりターゲット２上に形成された磁場である。５は模式的に示した真空処理室である。
【０００４】
以上の構成のカソード部を真空処理室５内に基板６（図示せず。図５参照）とターゲット２表面が対向するように設置し、スパッタガス導入後、ターゲット２にグロー放電用の高電圧電源より電力を供給すると、磁力線に閉じ込められてスパッタ用の高密度プラズマが発生する。このプラズマ中のイオンがターゲット２の表面にぶつかるとターゲット２の原子がスパッタされ、基板の向かい合った表面に付着し、薄膜が形成される。そして、薄膜をより高速に形成するためには基板６とターゲット２の距離を短くすることが必要である。
【０００５】
図５に、マグネトロン磁石３によって発生する磁力線形状を計算機を用いてシミュレーションした結果を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のマグネトロンスパッタ装置においては、高速成膜するために基板６とターゲット２の距離を短くすると、成膜中の基板６の温度が上昇して基板自体や薄膜の膜質に悪影響を与える恐れがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、成膜中の基板の温度上昇を抑制できるマグネトロンスパッタ方法及び装置を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】
本発明のマグネトロンスパッタ方法は、ターゲット裏面側にマグネトロン磁石を配置してターゲット上に磁場を発生させ、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ方法において、基板の内周と外周に異なる磁極を有する基板側磁石を配置し、前記基板側磁石の内周磁石は複数の磁石で構成し、前記基板側磁石の外周磁石はターゲットと対向する基板表面よりもターゲット側に延出し、前記基板側磁石の内周磁石と外周磁石を、内周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット内側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となり、外周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット外側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となるように配置するものであり、それによって簡単かつ確実にターゲットを横切った磁力線が基板に達しないようにでき、ターゲットから飛び出して加速された電子や、プラズマ中の電子やイオンが基板表面に衝突するのを防止することができ、成膜中の基板の温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
また、基板裏面にヨークを配置し、基板側磁石の内周磁石と外周磁石とヨークで磁気回路を形成すると、内周磁石と外周磁石の間で磁束が洩れず、確実に大きな効果が発揮される。
【００１１】
また、基板の内周マスクの裏面に基板側磁石の内周磁石を配置し、基板の外周マスクの裏面又は外側に外周磁石を配置すると、基板の内外周のマスクと干渉せずにその効果を発揮できる。
【００１２】
また、本発明のマグネトロンスパッタ装置は、ターゲット裏面側にマグネトロン磁石を配置してターゲット上に磁場を発生させ、ターゲットからスパッタさせた原子をターゲットと対向する基板上に付着させ、基板上に薄膜を形成するマグネトロンスパッタ装置において、基板の内周と外周に異なる磁極を有する基板側磁石を設け、前記基板側磁石の内周磁石は複数の磁石で構成し、前記基板側磁石の外周磁石はターゲットと対向する基板表面よりもターゲット側に延出し、かつこれら基板側磁石の内周磁石と外周磁石は、内周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット内側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となり、外周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット外側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となるように配設したものであり、上記マグネトロンスパッタ方法を実施して基板の温度上昇を抑制できる。
【００１３】
また、基板裏面にヨークを配置し、基板側磁石の内周磁石と外周磁石とヨークで磁気回路を形成し、またはそれに加えて若しくは単独で基板の内周マスクの裏面に基板側磁石の内周磁石を配置し、基板の外周マスクの裏面又は外側に外周磁石を配置すると、上記のような作用効果が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマグネトロンスパッタ装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１において、１はマグネトロンスパッタ装置の中心軸で、カソード部はこの軸に回転対称形に構成されている。２はターゲット、３はターゲット２の裏面側の真空処理室５の壁面に配設されたマグネトロン磁石であり、ターゲット２の内周側の内側磁石３ａと、ターゲット２の外周側の外側磁石３ｂにて構成され、内側磁石３ａと外側磁石３ｂはターゲット２に対して相互に逆極性となるように配設され、かつその下部にヨーク３ｃを配設して磁気回路が構成されている。
【００１６】
６はターゲット２に対して所定距離をあけて対向するように真空処理室５内に配設された基板である。７は基板６の内周に配設された内周マスク、８は基板６の外周に配設された外周マスクである。９はターゲット２の裏面に対して高周波電力を供給する電源である。この電源９は直流電源としてもよい。
【００１７】
内周マスク７の裏面には、その円周上に１１個の円筒形永久磁石からなる第１の内周磁石１０が、中心部に１個の円筒形永久磁石からなる第２の内周磁石１１が配設されている。なお、これら内周磁石１０、１１は、好ましくはターゲット２側から見て内周マスク７により隠れる位置に配置される。また、外周マスク８の外側の円周上には、４０個の円筒形磁石からなる外周磁石１２が配設されている。これらの永久磁石１０、１１、１２は、例えばネオジウム・鉄・ボロン磁石にて構成するのが好ましい。
【００１８】
内周磁石１０、１１と外周磁石１２とは、ターゲット２に向かって異なる磁極を有するように、かつ内周磁石１０、１１はマグネトロン磁石３の内周磁石３ａの磁極と同じ極がターゲット２を挟んで向かい合う関係となり、外周磁石１２はマグネトロン磁石３の外周磁石３ｂの磁極と同じ極がターゲット２を挟んで向かい合う関係となるように配設されている。
【００１９】
かくして、これら内周磁石１０、１１、外周磁石１２によって、マグネトロン磁石３から出てターゲット２を横切った磁力線が基板６に達しないようにする基板側磁石１５が構成されている。また、これら内周磁石１０、１１と外周磁石１２との間にはヨーク１３が配設され、磁石１０、１１、１２が磁気回路を構成している。このヨーク１３は、磁束の漏れが抑えられる程度の厚みに設定することにより、成膜中の基板温度の上昇を抑える効果が大きくなる。
【００２０】
１４は、基板６とその内周マスク７及び外周マスク８以外の真空処理室５内面に薄膜が堆積するのを防止するために、その周囲に配設された防着板である。
【００２１】
以上の構成において、真空処理室５内にスパッタガス導入後、ターゲット２に電源９から一例として高周波電力を供給すると、マグネトロン磁石３にて形成された磁気トンネルに閉じ込められたプラズマがターゲット２近傍に発生する。このプラズマ中のイオンが加速され、ターゲット２に衝突すると、表面からターゲット材料の原子がスパッタされて飛び出す。この粒子が対向する基板６表面に到達して付着し、薄膜を形成する。
【００２２】
その際、プラズマ中のイオンがターゲット２に衝突したときに生じた２次電子がターゲット近傍の陰極降下電位で加速され、スパッタガス分子と衝突してスパッタガス分子を電離することによってプラズマが維持される一方、ターゲット２より飛び出して加速された電子やプラズマ中に存在する電子及びイオンが基板６表面に流入し、基板６の温度を上げる要因となる。ターゲット２から基板６を遠ざけて電子やイオンが基板６表面に流入するのを防ぎ、基板６の温度上昇を防ぐことはことできるが、そうすると成膜速度が低下する。
【００２３】
ところで、マグネトロンスパッタ技術はマグネトロン磁石３により電子に電磁力を与え、スパッタガスと衝突する機会を増やすことに特徴があり、運動する荷電粒子は磁場中で電磁相互作用を受けて磁力線のまわりを回転しながら磁力線に沿って進む。ターゲット２より飛び出して加速された電子やプラズマ中に存在する電子およびイオンはこのような力を受けて運動する。したがって、マグネトロン磁石３によって形成される磁力線が基板６に向かうような形状である場合には、この磁力線によって導かれた電子およびイオンが基板６表面に流入して衝突し、基板６の温度を上昇させる。したがって、基板６の温度上昇を抑制するにはターゲット２を横切った磁力線が基板６に向かわないようにすればよい。
【００２４】
本実施形態では、基板６の内周の内周磁石１０、１１と基板６外周の外周磁石１２とから成る基板側磁石１５を配設したことによって、ターゲット２を横切った磁力線が基板６に達しないようにでき、したがってターゲット２から飛び出して加速された電子や、プラズマ中の電子やイオンが基板６表面に衝突するのを防止して温度上昇を抑制することができる。
【００２５】
次に、具体例をあげて説明する。ターゲット２はＺｎＳ・ＳｉＯ2 膜の成膜用材料からなる直径２０３ｍｍの円板、基板６はポリカーボネート製基板で、厚さ１．２ｍｍ、内径４０ｍｍ、外径１２０ｍｍであり、ターゲット２と基板６間の距離は５８ｍｍに設定されている。第１の内周磁石１０は直径６．０ｍｍ、高さ５．０ｍｍの円筒形永久磁石、第２の内周磁石１１は直径１０．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍの円筒形永久磁石、外周磁石１２は直径１０．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍの円筒形永久磁石から成り、ヨーク１３は磁束が漏れないように厚さ７．０ｍｍ以上に設定されている。
【００２６】
以上の条件における磁力線の形状を計算機でシミュレーションした結果を図２に示す。図２は磁力線の形状を中心線１を通る平面上で示したものである。但し、磁力線は中心軸１に対して対称形であるので、片側を省略して示してある。図２から明らかなように、ターゲット２を横切った磁力線のうちで基板６の表面に達しているものはない。
【００２７】
そして、上記構成のマグネトロンスパッタ装置において、ターゲット２に３．１ｋＷの電力を５．２ｓｅｃ供給して成膜する動作を７回繰り返して成膜を行った。そのとき成膜速度は９５．４Å／ｓとなり、従来例のカソード構成における成膜速度９７．８Å／ｓとほぼ同等の成膜速度を得ることができた。また、そのときの基板温度測定結果を図３に示す。図３において、縦軸は温度、横軸は基板６の中心からの距離であり、従来例のカソード構成による同条件での温度測定結果と比較して示してある。図３から明らかなように、本実施形態によれば従来例に比べて基板全域で温度上昇を大幅に抑制することができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のマグネトロンスパッタ方法及び装置によれば、以上のように基板の内周と外周に異なる磁極を有する基板側磁石を配置し、前記基板側磁石の内周磁石は複数の磁石で構成し、前記基板側磁石の外周磁石はターゲットと対向する基板表面よりもターゲット側に延出し、前記基板側磁石の内周磁石と外周磁石を、内周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット内側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となり、外周磁石の磁極とマグネトロン磁石のターゲット外側に配置された磁石の磁極とが同極でターゲットを挟んで向かい合う関係となるように配置したので、それによって簡単かつ確実にターゲットを横切った磁力線が基板に達しないようにでき、ターゲットから飛び出して加速された電子や、プラズマ中の電子やイオンが基板表面に衝突するのを防止することができ、成膜中の基板の温度上昇を抑制することができ、膜質に対するダメージを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネトロンスパッタ装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】同実施形態における磁場の様子を示す説明図である。
【図３】同実施形態及び従来例における基板成膜時の温度分布図である。
【図４】従来例のマグネトロンスパッタ装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】同従来例における磁場の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
２  ターゲット
３  マグネトロン磁石
６  基板
７  内周マスク
８  外周マスク
１０  第１の内周磁石
１１  第２の内周磁石
１２  外周磁石
１３  ヨーク
１５  基板側磁石
【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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