(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の第一のターゲットと、
第一のマグネトロン磁石装置と、
前記第一のマグネトロン磁石装置よりも小径の第二のマグネトロン磁石装置と、
前記第一、第二のマグネトロン磁石装置を前記第一のターゲットの裏面位置を繰り返し通過させる磁石移動装置とを有し、
前記第一のマグネトロン磁石装置が前記第一のターゲットに形成する二本のエロージョン領域の間に、前記第二のマグネトロン磁石装置が前記第一のターゲット表面に形成するエロージョン領域が位置するようにされ、
前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は複数設けられ、前記各第一、第二のマグネトロン磁石装置は、周回移動して前記第一のターゲットの裏面を繰り返し通過するように構成されたスパッタリング装置。
【請求項２】
第二のターゲットを有し、
前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、一回の前記周回移動によって、前記第一、第二のターゲットの両方の裏面を通過するように構成された請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、往復移動するように構成された請求項１記載の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、スパッタリング装置の技術分野に係り、特に、通過成膜型のスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の基板表面に薄膜を形成するスパッタリング装置では、ターゲットと対面しながらターゲットの正面を通過し、通過する間に薄膜が形成される通過型スパッタリング装置が用いられている。
【０００３】
このようなスパッタリング装置では、ターゲットのエロージョン領域を拡大するために、ターゲット裏面に配置されたマグネトロン磁石装置を移動させる構成が採用されており、例えば、ターゲットの裏面に長手方向に沿ってマグネトロン磁石装置の走行軌道を敷設し、走行軌道上を小径で同じ大きさのマグネトロン磁石装置が多数走行し、ターゲット裏面の広い領域とマグネトロン磁石装置が向き合うことで、エロージョン領域が拡大するようにされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記のように磁石を走行させても、ターゲットの中央部分と外周部分はスパッタされにくく、ターゲットの使用効率を向上させるのにも限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、板状の第一のターゲットと、第一のマグネトロン磁石装置と、前記第一のマグネトロン磁石装置よりも小径の第二のマグネトロン磁石装置と、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置を前記第一のターゲットの裏面位置を繰り返し通過させる磁石移動装置とを有し、前記第一のマグネトロン磁石装置が前記第一のターゲットに形成する二本のエロージョン領域の間に、前記第二のマグネトロン磁石装置が前記第一のターゲット表面に形成するエロージョン領域が位置するようにされ、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は複数設けられ、前記各第一、第二のマグネトロン磁石装置は、周回移動して前記第一のターゲットの裏面を繰り返し通過するように構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、第二のターゲットを有し、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、一回の前記周回移動によって、前記第一、第二のターゲットの両方の裏面を通過するように構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二のマグネトロン磁石装置は、往復移動するように構成されたスパッタリング装置である。
【発明の効果】
【０００６】
異なる大きさのマグネトロン磁石装置のエロージョン領域は重なり合わないので、ターゲット使用効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明のスパッタリング装置１０であり、真空槽１１を有している。真空槽１１の内部には基板移動軌道１２が設けられている。基板移動軌道１２には、基板ホルダ１８が設けられており、図示しないモータ等の駆動装置を動作させると、基板ホルダ１８は真空槽１１内を、基板移動軌道１２に沿って移動するように構成されている。
基板移動軌道１２と面する位置には、バッキングプレート２０に取り付けられ、表面が露出された板状の第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂが配置されている。
【０００８】
第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂは、第一のターゲット２１ａが基板移動軌道１２の上流側、第二のターゲット２１ｂが基板移動軌道１２の下流側に配置されており、基板ホルダ１８に基板８を保持させ、基板８の表面が第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ表面と対面するように通過させると、基板８表面は、第一のターゲット２１ａの表面と第二のターゲット２１ｂの表面に、この順序で対面するように配置されている。
【０００９】
第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂは長方形であり、その長手方向が基板８の移動方向と直交するように配置されており、基板８は第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの長辺を横切るようにされている。
第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの裏面には、磁石走行軌道２２が敷設されており、該磁石走行軌道２２には、大きさが異なる第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2がそれぞれ一個、又は二個以上取り付けられている。
【００１０】
図２に示すように、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2はリング状の外周磁石３１と、その外周磁石３１のリングの内側に配置された中心磁石３２をそれぞれ有している。ここでは、中心磁石３２もリング形状であり、中心磁石３２のリング中心軸線と外周磁石３１のリング中心とは一致するように、外周磁石３１と中心磁石３２のリング形状の一底面が、板状の金属ヨーク３０の表面に接触して配置されている。なお、後述するように、第一のマグネトロン磁石装置２０1の外周磁石３１は第二のマグネトロン磁石装置２０2の外周磁石３１よりも大きく、第一のマグネトロン磁石装置２０1の中心磁石３２は、第二のマグネトロン磁石装置２０2の中心磁石３２よりも大きくされている。
【００１１】
各マグネトロン磁石装置は、磁石走行軌道２２に沿って並んで配置されており、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2は、磁石移動装置１３によって、順番を変えずに磁石走行軌道２２上を移動するように構成されている。
第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの表面は略同一平面内に位置しており、外周磁石３１と中心磁石３２は、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの表面が位置する平面と平行に配置され、金属ヨーク３０とは反対側の一底面が第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの表面が位置する平面に向けられている。
【００１２】
図３は、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2とターゲットの位置関係を説明するための平面図であり、金属ヨーク３０と磁石走行軌道２２は省略されている。
ここでは、磁石走行軌道２２はトラック状であり、直線部分と半円部分を有している。その直線部分は、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの真裏位置に、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの長辺に沿って配置されている。
【００１３】
半円部分は、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの真裏から離間した位置に配置されており、直線部分の両端は半円形部分に接続されることで、環状になっている。
複数の第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2が磁石走行軌道２２に沿って同方向に走行すると、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2は同一の磁石走行軌道２２上を周回移動する。
【００１４】
複数回周回移動する際、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2は、第一、又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂのうちの、一方のターゲットの一短辺を横切って第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの真裏位置に入り、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの裏面位置を長辺と平行な方向に通過し、他の短辺を横切って第一又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂの真裏位置から脱出する。
【００１５】
そして第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの真裏から離間した位置で方向転換し、他方のターゲットの真裏位置に侵入する。このような動作を繰り返し、第一又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂの真裏位置と、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの真裏から離間した位置を交互に通過する。
【００１６】
外周磁石３１と中心磁石３２は、一方の底面にＮ極が形成され、他方の底面にＳ極が形成されており、互いに異なる極性の磁極が第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ表面が位置する平面に向けられている(外周磁石３１のＮ極と中心磁石３２のＳ極が第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ表面が位置する平面に向けられているか、又は、外周磁石３１のＳ極と中心磁石３２のＮ極が第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ表面が位置する平面に向けられている。)。
【００１７】
第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2が第一又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂの裏面位置を通過する際には、外周磁石３１と中心磁石３２の底面は、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの裏面に近接し、外周磁石３１と中心磁石３２の間に形成される磁力線は第一又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面に漏洩する。外周磁石３１と中心磁石３２は異なる磁極が第一又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面に向けられているため、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの表面にはリング状の磁力線トンネルが形成される。
【００１８】
本発明のスパッタリング装置１０は上記のように構成されており、薄膜を形成する際には、真空排気系１５によって真空槽１１内を真空排気すると共に、ガス導入系１６から真空槽１１内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ電源１４によって、バッキングプレート２０を介して第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂに電圧を印加し、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ表面をスパッタしながら、基板ホルダ１８に保持された基板８を真空槽１１内に搬入し、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ表面と対面させながら真空槽１１の内部を移動させると基板８表面が第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂと対面する位置を通過する際に、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂから飛び出したスパッタリング粒子が基板８表面に到達し、薄膜が形成される。
【００１９】
スパッタリングの際に、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2は第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂ裏面位置で長辺に沿って直線的に移動されており、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの表面には、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2によって、図４に模式的に示すように、二本ずつ、帯状のエロージョン領域(ターゲット表面が多量にスパッタリングされ表面が深く掘られる領域)３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂが形成される。この四本の帯状のエロージョン領域３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂは、第一，第二のターゲット２１ａ，２１ｂの長辺と平行であり、実際には、一部が重なり合っている。
同じ大きさの磁石が配置された複数のマグネトロン磁石装置を中心が同一直線上を走行するように移動させても、それらのマグネトロン磁石装置が形成するエロージョン領域は重なり合ってしまい、二本のエロージョン領域しか形成されない。
【００２０】
それに対し、本発明では、第一のマグネトロン磁石装置２０1の外周磁石３１と中心磁石３２は、第二のマグネトロン磁石装置２０2の外周磁石３１と中心磁石３２よりもそれぞれ大きくされており、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2の中心が同一直線上を走行しても、第一のマグネトロン磁石装置２０1によって形成される二本のエロージョン領域３５ａ，３５ｂの間に、第二のマグネトロン磁石装置２０2によって形成される二本のエロージョン領域３６ａ，３６ｂが位置し、第一のマグネトロン磁石装置２０1によって形成される二本のエロージョン領域３５ａ，３５ｂと第二のマグネトロン磁石装置２０2によって形成される二本のエロージョン領域３６ａ，３６ｂは、少なくとも一部は重複しないので、ターゲット表面の広い領域が均一にスパッタされ、ターゲット使用効率が向上する。
【００２１】
第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2の第一、第二のターゲット２１ａ，２１ｂの裏面での移動方向は、基板８の移動方向と垂直であり、基板８の移動速度を第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2の移動よりも遅くしておくと、基板８表面に膜厚分布のよい薄膜が形成される。
【００２２】
第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2に加え、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2とは大きさが異なる第三のマグネトロン磁石装置を磁石走行軌道２２に取り付け、少なくとも一部が重なり合わないエロージョン領域が合計６本形成されるようにすると、更にターゲット表面が均一にスパッタされる。
【００２３】
なお、図５に示すように、一枚のターゲット４１の真裏位置の範囲内で環状になる磁石走行軌道２２を設け、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2を、一枚のターゲット４１の裏面位置で周回移動させると、四本の環状同心のエロージョン領域が得られるが、内側である程エロージョン領域は短くなってしまうので、図６に示すように、一枚のターゲット４２の裏面では、各エロージョン領域の両端がターゲット４２の短辺上で終端するように、往動経路と復動経路の両方を長辺方向に沿って設け、往動と復動の間で方向転換する部分をターゲット４２の真裏とは離間した位置に配置して第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2がターゲットの一短辺を横切ってターゲット４２の真裏位置に入り、他の短辺を横切ってターゲット４２の真裏位置から脱出するようにすればよい。
【００２４】
また、上記実施例では、磁石走行軌道２２が環状であり、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2が周回移動したが、図７に示すように、長方形のターゲットの長手方向と平行な直線状の磁石走行軌道２２をターゲットの幅方向中央位置に設け、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2を磁石走行軌道２２に沿って繰り返し往復移動させてもよい。
【００２５】
第一のマグネトロン磁石装置と、第二のマグネトロン磁石装置の往復移動の両端がターゲットの外側に位置するように磁石走行軌道２２を設けるか、第一のマグネトロン磁石装置と第二のマグネトロン磁石装置が複数個配置された場合、同じ大きさの磁石装置の往復移動範囲同士(第一のマグネトロン磁石装置の往復移動範囲同士や第二のマグネトロン磁石装置の往復移動範囲同士)が重なり合うようにすると、エロージョン領域が繋がって直線状になる。
【００２６】
なお、図３、５、６、７中の符号２５、４５、４６、４７は、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2の中心の移動経路を示しており、図７では、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2の中心は、同一直線上を往復移動する。
上記実施例では、第一，第二のマグネトロン磁石装置２０1，２０2に、同心二個の外周磁石３１と中心磁石３２が配置されていたが、同心三個以上の磁石を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のスパッタリング装置の内部説明図
【図２】外周磁石と中心磁石を説明するための図
【図３】第一、第二のマグネトロン磁石装置の移動経路の一例を説明するための平面図
【図４】エロージョン領域を模式的に説明するための平面図
【図５】第一、第二のマグネトロン磁石装置の移動経路の比較例を説明するための平面図
【図６】第一、第二のマグネトロン磁石装置の移動経路の他の例を説明するための平面図
【図７】第一、第二のマグネトロン磁石装置が往復移動する場合の移動経路を説明するための平面図
【符号の説明】
【００２８】
１０……スパッタリング装置
１２……基板移動軌道
２０1……第一のマグネトロン磁石装置
２０2……第二のマグネトロン磁石装置
２１ａ……第一のターゲット
２１ｂ……第二のターゲット
２２……磁石走行軌道
３１……外周磁石
３２……中心磁石
３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ……エロージョン領域
【図１】
0004997061.tif 000002
【図２】
0004997061.tif 000003
【図３】
0004997061.tif 000004
【図４】
0004997061.tif 000005
【図５】
0004997061.tif 000006
【図６】
0004997061.tif 000007
【図７】
0004997061.tif 000008