(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレーナーターゲットと磁石部とを有し、前記磁石部の作る磁力線によって電子がトラップされ、発生されたプラズマで前記プレーナーターゲットがスパッタされるプレーナーマグネトロンカソードであって、
前記プレーナーターゲットは長方形形状に形成され、
前記磁石部は、前記プレーナーターゲットの長手方向に沿って配置された棒状の中央部永久磁石と、前記中央部永久磁石を囲む位置に配置された四角リング形状の周縁部永久磁石とを有し、
前記中央部永久磁石と前記周縁部永久磁石とはそれぞれ厚み方向に磁化がされており、
スパッタの際に、前記中央部永久磁石と前記周縁部永久磁石とは、前記プレーナーターゲットと平行な平面内で、前記プレーナーターゲットの互いに交わる隣接二辺方向に移動し、前記プレーナーターゲットの表面が磁力線によって四角く走査されるように構成されたことを特徴とするプレーナーマグネトロンカソード。
【請求項２】
光センサが設けられ、前記隣接二辺方向のうち、一辺から他辺への移動方向の変更は前記光センサの検出結果によって行われるように構成された請求項１記載のプレーナーマグネトロンカソード。
【請求項３】
長方形形状のプレーナーターゲットの表面に磁力線を形成し、前記磁力線によって電子をトラップし、発生したプラズマで前記プレーナーターゲットをスパッタするスパッタリング方法であって、
厚み方向に磁化がされた棒状の中央部永久磁石を前記プレーナーターゲットの裏面に長手方向に沿って配置し、
前記中央部永久磁石を囲む位置に、厚み方向に磁化がされた四角リング形状の周縁部永久磁石を配置し、
前記中央部永久磁石と前記周縁部永久磁石とを、前記プレーナーターゲットに平行な平面内で、前記プレーナーターゲットの互いに交わる隣接二辺方向に移動させ、前記プレーナーターゲットの表面を磁力線によって四角く走査しながらスパッタするスパッタリング方法。
【請求項４】
前記隣接二辺方向のうち、一辺から他辺への移動方向の変更を光センサの検出結果によって行う請求項３記載のスパッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタ装置に用いられるプレーナーマグネトロンカソードに係り、特に、磁石の作る磁力線で電子をトラップするマグネトロンスパッタ装置に用いられるプレーナーマグネトロンカソードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング技術は金属や絶縁体の薄膜を成膜するための技術であり、半導体集積回路や液晶表示装置等の製造工程に不可欠であり、特に量産性が優れているという点から、高密度のプラズマを発生させてスパッタを行えるスパッタ装置が広く用いられている。
【０００３】
このような従来技術のスパッタ装置に用いられるプレーナーマグネトロンカソードを説明すると、図５を参照し、７１は従来技術のプレーナーマグネトロンカソードであり、容器状のカソード本体７８を有している。該カソード本体７８は、バッキングプレート７３で蓋がされており、該バッキングプレート７３の裏面と前記カソード本体７８との間には、冷却水７９が循環するようにされ、前記バッキングプレート７３の表面に配置された平板状のプレーナーターゲット７２を冷却できるように構成されている。
【０００４】
前記バッキングプレート７３の裏面の中央位置には溝が形成され、その溝と所定間隔だけ離れた周縁位置には前記中央位置に設けられた溝を囲むように溝が四角リング形状に形成されている。
【０００５】
前記中央位置に設けられた溝の窪みには、中央部永久磁石７５のＳ極側がはめ込まれている。また、前記周縁位置に設けられた溝の窪みには、四角リング形状の周縁部永久磁石７６のＮ極側がはめ込まれ、該周縁部永久磁石７６が前記中央部永久磁石７５を四角く囲むようにされており、前記中央部永久磁石７５と前記周縁部永久磁石７６とは、前記冷却水７９中に浸漬されるように構成されている。
【０００６】
前記中央位置と周縁位置に形成された溝中では、その底面の前記バッキングプレート７３の肉厚は薄くされており、そこにはめ込まれた前記周縁部永久磁石７６のＮ極側から出た磁力線７７は前記ターゲット７２表面から漏れて、その表面近傍の空間において湾曲し、前記中央部永久磁石７５のＳ極側に入るように構成されている。
【０００７】
従って、前記プレーナーターゲット７２表面にスパッタリングガスを導入してスパッタを行う場合、前記プレーナーマグネトロンカソード７１を負電位に置くか、又は高周波電圧を印加すれば、空間内に飛び出した電子は前記磁力線７７によって前記プレーナーターゲット７２の表面近傍でトラップされ、前記プレーナーターゲット７２表面に高密度のプラズマを形成するので、低い圧力雰囲気中でもプラズマが形成でき、０．１Ｐａ〜１．０Ｐａ程度のガス圧力でもスパッタリングを行うことが可能となる。
【０００８】
なお、前記中央部永久磁石７５のＮ極側と前記周縁部永久磁石７６のＳ極側にはヨーク７４が密着配置され、前記中央部永久磁石７５のＮ極側から出た磁力線は前記ヨーク７４を通って前記周縁部永久磁石７６のＳ極側に入るように構成されている。
【０００９】
しかしながらこのような従来技術のプレーナーマグネトロンカソード７１では、前記磁力線７７を水平成分ＢHと垂直成分ＢVとに分けた場合に、スパッタリングされる領域は前記垂直成分ＢVがほどんどゼロとなる領域に限られてしまう。そのような領域は前記中央部永久磁石７５と前記周縁部永久磁石７６のほぼ中間付近の狭い範囲でしかない。
【００１０】
他方、前記プレーナーターゲット７２表面のうち、前記中央部永久磁石７５や前記周縁部永久磁石７６の真上部分８０、８１はスパッタされずらく、ターゲット材が残ってしまい、ターゲットの利用効率が低かった。
【００１１】
そしてスパッタされずらい箇所にはスパッタされたターゲット材が薄く堆積してしまうため、パーティクル発生の原因となったり、異常放電を引き起こす等の問題が発生していた。
また、前記プレーナーターゲット７２のごく狭い領域しかスパッタされないため、対向配置された基板上に成膜される薄膜の膜厚分布の面内均一性が悪く、特に大面積の基板で重大な問題となっていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術のもつ不都合を解決するもので、その目的は、ターゲット表面上でスパッタされる領域を広げることによってターゲットの利用効率を向上させるとともに、パーティクルや異常放電が生じることがなく、また、面内膜厚分布の均一な薄膜を成膜することができるプレーナーマグネトロンカソードを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、プレーナーターゲットと磁石部とを有し、前記磁石部の作る磁力線によって電子がトラップされ、発生されたプラズマで前記プレーナーターゲットがスパッタされるプレーナーマグネトロンカソードであって、前記プレーナーターゲットは長方形形状に形成され、前記磁石部は、前記プレーナーターゲットの長手方向に沿って配置された棒状の中央部永久磁石と、前記中央部永久磁石を囲む位置に配置された四角リング形状の周縁部永久磁石とを有し、前記中央部永久磁石と前記周縁部永久磁石とはそれぞれ厚み方向に磁化がされており、スパッタの際に、前記中央部永久磁石と前記周縁部永久磁石とは、前記プレーナーターゲットと平行な平面内で、前記プレーナーターゲットの互いに交わる隣接二辺方向に移動し、前記プレーナーターゲットの表面が磁力線によって四角く走査されるように構成されたことを特徴とするプレーナーマグネトロンカソードである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプレーナーマグネトロンカソードであって、光センサが設けられ、前記隣接二辺方向のうち、一辺から他辺への移動方向の変更は前記光センサの検出結果によって行われるように構成されたプレーナーマグネトロンカソードである。
請求項３記載の発明は、長方形形状のプレーナーターゲットの表面に磁力線を形成し、前記磁力線によって電子をトラップし、発生したプラズマで前記プレーナーターゲットをスパッタするスパッタリング方法であって、厚み方向に磁化がされた棒状の中央部永久磁石を前記プレーナーターゲットの裏面に長手方向に沿って配置し、前記中央部永久磁石を囲む位置に、厚み方向に磁化がされた四角リング形状の周縁部永久磁石を配置し、前記中央部永久磁石と前記周縁部永久磁石とを、前記プレーナーターゲットに平行な平面内で、前記プレーナーターゲットの互いに交わる隣接二辺方向に移動させ、前記プレーナーターゲットの表面を磁力線によって四角く走査しながらスパッタするスパッタリング方法である。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のスパッタリング方法であって、前記隣接二辺方向のうち、一辺から他辺への移動方向の変更を光センサの検出結果によって行うスパッタリング方法である。
【００１５】
このような構成によれば、磁石の作る磁力線によってプレーナーターゲット表面で電子をトラップすると効率よくプラズマを発生させることができるが、前記プレーナーターゲット表面のうち、スパッタに供される部分はプラズマに曝されている範囲だけなので、前記プレーナーターゲットと平行な平面内で前記磁石を移動させて前記磁力線を移動させると、それに伴って前記プレーナーターゲット表面上のプラズマも移動されるので、プレーナーターゲット表面のスパッタされる領域を広げることができる。
【００１６】
特に、前記プレーナーターゲットが矩形形状に形成されている場合は、前記プレーナーターゲットの互いに交わる隣接２辺方向に、前記磁石を独立に移動できるように構成しておくと、前記プレーナーターゲット表面を前記プラズマで隈なく走査できて都合がよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、その上面図である図１と、該図１のＡ−Ａ線断面図である図２と、視線を遮る部材を適宜省略して図１を横方向から見た横方向断面図である図３を用いて説明する。
【００１８】
図２を参照し、１は本発明の一実施例のプレーナーマグネトロンカソードであり、平板状のカソード本体８を有している。該カソード本体８の表面には長方形形状のバッキングプレート３と、長方形形状のプレーナーターゲット２がこの順で密着配置されており、前記カソード本体８の、前記バッキングプレート３と前記プレーナーターゲット２が互いに密着する面には溝が設けられ、該溝内には冷却水９が循環され、金属材料で構成された前記プレーナーターゲット２がスパッタリング中に高温にならないように構成されている。
【００１９】
図１も参照し、前記溝が設けられていない前記カソード本体８の裏面には、前記プレーナーターゲット２の幅方向(図１の左右方向)両端に、２つのブラケット１８1、１８2がそれぞれ絶縁物１７1、１７2を介して互いに離間して設けられており、前記ブラケット１８1、１８2の間に亘って２本のｘ軸ガイドシャフト２８1、２８2が配置され、各ブラケット１８1、１８2にねじ止め固定されている。
【００２０】
前記ｘ軸ガイドシャフト２８1、２８2の間には、それらと平行にｘ軸駆動シャフト１９xが配置されており、該ｘ軸駆動シャフト１９xの一端は、その中心軸線１４xを中心に回転できるように前記ブラケット１８2に取り付けられている。
【００２１】
前記ｘ軸ガイドシャフト２８1にはハウジング２９2、２９4が、前記ｘ軸ガイドシャフト２８2にはハウジング２９1、２９3がそれぞれ摺動可能に挿通されている。前記ｘ軸駆動シャフト１９xにはねじが切られており、そのねじと螺合するブッシュ１５xが設けられ、該ｘ軸駆動シャフト１９xの他端には前記ブッシュ１５xの脱落を防止するためのストッパー１１が設けられている。
【００２２】
また、図３も参照し、前記ハウジング２９3、２９4には、前記ｘ軸ガイドシャフト２８1、２８2及び前記ｘ軸駆動シャフト１９xと直交する方向にｙ軸ガイドシャフト２７1が摺動可能に挿通され、また、前記ハウジング２９1、２９2と前記ブッシュ１５xには、同様に、ｙ軸ガイドシャフト２７2が摺動可能に挿通されており、前記各ｙ軸ガイドシャフト２７1、２７2は前記ｘ軸ガイドシャフト２８1、２８2と前記ｘ軸駆動シャフト１９xの下方に位置するようにされている。
【００２３】
前記ｙ軸ガイドシャフト２７1、２７2の間には、それらと平行にｙ軸駆動シャフト１９yが配置され、該ｙ軸駆動シャフト１９yは、その中心軸線１４yを回転中心として回転できるように、前記ｙ軸ガイドシャフト２７1、２７2にねじ止め固定された取付板２０に取り付けられている。
【００２４】
該ｙ軸駆動シャフト１９yにはねじが切られており、それと螺合するブッシュ１５yが取り付けられている。また、前記ｙ軸ガイドシャフト２７1、２７2の一端には前記ブッシュ１５yと一体に構成されたハウジング３０4とハウジング３０2がそれぞれ摺動可能に挿通され、他端にはハウジング３０3とハウジング３０1がそれぞれ摺動可能に挿通されている。
【００２５】
前記各ハウジング３０1〜３０4には絶縁板１０の一面が固定され、該絶縁板１０の他の面にはヨーク４の表面が密着固定されている。該ヨーク４の裏面中央位置には、厚み方向に磁化がされ、前記プレーナーターゲット２の長手方向に沿って配置された棒状の中央部永久磁石５のＮ極側が固定され、また、前記ヨーク４の周縁部分であって前記中央部永久磁石５と所定間隔だけ離れた位置には、厚み方向に磁化がされた四角リング形状の周縁部永久磁石６のＳ極側が固定されている。
【００２６】
このように、前記周縁部永久磁石６が前記中央部永久磁石５を四角く囲むように配置されており、前記中央部永久磁石５のＳ極側と前記周縁部永久磁石６のＮ極側とが前記プレーナーターゲット２に向くように構成されているので、前記周縁部永久磁石６のＮ極から出た磁力線は前記プレーナーターゲット２の表面から漏れ出して、空間中で湾曲して前記中央部永久磁石５のＳ極に入る磁気経路をとり、他方、該中央部永久磁石５のＮ極から出た磁力線は前記ヨーク４を通って前記周縁部永久磁石６のＳ極に入るようになっている。
【００２７】
前記ブラケット１８2にはパルス制御で駆動されるｘ軸モーター２１が取り付けられており、該ｘ軸モーター２１の回転力は、歯車２２1、２２2を介して前記ｘ軸駆動シャフト１９xに伝達されるように構成されている。また、前記取付板２０には、前記ｘ軸モーター２１と同じ機能のｙ軸モーター２３が取り付けられており、該ｙ軸モーター２３の作る回転力は、歯車３２1、３２2を介して前記ｙ軸駆動シャフト１９yに伝達されるように構成されている。
【００２８】
従って、前記ｙ軸駆動シャフト１９yが正回転又は逆回転されると、前記ブッシュ１５yが前記プレーナーターゲット２の長手方向(図３の左右方向)に動かされるので、前記中央部永久磁石５と前記周縁部永久磁石６とは前記ブッシュ１５yと一体に構成された前記ハウジング３０2、３０4によって前記プレーナーターゲット２の長手方向に移動されることとなる。また、前記ｘ軸シャフト１９xが正回転又は逆回転されると、前記ブッシュ１５xが幅方向(図１の左右方向)に動かされ、それによって前記ｙ軸ガイドシャフト２７2が動かされるので、前記中央部永久磁石５と前記周縁部永久磁石６とは、前記ｙ軸ガイドシャフト２７1、２７2、前記ｙ軸駆動シャフト１９y、前記ｙ軸駆動モーター２３と共に前記プレーナーターゲット２の幅方向に移動されることとなる。
【００２９】
スパッタの際の、このプレーナーマグネトロンカソード１の動作を図面を用いて説明する。
図４を参照し、この図４に示されたＸ−Ｙ平面は、前記プレーナーターゲット２の表面が位置する平面であり、その座標軸上の原点４２を前記プレーナーターゲット２の中心に、Ｘ軸を前記ｘ軸駆動シャフト１９xと平行に、Ｙ軸を前記ｙ軸駆動シャフト１９yと平行にとっている。
【００３０】
まず、動作を開始する前では、前記ｘ軸モーター２１と前記ｙ軸モーター２３とは停止しており、このとき、前記中央部永久磁石５と前記周縁部永久磁石６の重心(磁石重心)は、前記Ｘ−Ｙ平面の第４象限上の点５１に位置するように設定されてある。
【００３１】
スパッタが開始されると前記ｘ軸モーター２１が起動され、前記ｘ軸駆動シャフト１９xが回転され始めると、それよって、前記磁石重心はＸ軸の負方向(前記プレーナーターゲット２の幅方向)に動かされる。前記磁石重心が第３象限上の点５２まで移動されたところで前記ハウジング２９3に設けられた光センサー１３1の光が遮光板１２1で遮られると、その遮光状態が検出されて前記ｘ軸モーター２１の動作が停止される。
【００３２】
すると、前記ｙ軸モーター２３が起動され、前記ｙ軸駆動シャフト１９yが回転され始め、前記磁石重心はＹ軸の正方向(前記プレーナーターゲット２の長手方向)に動かされる。前記磁石重心が第２象限上の点５３まで移動されたところで前記ハウジング３０4に設けられた光センサー１３2の光が遮光板１２2で遮られ、その遮光状態が検出されると前記ｙ軸モーター２３の回転が停止される。
【００３３】
次に、前記ｘ軸駆動シャフト１９xが、前記磁石重心が前記点５１から前記点５２に移動したときとは逆向きに回転され、前記磁石重心はＸ軸の正方向に動かされる。該磁石重心が第１象限上の点５４まで移動されたところで、前記ハウジング３０4に取り付けられた光センサー１３3(図示せず。)の光が、遮光板１２3(これも図示せず。)で遮られ、その遮光状態が検出されて前記ｘ軸モーター２１が停止される。
【００３４】
そして、前記ｙ軸駆動シャフト１９yが、前記磁石重心が前記点５２から前記点５３まで移動したときとは逆向きに回転され、前記磁石重心がＹ軸の負方向に動かされる。該磁石重心が前記点５１まで戻されたところで前記ハウジング３０3に取り付けられた光センサー１３4の光が遮光板１２4で遮られ、その遮光状態が検出されると前記ｙ軸モーター２３の回転は停止される。
【００３５】
以上のような一連の動作がスパッタ中に繰り返し行われると、前記プレーナーターゲット２の表面近傍で発生しているプラズマが移動され、前記プレーナーターゲット２の表面が磁力線によって四角く走査され、ターゲット表面の広い領域をスパッタに共することが可能となる。なお、このときの前記磁石重心の移動速度は、ｘ軸方向は２mm／sec、ｙ軸方向は６mm／secに設定したが、それに限定されるものではない。但し、成膜速度の観点からは５mm／sec前後の速度が望ましい。
【００３６】
上記実施例では、ｘ軸モーターとｙ軸モーターにパルス制御できるものを用いたが、正逆回転できる電動機を広く使用することができる。また、電動機ではなく、空圧や油圧を駆動力に使用して磁石重心を移動させてもよい。
【００３７】
また、プレーナーターゲットは金属材料のものに限定されるものではなく、ＩＴＯ等の焼結体やＳｉＯ2のような絶縁物を使用してもよい。磁石の配置に関しては、中央部永久磁石のＮ極側と周縁部永久磁石のＳ極側をプレーナーターゲットに向けても差し支えない。
【００３８】
なお、上記実施例ではｘ軸駆動シャフトとｙ軸駆動シャフトとを、互いに直交するように配置したが、２つの駆動シャフトの角度は垂直に限定されるものではなく、プレーナーターゲットと平行な平面内で移動できればプレーナーターゲット表面を走査でき、特にプレーナーターゲットが矩形形状であれば、その隣接する二辺方向に独立に移動できるようにされていればよい。
また、磁力線の移動の際の位置決めは光センサーを用いず、モーターをパルス数で制御して位置決めしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
プレーナーターゲットの利用効率が高まるので、ランニングコストが低減でき、また、一つのプレーナーターゲットを長時間使用できるようになるのでターゲット交換回数が減り、スパッタ装置の稼働率が高まり、コスト低減に寄与できる。
また、スパッタされずらい領域で発生していたパーティクルが減少するので、異常放電が少なくなる。
更に、ターゲット表面の広い領域をスパッタできるようになるので、膜厚分布の均一な薄膜が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例のプレーナーマグネトロンカソードの上面図
【図２】  そのＡ−Ａ線断面図
【図３】  そのプレーナーマグネトロンカソードを横方向から見た図
【図４】  磁石の移動を説明するための図
【図５】  従来技術のプレーナーマグネトロンカソードの例
【符号の説明】
１……プレーナーマグネトロンカソード    ２……プレーナーターゲット
５、６……磁石
【図１】
0003766703.tif 000002
【図２】
0003766703.tif 000003
【図３】
0003766703.tif 000004
【図４】
0003766703.tif 000005
【図５】
0003766703.tif 000006