JPH02166278A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はターゲット径の小さなマグネトロンスパッタ装
置においてもスパッタレイトを劣化さぜることなく、ス
パッタ膜厚分布を広範囲で均一にするためのマグネトロ
ンスパッタ装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 一般にスパッタリング装置は、グロー放電にともなう陰
極スパッタリング現象、すなわち陰極にガスイオンか射
突することにより陰極材料を原子またはその集団として
気化させ、その一部が周囲に拡散付着する現象を利用し
たもので、スパンタされて飛び出した金属原子を陽憾近
くに置いた基板の表面１−に付着堆積させて金属薄膜を
生成させるように構成されている。

第４図（ａ）は現在市販されている平行平板型ダイオー
ドスパッタ装置の概略図である。

第４図（ａ）において、真空槽９の中に陽極（基板）１
０とシールド３て遮へいされた陰極（夕ゲット）１を平
行に配置しである。図中４は冷却水口、５は電源、６は
絶縁物、７は真空ポンプに接続された排気口、８はガス
導入口である。第４図（ｂ）は第４図（ａ）の陰極１の
直下にマグネットを配したいわゆるマグネトロンスパッ
タ装置の陰極部分の断面図である。図において１はター
ゲット、２は永久磁石、３はシールド、４は冷却水口、
５は電源、６は絶縁物、１１はエロージョン位置である
。図に示すように平板型マグネトロンスパッタ装置にお
いては、永久磁石２をターゲツト１裏面に配置しである
ため、ターゲット１の表面に垂直な電界に直交した磁界
を発生させる。この磁界と電界が直交しているターゲッ
ト中央部に円環状に放電が集中し、この部分すなわち、
エロージョン位置１１がもっとも顕著にスパッタされる
。

このために、ターゲット表面が不均一にスパッタされる
。この不均一スパッタの発生はターゲットの利用率を減
少させるとともにスパッタ膜の膜厚分布の広範な均一性
を悪化させている。一般に磁力線がターゲット表面内よ
り始まりターゲット表面内で終わるマグネトロンスパッ
タ装置において、膜厚分布（ｄ／ｄｏ）はターゲットの
電界と磁界との直交部のエロージョン半径（Ｓ）と、陽
極（基板）と陰極（ターゲット）間の距離（ｈ）を用い
て、次式で示される。

ここで ｇは基板中心からの距離、 ｄｏは基板中心での膜厚　である。

上式より、電極間距離りとエロージョン半径Ｓを変える
ことにより膜厚分布の向上をはかることが出来る。上式
においてｓ／ｈ＜１の条件下でｇ＝±Ｓの範囲でかなり
良い膜厚分布を得ることが出来る。しかし実際、第４図
（ｂ）に示すように陰極（ターゲット）１の直下にマグ
ネットを配したマグネトロンスパッタ装置においてはお
のずとエロージョン半径（ｓ）の増大は限界があり、小
さなターゲットで広範囲で均質膜厚を得ることは難かし
い。

［発明か解決しようとする課題 このように磁石の両極をターゲット裏面直下に配置する
と、ターゲット内で円環状の放電がおきる。そこで、本
発明は、この円環状の放電をできるかぎりターゲットの
外周に近い位置でおこさせ、均一にスパッタさせ、かつ
スパッタレイトを早め、広範に均一な膜厚分布を得るこ
とができるマグネトロンスパッタ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］ 上記のように、円板型ターゲット内裏面に磁石の両極を
配置した場合、エロージョン位置はほぼ陽極と陰極の中
心である。即ち、一般に両極の磁力が等しい時円環状の
放電がほぼターゲット半径の半分の半径円上でおこる。

このエロージョン位置をほぼターゲットの外周まで拡げ
るために、ターゲット外周に配した磁石をターゲット外
に配置したものである。

［作用コ 上記手段により、円板型ターゲットを用いるマグネトロ
ンスパッタ装置において、プラズマをりゲット径全体に
集束させることが出来、小さいターゲットにおいても、
速いスパッタレイトでかつターゲット面積とほぼ同等の
範囲でほぼ均一なスパッタ膜厚分布を得ることが出来る
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明によるマグネトロンスパッタ装置の電
極構造の断面図である。図において１はターゲット、２
０１，２０２は永久磁石、３はシールド、４０１，４０
２は冷却水口、５は電源、６は絶縁物である。すなわち
、ターゲット１の裏面に永久磁石２０１，２０２を配置
した平板型マグネトロンスパッタ装置において、ターゲ
ット１の裏面中心直下に円柱状磁石２０１の陽極Ｓを配
置し、ターゲット１の外周に磁石２０２の陰極Ｎを配置
する。第２図（ｂ）は、第１図のように永久磁石２０１
，２０２を配置した時の電界に垂直な磁界成分の分布で
ある。比較のために、第４図（ｂ）のように永久磁石２
を配置した場合の電界に垂直な磁界分布を第２図（ａ）
に示す。両図より明らかなように第２図（ｂ）の方が電
界に垂直な磁界は強くかつ−様な分布領域が広い。

次に膜厚分布について説明する。第３図は３インチ５Ｉ
Ｏ２円板ターゲット基板を用いた場合の膜厚分布である
。スパッタ条件はガス圧３　ｍＴｏｒｒ、ガス流量１０
ｃｃ／分、ターゲット電力２００Ｗ。

ターゲットと基板の距離４２加である。第３図において
曲線ａ、ｂはターゲット直下中心の磁石を固定し、外周
の磁石をターゲット中心より半径２５ｍｍおよび４３關
の円周の位置に配置した場合の膜厚分布曲線である。膜
厚はターゲットの中心上に位置する基板の膜厚（ｄｏ）
との比で示して曲線ａ）よりターゲット外に他極を配置
した場合（第３図の曲線ｂ）の方が広範に均一な膜厚分
布を示す。なお上記の実施例では、ターゲット内に陽極
、ターゲット外に陰極を配置したか、その極性は逆でも
よい。また磁石として永久磁石を用いたが、空心コイル
や電磁石等磁界を発生させるいがなる装置を用いてもよ
い、本発明では陽極と陰極の総磁力を同等としたが異な
ってもよく、ターゲット外の磁石はターゲット中心直下
磁石よりある程度強い方が好ましい。上記説明はターゲ
ットを真空槽内下部に配置したいわゆるスパッタアップ
であるがスパッタダウンでも同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、小さいターゲットを
用いてスパッタした場合においても、スパッタレイトを
遅らせることなく広範な領域にわたって均一な膜厚分布
で成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるマグネトロンスパッタ
用電極の断面図、第２図（ａ）は市販マグネトロンスパ
ッタと同様の電極を用いた場合の電界に垂直な磁界分布
および膜厚分布を示す説明図、第２図（ｂ）は本発明に
よるマグネトロンスパッタ装置の電界に垂直な磁界分布
および膜厚分布の一例を示す説明図、第３図は本発明に
係る膜厚分布の一例を従来の膜厚分布と比較して示す説
明図、第４図（ａ）はダイオード型スパッタ装置の概略
図、第４図（ｂ）は、市販されているマグネトロンスパ
ッタ用電極の断面図である。 １・・・ターゲット、２０１．２０２・・・永久磁石、
３・・・シールド、４０１，４０２・・・冷却水口、５
・・・電源、６・・・絶縁物、１１・・・エロージョン
位置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターゲット裏面に磁界発生装置を配置した平板型
   マグネトロンスパッタ装置において、ターゲット裏面中
   心直下に磁界発生装置の陽極、ターゲット外周に磁界発
   生装置の陰極を配置することを特徴するマグネトロンス
   パッタ装置。
2. （２）ターゲット裏面に磁界発生装置を配置した平板型
   マグネトロンスパッタ装置において、ターゲット裏面中
   心直下に磁界発生装置の陰極、ターゲット外周に磁界発
   生装置の陽極を配置することを特徴するマグネトロンス
   パッタ装置。
3. （３）磁界発生装置として、永久磁石もしくは空心コイ
   ルもしくは電磁石を用い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装置。