スパッタ装置及びスパッタ方法
【課題】ターゲットの使用効率の高いマグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法を実現する。
【解決手段】カソード電極が設けられた真空チャンバー内において、カソード電極の表面にターゲットを、カソード電極に対向する位置に基板を配置する。そして、カソード電極の裏面に中央部を囲むように環状に第１環状磁石３０５を配置し、第１環状磁石３０５を囲むように環状に第２環状磁石３０７を配置し、第２環状磁石３０７を囲むように環状に第３環状磁石３０９を配置する。第１環状磁石３０５は、ターゲットに対して垂直に磁界を発生させる。第２環状磁石３０７はターゲットに対して第１環状磁石３０５と同一方向に、第３環状磁石３０９は第２環状磁石３０７と逆方向に磁界を発生させる。そして、ターゲットと基板との間に高電圧を印加すると、ターゲットの外縁部が最も深いエロージョンが形成される。
【解決手段】カソード電極が設けられた真空チャンバー内において、カソード電極の表面にターゲットを、カソード電極に対向する位置に基板を配置する。そして、カソード電極の裏面に中央部を囲むように環状に第１環状磁石３０５を配置し、第１環状磁石３０５を囲むように環状に第２環状磁石３０７を配置し、第２環状磁石３０７を囲むように環状に第３環状磁石３０９を配置する。第１環状磁石３０５は、ターゲットに対して垂直に磁界を発生させる。第２環状磁石３０７はターゲットに対して第１環状磁石３０５と同一方向に、第３環状磁石３０９は第２環状磁石３０７と逆方向に磁界を発生させる。そして、ターゲットと基板との間に高電圧を印加すると、ターゲットの外縁部が最も深いエロージョンが形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置及びスパッタ方法に関する。特に、マグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の形成技術は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）技術と、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition；物理的成長）技術とに大きく分けられる。この中で、粒子の付着力が大きく、強い膜を形成できることや、高融点金属を材料とできることなどの特徴を活かして、ＰＶＤの一種であるマグネトロンスパッタ法が多用途に用いられている。
【０００３】
このマグネトロンスパッタ法で用いるマグネトロンスパッタ装置は、特許文献１に記載されるように、一般的に真空チャンバーと、真空チャンバー内のカソード電極と、カソード電極と対向する基板と、基板に対向し、カソード電極の表面に配置される成膜材料（ターゲット）と、カソード電極の裏面に配置された磁石装置とから構成される。
【０００４】
そして、このマグネトロンスパッタ装置を使用するスパッタ方法は、一般的に真空チャンバー内にＡｒ等の不活性ガスを封入するステップと、ターゲットに高電圧を印加することで、不活性ガスから高密度プラズマを生成するステップと、磁石装置の発生する漏洩磁界に高密度プラズマを閉じこめるステップと、高密度プラズマ中のＡｒ＋イオンをターゲットに衝突させてターゲットの粒子を叩き出す（スパッタリング）ステップと、スパッタされた粒子を基板に堆積させることで成膜させるステップと、を備えて構成される。磁石装置の発生する漏洩磁界は、ターゲットと磁力線とによって形成される閉空間内に電子を捕捉し、イオン化を促進して高効率のスパッタリングを達成させる。また、高密度プラズマが基板に達して損傷しないという効果も奏する。
【０００５】
マグネトロンスパッタ法では、ターゲット上の強磁界が通過する部分が局所的にＶ字型に食刻され、このＶ字がターゲットを貫通する直前の時点がターゲットの寿命となる。そして、Ｖ字状の食刻領域（エロージョン）がターゲットの寿命が尽きるまでにスパッタされる材料のターゲット全体に占める体積の割合をターゲットの使用効率という。このターゲットの使用効率を高くすれば、ターゲットの寿命が延びる。そこで、ターゲットの使用効率を高めるため、特許文献１に開示されたスパッタ装置は、環状のエロージョンが複数形成されるように磁石のレイアウトを工夫している。具体的には、中央部に第１の永久磁石を配置し、その中央部の磁石の周りを２重に取り囲むように第２、第３の複数の永久磁石を配置している。そして、第１の永久磁石と第２の永久磁石との極性、及び第２の永久磁石と第３の永久磁石との極性を異なるものとしている。
【特許文献１】特開２００４−１１５８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されたスパッタ装置では、環状のエロージョンが複数形成されるものの、各エロージョンのＶ字は依然として急角度である。このため、全体として見れば、ターゲットの使用効率は、あまり改善されていない。かといって、エロージョンの形状を変化させるために中央の磁石を２重に囲む磁石の数を変化させると、中央の磁石とそれ以外の磁石との形成する磁界のバランスが崩れ、膜厚が不均衡となってしまう。このため、ターゲットの使用効率の向上が困難であるという問題があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、ターゲットの使用効率の高いスパッタ装置及びスパッタ方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるスパッタ装置は、
成膜室内に不活性ガスを供給する供給手段と、
前記成膜室内に配置され、成膜材料からなるターゲットが表面に載置されるカソード電極と、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、前記ターゲットに対していずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
前記カソード電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
環状に配置するとは、磁界発生手段が完全な環形状を有するものに限らず、例えばターゲット中央を中心とする円周上に磁界発生手段を点在して配置させるものや、ターゲットの外縁から等距離となる位置に磁界発生手段を配置するものを含むものとする。
【００１０】
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して水平方向の磁界の磁束密度の絶対値が、前記ターゲットの中央部と外縁部との間で最も大きくなり、
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界の磁束密度が、前記ターゲットの外縁部で最も大きくなることとしてもよい。
【００１１】
本発明の第２の観点にかかるスパッタ方法は、
カソード電極の表面と対向するように成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、ターゲットに対していずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
を備えるスパッタ装置におけるスパッタ方法であって、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持ステップと、
前記成膜室内に不活性ガスを供給する供給ステップと、
前記カソード電極に電圧を印加し、前記供給ステップで供給された前記不活性ガスからプラズマを生成させるプラズマ発生ステップと、
前記プラズマ発生ステップで発生したプラズマを前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した磁界により前記ターゲット表面に収束し、収束された高密度プラズマにより前記ターゲットから叩き出された粒子を前記基板に堆積させることで成膜する成膜ステップと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターゲットの使用効率の高いスパッタ装置及びスパッタ方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係るマグネトロンスパッタ装置について詳細に説明する。本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置１は、ＲＦ（Radio Frequency：高周波）電源を使用するプレーナ型のスパッタ装置であり、図１に示すように、真空チャンバー１０と、カソード電極３０と、基板固定台５０と、ＲＦ電源２０と、制御部１００とを備えて構成される。
【００１４】
真空チャンバー１０は、内部が空洞な部材であり、内部で薄膜を形成するために使用される。その内部にカソード電極３０と、基板固定台５０とが配置され、ＲＦ電源２０と、内部の気体を排気する排気機構１３と、内部に気体を供給する給気機構１１とを備える。排気機構１３により気体を排気して内部を真空にし、給気機構１１により内部にＡｒなどの不活性ガスや反応性ガス等を供給する。
【００１５】
カソード電極３０は、高密度プラズマを収束させる側の極であり、ＲＦ電源２０に接続されている。カソード電極３０は、円筒形状に構成され、真空チャンバー１０の底部に配置される。図３はカソード電極３０の断面図である。図３に示すように、カソード電極３０は先端にバッキングプレート３０１を備え、円筒内部に空洞部を有する。カソード電極３０は、この空洞部内にヨーク３０３、第１環状磁石３０５と、第２環状磁石３０７と、第３環状磁石３０９とを備える。
【００１６】
ヨーク３０３はカソード電極３０にネジ等によって固定される。ヨーク３０３の形状は、例えば円盤状であり、カソード電極３０に固定した面を裏面として、表面には第１、第２、第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）を取り付けるための溝が形成されている。
【００１７】
第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）は、ターゲット表面に漏洩磁界を発生させるための磁石装置であり、直方体のネオジム等の永久磁石をヨーク３０３表面に複数個並べることで構成される。
【００１８】
第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の配置図を図４に示す。第１環状磁石３０５は、図４に示すようにヨーク３０３の中心部を囲むように、ヨーク３０３表面に環状に配置される。そして、第２環状磁石３０７は、第１環状磁石３０５を囲むように、ヨーク３０３表面に環状に配置される。第３環状磁石３０９は、第２環状磁石３０７を囲むように、ヨーク３０３表面に環状に配置される。そして、これらの磁石は、ターゲットにＮ極又はＳ極を向けるようにヨーク３０３の表面にエポキシ樹脂等で固定される。ここで、第１及び第２環状磁石（３０５、３０７）の極性の向きは同一方向に揃え、これらと第３環状磁石３０９の極性の向きは逆方向になるように揃えられる。例えば、第１及び第２環状磁石（３０５、３０７）はターゲットにＳ極を向けるように配置され、第３環状磁石３０９はターゲットにＮ極を向けるように配置される。
【００１９】
第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）が固定されたヨーク３０３には、バッキングプレート３０１が被せられる。バッキングプレート３０１は、図５に示すように円盤形状の部材であり、ターゲット４０を載置するために使用される。また、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）が減磁するのを防ぐため、スパッタ時に生じる熱を有る程度遮断する。
【００２０】
ターゲット４０は、成膜材料から構成される部材であり、それぞれカソード電極３０に載置される。ターゲット４０は、例えば円盤状のチタン製のターゲットである。
【００２１】
図６は、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）がターゲット４０表面に発生させる漏洩磁界を示した図である。例えば、第１、第２環状磁石（３０５、３０７）がターゲット４０に向ける極をＳ極とすると、第３環状磁石３０９はターゲット４０にＮ極を向け、第１、第２環状磁石（３０５、３０７）と逆方向の磁界を発生させる。図６に示すように、バッキングプレート３０１上にターゲット４０を載置した場合、バッキングプレート３０１表面では、ターゲット４０を通過する第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の漏洩磁界が形成される。この漏洩磁界のうち、ターゲット４０に対して垂直方向に発生する磁界の磁束密度は、図７に示すようにターゲット４０の外縁部で最も大きくなる。また、ターゲット４０に対して水平方向に発生する磁界の磁束密度の絶対値は、外縁部と中央部との境界で最も大きくなる。マグネトロンスパッタリングでは、磁束密度の高い箇所に高密度プラズマが収束するので、これらの垂直方向、水平方向の磁界の影響で、ターゲット４０の外縁部が最も深く食刻される。
【００２２】
図１に示す基板固定台５０は、下部に基板６０を保持し、真空チャンバー１０の上部に固定される。基板６０は、カソード電極３０と平行、且つ対向する位置に設置される。
【００２３】
基板６０は、基板固定台５０の下部に固定される。基板６０には、マグネトロンスパッタにより、それぞれターゲット４０から叩き出された粒子が堆積し、薄膜６０１が形成される。
【００２４】
ＲＦ電源２０は、真空チャンバー１０自体を陽極、カソード電極３０を陰極として、電圧を印加する高周波電源である。例えば、電波法で決められた工業バンドの周波数１３．５６ＭＨｚで最大出力３００Ｗ の高周波電源を使用する。また、ＲＦ電源２０と負荷とのインピーダンス整合をとるため、図示しないマッチング・ボックス(整合回路)を設けている。
【００２５】
図１の制御部１００は、マグネトロンスパッタ装置を制御する制御装置であり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５とを備えて構成される。この制御部１００は、給気機構１１と、排気機構１３と、ＲＦ電源２０と、装置内の各種の機器とを制御する。
【００２６】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に格納されたプログラムを読み出して繰り返し実行する。
【００２７】
ＲＯＭ１０３は、マグネトロンスパッタ装置の制御プログラム及び膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）を格納する。膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）は、基板６０に成膜される膜厚の設定値である。
【００２８】
ＲＡＭ(Random Access Memory)１０５は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして機能する。
【００２９】
上記の構成により、マグネトロンスパッタ装置は、カソード電極３０表面にターゲット４０を載置し、ターゲット４０に対向する基板固定台５０に基板６０を固定し、そして真空チャンバー１０内部を所定の真空度まで排気する。続いてマグネトロンスパッタ装置は、Ａｒ等の不活性ガスを真空チャンバー１０内部に供給する。不活性ガスのガス圧は、例えば１０−１Ｐａ程度である。そして、マグネトロンスパッタ装置は、ＲＦ電源２０を制御して、カソード電極３０と真空チャンバー１０との間に電圧を印加する。この電圧印加により、不活性ガスから高密度プラズマが形成され、この高密度プラズマは、カソード電極３０の第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の形成する磁界によりターゲット４０表面に収束する。収束した高密度プラズマにより、ターゲット４０がスパッタされ、叩き出された粒子が基板６０に堆積することにより薄膜６０１が形成される。
【００３０】
次に、マグネトロンスパッタ装置の動作について詳細に説明する。マグネトロンスパッタ装置の電源がＯＮされると、制御部１００は、マグネトロンスパッタ装置の制御プログラムをＲＯＭ１０３から読み出して実行する。この制御プログラムの中で、ターゲット４０と基板６０との準備ができたことに応答して、スパッタ処理を行うためのプログラムが読み出され、スパッタ処理が実行される。
【００３１】
図８を参照して、スパッタ処理について説明する。図８は、本実施形態にかかるスパッタ処理のフローチャートを示した図である。まず、カソード電極３０の表面にターゲット４０を載置し、基板固定台５０下部において、基板６０をカソード電極３０と対向する位置に取り付ける（ステップＳ１）。
【００３２】
ＣＰＵ１０１は、排気機構１３の制御により、真空チャンバー１０内部を排気する。そして、給気機構１１を制御して、Ａｒ等の不活性ガスを真空チャンバー１０内に供給する（ステップＳ３）。
【００３３】
ＣＰＵ１０１は、ＲＦ電源２０を制御することにより、陽極（真空チャンバー１０）及び陰極（カソード電極３０）に電圧を印加する（ステップＳ５）。この電圧の印加により、グロー放電が生じ、高密度プラズマが発生する。このとき、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の形成する磁界に高密度プラズマが閉じこめられ、ターゲット４０の表面に収束するので、高密度プラズマ中のＡｒ＋イオンの衝突により、ターゲット４０の原子が叩き出される。叩き出されて飛散した原子は、基板６０に堆積し、薄膜が形成される。
【００３４】
ここで、カソード電極３０表面の漏洩磁界は、図６に示したように、ターゲット４０の外縁部付近に集中する。このため、エロージョンは、ターゲット４０の外縁部に形成される。図９（ａ）は、カソード電極３０でのスパッタ後のターゲット４０の上面図であり、図９（ｂ）は、ターゲット４０の断面図である。図９（ｂ）に示すように、ターゲット４０の表面全体が食刻されるが、特に外縁部が最も深く食刻される。
【００３５】
図８に戻り、続いて、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３から膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）を読み出し、図示しない膜厚計により、基板６０の膜厚を測定する。ＣＰＵ１０１は、基板６０の膜厚が膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）以上であるか否かを判別する（ステップＳ７）。基板６０の膜厚が膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）以上でないと判別された場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ７に戻る。基板６０の膜厚が膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）以上であると判別された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、基板６０を図示しないロボット等の制御により、真空チャンバー１０から取り出す（ステップＳ９）。ステップＳ９の後は、制御部１００は、メインフローに戻る。
【００３６】
上記の動作により、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置は、基板６０に薄膜を形成させることができる。
【００３７】
図７に示したように、ターゲット４０に対して垂直方向の磁界と水平方向の磁界との作用により、図９（ｂ）で示したように、ターゲット４０は外縁部が最も深く食刻される。このため、図９（ａ）、（ｂ）で示したように、従来の磁石装置よりエロージョンされる領域は大きくなり、ターゲット４０の使用効率が高くなる。
【００３８】
また、図６に示したように、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置では、ターゲット４０の外縁部に磁束が集中するようにカソード電極３０にそれぞれ３重に第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）を配置している。磁石を強くして、成膜速度を速くしたい場合であっても、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）のそれぞれに磁石を追加すれば、図７で示した磁束密度のバランスを崩さずに磁界強度を増すことができる。このため、スパッタレートを容易に向上させることができる。
【００３９】
例えば、本発明に係るスパッタ装置を使用する場合、ターゲット使用効率は４０％となり、従来に比べ２倍となる。また、従来の半分の電源投入量で、ほぼ同程度のスパッタレートを得ることができる。
【００４０】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るマグネトロンスパッタ装置について詳細に説明する。本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置は、第１〜第３環状磁石３０５、３０７、３０９の代わりに第１〜第３環状磁石３０５ａ、３０７ａ、３０９ａを備える他は、第１実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置１と同様の構成である。
【００４１】
図１０に本実施形態に係る第１〜第３環状磁石３０５ａ、３０７ａ、３０９ａの配置図を示す。第１実施形態に係る第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）がそれぞれ複数の永久磁石から構成されていたのに対し、本実施形態に係る第１〜第３環状磁石３０５ａ、３０７ａ、３０９ａは、それぞれリング状の１つの永久磁石である。
【００４２】
第２実施形態では、第１実施形態と比較して、磁界強度の調整は困難であるが、第１磁石装置より構造が単純で作成しやすい。
【００４３】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係るマグネトロンスパッタ装置について詳細に説明する。本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置はバッキングプレート３０１に配設する成膜材料（ターゲット）を図２に示す構成とする他は、第１実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置１と同様の構成である。
【００４４】
図２に本実施形態に係るターゲット４００ａ、４００ｂの配置図を示す。図２（ａ）は、ターゲット４００ａ、４００ｂの上面図であり、図２（ｂ）は、ターゲット４００ａ、４００ｂの断面図である。ターゲット４００ａとターゲット４００ｂとは異種材料であり、それぞれ円盤状に形成され、同心状に積層される。ターゲット４００ｂの径はターゲット４００ａの径よりも大きく、図２（ｂ）に示す如く、基板６０に対し、ターゲット４００ａの全面とターゲット４００ｂの外縁部が露出する。これによりターゲット４００ａとターゲット４００ｂを所望の組成比で基板６０に堆積させようとするものである。
【００４５】
従来の磁石装置では、ターゲットの中心寄りにプラズマが生成されるため、ターゲット４００ａが赤熱してターゲット４００ｂがスパッタリングされず所望の薄膜組成が得られないという課題があったが、本実施形態によりプラズマを外縁部に集中させることで異種のターゲット４００ａとターゲット４００ｂを同時に高速にスパッタリングすることができ、所望の薄膜組成を得ることが可能となった。
【００４６】
上記実施形態ではカソード電極と基板を対向配置させたものを一対設けたが、カソード電極を複数備える構成としてもよい。カソード電極の全てに、本発明に係る磁石の配置を行う必要はなく、いくつかは他の構成であっても良い。
【００４７】
また、基板公転機構を設けて成膜時にターゲット直上で基板が回転する構成としてもよい。或いは、基板自公転機構、基板搬送機構等を設け、基板がターゲット直上を通過したときにのみ成膜する構成としてもよい。
【００４８】
磁石は永久磁石に限らず、電磁石であっても良い。また、磁石の配置は環状に限らず、長方形など別の形状でも良い。
また、電源にはＲＦ電源を用いたが、ＤＣ電源を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態１に係るマグネトロンスパッタ装置の構成図である。
【図２】（ａ）実施形態３に係るターゲットの上面図である。（ｂ）実施形態３に係るターゲットの断面図である。
【図３】実施形態１に係るカソード電極の断面図である。
【図４】実施形態１に係る第１、第２、第３環状磁石の配置図である。
【図５】実施形態１に係るカソード電極の上面図である。
【図６】実施形態１に係るターゲット表面に発生する漏洩磁界を示した図である。
【図７】実施形態１に係るターゲット表面に発生する漏洩磁界の磁束密度を示したグラフである。
【図８】実施形態１に係るスパッタ処理のフローチャートである。
【図９】（ａ）実施形態１に係るスパッタ後のターゲットの上面図である。（ｂ）実施形態１に係るスパッタ後のターゲットの断面図である。
【図１０】実施形態２に係る第１、第２、第３環状磁石の配置図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 真空チャンバー
１１ 給気機構
１３ 排気機構
２０ ＲＦ電源
３０ カソード電極
３０１ バッキングプレート
３０３ ヨーク
３０５ 第１環状磁石
３０７ 第２環状磁石
３０９ 第３環状磁石
４０、４００ａ、４００ｂ ターゲット
５０ 基板固定台
６０ 基板
６０１ 薄膜
１００ 制御部
１０３ ＲＯＭ
１０５ ＲＡＭ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置及びスパッタ方法に関する。特に、マグネトロンスパッタ装置及びマグネトロンスパッタ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の形成技術は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）技術と、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition；物理的成長）技術とに大きく分けられる。この中で、粒子の付着力が大きく、強い膜を形成できることや、高融点金属を材料とできることなどの特徴を活かして、ＰＶＤの一種であるマグネトロンスパッタ法が多用途に用いられている。
【０００３】
このマグネトロンスパッタ法で用いるマグネトロンスパッタ装置は、特許文献１に記載されるように、一般的に真空チャンバーと、真空チャンバー内のカソード電極と、カソード電極と対向する基板と、基板に対向し、カソード電極の表面に配置される成膜材料（ターゲット）と、カソード電極の裏面に配置された磁石装置とから構成される。
【０００４】
そして、このマグネトロンスパッタ装置を使用するスパッタ方法は、一般的に真空チャンバー内にＡｒ等の不活性ガスを封入するステップと、ターゲットに高電圧を印加することで、不活性ガスから高密度プラズマを生成するステップと、磁石装置の発生する漏洩磁界に高密度プラズマを閉じこめるステップと、高密度プラズマ中のＡｒ＋イオンをターゲットに衝突させてターゲットの粒子を叩き出す（スパッタリング）ステップと、スパッタされた粒子を基板に堆積させることで成膜させるステップと、を備えて構成される。磁石装置の発生する漏洩磁界は、ターゲットと磁力線とによって形成される閉空間内に電子を捕捉し、イオン化を促進して高効率のスパッタリングを達成させる。また、高密度プラズマが基板に達して損傷しないという効果も奏する。
【０００５】
マグネトロンスパッタ法では、ターゲット上の強磁界が通過する部分が局所的にＶ字型に食刻され、このＶ字がターゲットを貫通する直前の時点がターゲットの寿命となる。そして、Ｖ字状の食刻領域（エロージョン）がターゲットの寿命が尽きるまでにスパッタされる材料のターゲット全体に占める体積の割合をターゲットの使用効率という。このターゲットの使用効率を高くすれば、ターゲットの寿命が延びる。そこで、ターゲットの使用効率を高めるため、特許文献１に開示されたスパッタ装置は、環状のエロージョンが複数形成されるように磁石のレイアウトを工夫している。具体的には、中央部に第１の永久磁石を配置し、その中央部の磁石の周りを２重に取り囲むように第２、第３の複数の永久磁石を配置している。そして、第１の永久磁石と第２の永久磁石との極性、及び第２の永久磁石と第３の永久磁石との極性を異なるものとしている。
【特許文献１】特開２００４−１１５８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されたスパッタ装置では、環状のエロージョンが複数形成されるものの、各エロージョンのＶ字は依然として急角度である。このため、全体として見れば、ターゲットの使用効率は、あまり改善されていない。かといって、エロージョンの形状を変化させるために中央の磁石を２重に囲む磁石の数を変化させると、中央の磁石とそれ以外の磁石との形成する磁界のバランスが崩れ、膜厚が不均衡となってしまう。このため、ターゲットの使用効率の向上が困難であるという問題があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、ターゲットの使用効率の高いスパッタ装置及びスパッタ方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるスパッタ装置は、
成膜室内に不活性ガスを供給する供給手段と、
前記成膜室内に配置され、成膜材料からなるターゲットが表面に載置されるカソード電極と、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、前記ターゲットに対していずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
前記カソード電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
環状に配置するとは、磁界発生手段が完全な環形状を有するものに限らず、例えばターゲット中央を中心とする円周上に磁界発生手段を点在して配置させるものや、ターゲットの外縁から等距離となる位置に磁界発生手段を配置するものを含むものとする。
【００１０】
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して水平方向の磁界の磁束密度の絶対値が、前記ターゲットの中央部と外縁部との間で最も大きくなり、
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界の磁束密度が、前記ターゲットの外縁部で最も大きくなることとしてもよい。
【００１１】
本発明の第２の観点にかかるスパッタ方法は、
カソード電極の表面と対向するように成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、ターゲットに対していずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
を備えるスパッタ装置におけるスパッタ方法であって、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持ステップと、
前記成膜室内に不活性ガスを供給する供給ステップと、
前記カソード電極に電圧を印加し、前記供給ステップで供給された前記不活性ガスからプラズマを生成させるプラズマ発生ステップと、
前記プラズマ発生ステップで発生したプラズマを前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した磁界により前記ターゲット表面に収束し、収束された高密度プラズマにより前記ターゲットから叩き出された粒子を前記基板に堆積させることで成膜する成膜ステップと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターゲットの使用効率の高いスパッタ装置及びスパッタ方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係るマグネトロンスパッタ装置について詳細に説明する。本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置１は、ＲＦ（Radio Frequency：高周波）電源を使用するプレーナ型のスパッタ装置であり、図１に示すように、真空チャンバー１０と、カソード電極３０と、基板固定台５０と、ＲＦ電源２０と、制御部１００とを備えて構成される。
【００１４】
真空チャンバー１０は、内部が空洞な部材であり、内部で薄膜を形成するために使用される。その内部にカソード電極３０と、基板固定台５０とが配置され、ＲＦ電源２０と、内部の気体を排気する排気機構１３と、内部に気体を供給する給気機構１１とを備える。排気機構１３により気体を排気して内部を真空にし、給気機構１１により内部にＡｒなどの不活性ガスや反応性ガス等を供給する。
【００１５】
カソード電極３０は、高密度プラズマを収束させる側の極であり、ＲＦ電源２０に接続されている。カソード電極３０は、円筒形状に構成され、真空チャンバー１０の底部に配置される。図３はカソード電極３０の断面図である。図３に示すように、カソード電極３０は先端にバッキングプレート３０１を備え、円筒内部に空洞部を有する。カソード電極３０は、この空洞部内にヨーク３０３、第１環状磁石３０５と、第２環状磁石３０７と、第３環状磁石３０９とを備える。
【００１６】
ヨーク３０３はカソード電極３０にネジ等によって固定される。ヨーク３０３の形状は、例えば円盤状であり、カソード電極３０に固定した面を裏面として、表面には第１、第２、第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）を取り付けるための溝が形成されている。
【００１７】
第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）は、ターゲット表面に漏洩磁界を発生させるための磁石装置であり、直方体のネオジム等の永久磁石をヨーク３０３表面に複数個並べることで構成される。
【００１８】
第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の配置図を図４に示す。第１環状磁石３０５は、図４に示すようにヨーク３０３の中心部を囲むように、ヨーク３０３表面に環状に配置される。そして、第２環状磁石３０７は、第１環状磁石３０５を囲むように、ヨーク３０３表面に環状に配置される。第３環状磁石３０９は、第２環状磁石３０７を囲むように、ヨーク３０３表面に環状に配置される。そして、これらの磁石は、ターゲットにＮ極又はＳ極を向けるようにヨーク３０３の表面にエポキシ樹脂等で固定される。ここで、第１及び第２環状磁石（３０５、３０７）の極性の向きは同一方向に揃え、これらと第３環状磁石３０９の極性の向きは逆方向になるように揃えられる。例えば、第１及び第２環状磁石（３０５、３０７）はターゲットにＳ極を向けるように配置され、第３環状磁石３０９はターゲットにＮ極を向けるように配置される。
【００１９】
第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）が固定されたヨーク３０３には、バッキングプレート３０１が被せられる。バッキングプレート３０１は、図５に示すように円盤形状の部材であり、ターゲット４０を載置するために使用される。また、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）が減磁するのを防ぐため、スパッタ時に生じる熱を有る程度遮断する。
【００２０】
ターゲット４０は、成膜材料から構成される部材であり、それぞれカソード電極３０に載置される。ターゲット４０は、例えば円盤状のチタン製のターゲットである。
【００２１】
図６は、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）がターゲット４０表面に発生させる漏洩磁界を示した図である。例えば、第１、第２環状磁石（３０５、３０７）がターゲット４０に向ける極をＳ極とすると、第３環状磁石３０９はターゲット４０にＮ極を向け、第１、第２環状磁石（３０５、３０７）と逆方向の磁界を発生させる。図６に示すように、バッキングプレート３０１上にターゲット４０を載置した場合、バッキングプレート３０１表面では、ターゲット４０を通過する第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の漏洩磁界が形成される。この漏洩磁界のうち、ターゲット４０に対して垂直方向に発生する磁界の磁束密度は、図７に示すようにターゲット４０の外縁部で最も大きくなる。また、ターゲット４０に対して水平方向に発生する磁界の磁束密度の絶対値は、外縁部と中央部との境界で最も大きくなる。マグネトロンスパッタリングでは、磁束密度の高い箇所に高密度プラズマが収束するので、これらの垂直方向、水平方向の磁界の影響で、ターゲット４０の外縁部が最も深く食刻される。
【００２２】
図１に示す基板固定台５０は、下部に基板６０を保持し、真空チャンバー１０の上部に固定される。基板６０は、カソード電極３０と平行、且つ対向する位置に設置される。
【００２３】
基板６０は、基板固定台５０の下部に固定される。基板６０には、マグネトロンスパッタにより、それぞれターゲット４０から叩き出された粒子が堆積し、薄膜６０１が形成される。
【００２４】
ＲＦ電源２０は、真空チャンバー１０自体を陽極、カソード電極３０を陰極として、電圧を印加する高周波電源である。例えば、電波法で決められた工業バンドの周波数１３．５６ＭＨｚで最大出力３００Ｗ の高周波電源を使用する。また、ＲＦ電源２０と負荷とのインピーダンス整合をとるため、図示しないマッチング・ボックス(整合回路)を設けている。
【００２５】
図１の制御部１００は、マグネトロンスパッタ装置を制御する制御装置であり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５とを備えて構成される。この制御部１００は、給気機構１１と、排気機構１３と、ＲＦ電源２０と、装置内の各種の機器とを制御する。
【００２６】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に格納されたプログラムを読み出して繰り返し実行する。
【００２７】
ＲＯＭ１０３は、マグネトロンスパッタ装置の制御プログラム及び膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）を格納する。膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）は、基板６０に成膜される膜厚の設定値である。
【００２８】
ＲＡＭ(Random Access Memory)１０５は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして機能する。
【００２９】
上記の構成により、マグネトロンスパッタ装置は、カソード電極３０表面にターゲット４０を載置し、ターゲット４０に対向する基板固定台５０に基板６０を固定し、そして真空チャンバー１０内部を所定の真空度まで排気する。続いてマグネトロンスパッタ装置は、Ａｒ等の不活性ガスを真空チャンバー１０内部に供給する。不活性ガスのガス圧は、例えば１０−１Ｐａ程度である。そして、マグネトロンスパッタ装置は、ＲＦ電源２０を制御して、カソード電極３０と真空チャンバー１０との間に電圧を印加する。この電圧印加により、不活性ガスから高密度プラズマが形成され、この高密度プラズマは、カソード電極３０の第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の形成する磁界によりターゲット４０表面に収束する。収束した高密度プラズマにより、ターゲット４０がスパッタされ、叩き出された粒子が基板６０に堆積することにより薄膜６０１が形成される。
【００３０】
次に、マグネトロンスパッタ装置の動作について詳細に説明する。マグネトロンスパッタ装置の電源がＯＮされると、制御部１００は、マグネトロンスパッタ装置の制御プログラムをＲＯＭ１０３から読み出して実行する。この制御プログラムの中で、ターゲット４０と基板６０との準備ができたことに応答して、スパッタ処理を行うためのプログラムが読み出され、スパッタ処理が実行される。
【００３１】
図８を参照して、スパッタ処理について説明する。図８は、本実施形態にかかるスパッタ処理のフローチャートを示した図である。まず、カソード電極３０の表面にターゲット４０を載置し、基板固定台５０下部において、基板６０をカソード電極３０と対向する位置に取り付ける（ステップＳ１）。
【００３２】
ＣＰＵ１０１は、排気機構１３の制御により、真空チャンバー１０内部を排気する。そして、給気機構１１を制御して、Ａｒ等の不活性ガスを真空チャンバー１０内に供給する（ステップＳ３）。
【００３３】
ＣＰＵ１０１は、ＲＦ電源２０を制御することにより、陽極（真空チャンバー１０）及び陰極（カソード電極３０）に電圧を印加する（ステップＳ５）。この電圧の印加により、グロー放電が生じ、高密度プラズマが発生する。このとき、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）の形成する磁界に高密度プラズマが閉じこめられ、ターゲット４０の表面に収束するので、高密度プラズマ中のＡｒ＋イオンの衝突により、ターゲット４０の原子が叩き出される。叩き出されて飛散した原子は、基板６０に堆積し、薄膜が形成される。
【００３４】
ここで、カソード電極３０表面の漏洩磁界は、図６に示したように、ターゲット４０の外縁部付近に集中する。このため、エロージョンは、ターゲット４０の外縁部に形成される。図９（ａ）は、カソード電極３０でのスパッタ後のターゲット４０の上面図であり、図９（ｂ）は、ターゲット４０の断面図である。図９（ｂ）に示すように、ターゲット４０の表面全体が食刻されるが、特に外縁部が最も深く食刻される。
【００３５】
図８に戻り、続いて、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３から膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）を読み出し、図示しない膜厚計により、基板６０の膜厚を測定する。ＣＰＵ１０１は、基板６０の膜厚が膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）以上であるか否かを判別する（ステップＳ７）。基板６０の膜厚が膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）以上でないと判別された場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ７に戻る。基板６０の膜厚が膜厚設定値Ｔｓ（ｎｍ）以上であると判別された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０１は、基板６０を図示しないロボット等の制御により、真空チャンバー１０から取り出す（ステップＳ９）。ステップＳ９の後は、制御部１００は、メインフローに戻る。
【００３６】
上記の動作により、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置は、基板６０に薄膜を形成させることができる。
【００３７】
図７に示したように、ターゲット４０に対して垂直方向の磁界と水平方向の磁界との作用により、図９（ｂ）で示したように、ターゲット４０は外縁部が最も深く食刻される。このため、図９（ａ）、（ｂ）で示したように、従来の磁石装置よりエロージョンされる領域は大きくなり、ターゲット４０の使用効率が高くなる。
【００３８】
また、図６に示したように、本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置では、ターゲット４０の外縁部に磁束が集中するようにカソード電極３０にそれぞれ３重に第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）を配置している。磁石を強くして、成膜速度を速くしたい場合であっても、第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）のそれぞれに磁石を追加すれば、図７で示した磁束密度のバランスを崩さずに磁界強度を増すことができる。このため、スパッタレートを容易に向上させることができる。
【００３９】
例えば、本発明に係るスパッタ装置を使用する場合、ターゲット使用効率は４０％となり、従来に比べ２倍となる。また、従来の半分の電源投入量で、ほぼ同程度のスパッタレートを得ることができる。
【００４０】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るマグネトロンスパッタ装置について詳細に説明する。本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置は、第１〜第３環状磁石３０５、３０７、３０９の代わりに第１〜第３環状磁石３０５ａ、３０７ａ、３０９ａを備える他は、第１実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置１と同様の構成である。
【００４１】
図１０に本実施形態に係る第１〜第３環状磁石３０５ａ、３０７ａ、３０９ａの配置図を示す。第１実施形態に係る第１〜第３環状磁石（３０５、３０７、３０９）がそれぞれ複数の永久磁石から構成されていたのに対し、本実施形態に係る第１〜第３環状磁石３０５ａ、３０７ａ、３０９ａは、それぞれリング状の１つの永久磁石である。
【００４２】
第２実施形態では、第１実施形態と比較して、磁界強度の調整は困難であるが、第１磁石装置より構造が単純で作成しやすい。
【００４３】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係るマグネトロンスパッタ装置について詳細に説明する。本実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置はバッキングプレート３０１に配設する成膜材料（ターゲット）を図２に示す構成とする他は、第１実施形態に係るマグネトロンスパッタ装置１と同様の構成である。
【００４４】
図２に本実施形態に係るターゲット４００ａ、４００ｂの配置図を示す。図２（ａ）は、ターゲット４００ａ、４００ｂの上面図であり、図２（ｂ）は、ターゲット４００ａ、４００ｂの断面図である。ターゲット４００ａとターゲット４００ｂとは異種材料であり、それぞれ円盤状に形成され、同心状に積層される。ターゲット４００ｂの径はターゲット４００ａの径よりも大きく、図２（ｂ）に示す如く、基板６０に対し、ターゲット４００ａの全面とターゲット４００ｂの外縁部が露出する。これによりターゲット４００ａとターゲット４００ｂを所望の組成比で基板６０に堆積させようとするものである。
【００４５】
従来の磁石装置では、ターゲットの中心寄りにプラズマが生成されるため、ターゲット４００ａが赤熱してターゲット４００ｂがスパッタリングされず所望の薄膜組成が得られないという課題があったが、本実施形態によりプラズマを外縁部に集中させることで異種のターゲット４００ａとターゲット４００ｂを同時に高速にスパッタリングすることができ、所望の薄膜組成を得ることが可能となった。
【００４６】
上記実施形態ではカソード電極と基板を対向配置させたものを一対設けたが、カソード電極を複数備える構成としてもよい。カソード電極の全てに、本発明に係る磁石の配置を行う必要はなく、いくつかは他の構成であっても良い。
【００４７】
また、基板公転機構を設けて成膜時にターゲット直上で基板が回転する構成としてもよい。或いは、基板自公転機構、基板搬送機構等を設け、基板がターゲット直上を通過したときにのみ成膜する構成としてもよい。
【００４８】
磁石は永久磁石に限らず、電磁石であっても良い。また、磁石の配置は環状に限らず、長方形など別の形状でも良い。
また、電源にはＲＦ電源を用いたが、ＤＣ電源を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態１に係るマグネトロンスパッタ装置の構成図である。
【図２】（ａ）実施形態３に係るターゲットの上面図である。（ｂ）実施形態３に係るターゲットの断面図である。
【図３】実施形態１に係るカソード電極の断面図である。
【図４】実施形態１に係る第１、第２、第３環状磁石の配置図である。
【図５】実施形態１に係るカソード電極の上面図である。
【図６】実施形態１に係るターゲット表面に発生する漏洩磁界を示した図である。
【図７】実施形態１に係るターゲット表面に発生する漏洩磁界の磁束密度を示したグラフである。
【図８】実施形態１に係るスパッタ処理のフローチャートである。
【図９】（ａ）実施形態１に係るスパッタ後のターゲットの上面図である。（ｂ）実施形態１に係るスパッタ後のターゲットの断面図である。
【図１０】実施形態２に係る第１、第２、第３環状磁石の配置図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 真空チャンバー
１１ 給気機構
１３ 排気機構
２０ ＲＦ電源
３０ カソード電極
３０１ バッキングプレート
３０３ ヨーク
３０５ 第１環状磁石
３０７ 第２環状磁石
３０９ 第３環状磁石
４０、４００ａ、４００ｂ ターゲット
５０ 基板固定台
６０ 基板
６０１ 薄膜
１００ 制御部
１０３ ＲＯＭ
１０５ ＲＡＭ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室内に不活性ガスを供給する供給手段と、
前記成膜室内に配置され、成膜材料からなるターゲットが表面に載置されるカソード電極と、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、前記ターゲットに対してＮ極又はＳ極のいずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
前記カソード電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して水平方向の磁界の磁束密度の絶対値が、前記ターゲットの中央部と外縁部との間で最も大きくなり、
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界の磁束密度が、前記ターゲットの外縁部で最も大きくなる、
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
カソード電極の表面と対向するように成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、ターゲットに対していずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
を備えるスパッタリング装置におけるスパッタ方法であって、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持ステップと、
前記成膜室内に不活性ガスを供給する供給ステップと、
前記カソード電極に電圧を印加し、前記供給ステップで供給された前記不活性ガスからプラズマを生成させるプラズマ発生ステップと、
前記プラズマ発生ステップで発生したプラズマを前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した磁界により前記ターゲット表面に収束し、収束された高密度プラズマにより前記ターゲットから叩き出された粒子を前記基板に堆積させることで成膜する成膜ステップと、
を備えることを特徴とするスパッタ方法。
【請求項１】
成膜室内に不活性ガスを供給する供給手段と、
前記成膜室内に配置され、成膜材料からなるターゲットが表面に載置されるカソード電極と、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、前記ターゲットに対してＮ極又はＳ極のいずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
前記カソード電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して水平方向の磁界の磁束密度の絶対値が、前記ターゲットの中央部と外縁部との間で最も大きくなり、
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界の磁束密度が、前記ターゲットの外縁部で最も大きくなる、
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
カソード電極の表面と対向するように成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記カソード電極の裏面の中央部に環状に配置し、ターゲットに対していずれか一方の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第１の磁界発生手段と、
前記第１の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第１の磁界発生手段と同一の磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第２の磁界発生手段と、
前記第２の磁界発生手段の外周に環状に配置し、前記ターゲットに対して前記第２の磁界発生手段と異なる磁極を向けて、前記ターゲットに対して垂直方向の磁界を発生させる第３の磁界発生手段と、
を備えるスパッタリング装置におけるスパッタ方法であって、
前記カソード電極の表面と対向するように前記成膜室内に基板を保持する保持ステップと、
前記成膜室内に不活性ガスを供給する供給ステップと、
前記カソード電極に電圧を印加し、前記供給ステップで供給された前記不活性ガスからプラズマを生成させるプラズマ発生ステップと、
前記プラズマ発生ステップで発生したプラズマを前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段と前記第３の磁界発生手段とにより発生した磁界により前記ターゲット表面に収束し、収束された高密度プラズマにより前記ターゲットから叩き出された粒子を前記基板に堆積させることで成膜する成膜ステップと、
を備えることを特徴とするスパッタ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２４００９５（Ｐ２００８−２４００９５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８４３２２（Ｐ２００７−８４３２２）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
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