マグネトロンカソード電極及びマグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング方法
【課題】 従来のスパッタリング装置用のマグネトロンカソード電極では、処理基板の周囲に設けたアノードの影響を受けて、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることが困難であった。
【解決手段】 処理基板Ｓに対向して設けたターゲットＴの後方に、中央磁石３５ｂと周辺磁石３５ｃとから構成される磁石組立体３５を設ける。中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積と比較して小さく設定して前記磁石組立体を構成し、処理基板中央領域での磁場強度を局所的に高める。
【解決手段】 処理基板Ｓに対向して設けたターゲットＴの後方に、中央磁石３５ｂと周辺磁石３５ｃとから構成される磁石組立体３５を設ける。中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積と比較して小さく設定して前記磁石組立体を構成し、処理基板中央領域での磁場強度を局所的に高める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリング方式で処理基板上に所定の薄膜を成膜するスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極、特に、反応性スパッタリング装置や高融点金属ターゲット用のスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極及びこのマグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタリング方式では、ターゲットの後方（スパッタ面と背向する側）に、３個の磁石を交互に極性を変えて設けた磁石組立体を少なくとも１個配置し、この磁石組立体によってターゲットの前方（スパッタ面側）にトンネル状の磁束を形成して、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲットの前方での電子密度を高め、これらの電子と、真空チャンバ内に導入される希ガスのガス分子との衝突確率を高めてプラズマ密度を高くできる。このため、成膜速度を向上できる等の利点があり、処理基板上に所定の薄膜を形成するのによく利用されている。
【０００３】
従来のマグネトロンスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極では、磁石組立体の中心磁石とその両側の周辺磁石との間で発生する磁束がちょうど釣り合い、ターゲットの前方で閉じたトンネル状の磁束を形成するために、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計している。
【０００４】
上記マグネトロンカソード電極を有するスパッタリング装置によって成膜する場合、主として、放電により発生したプラズマ中における電子のドリフト現象に関連して放電自体が偏る場合があるため、処理基板の面内における膜厚分布が悪くなり易いという問題がある。
【０００５】
このことから、磁石組立体の所定の箇所に、この磁石組立体により発生するトンネル状の磁束を調節し、ターゲットの前方に発生するプラズマを均一にするように、磁性体を設けることが考えられている（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開平９−２０９７９号公報（例えば、特許請求の範囲の記載）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のものでは、磁性体を設けてプラズマを均一にすることで処理基板面内での膜厚分布の均一化が図れるものの、一般に、処理基板の周囲には、この処理基板を囲うようにカソード電極と相対してアノードが配置されるため、プラズマ中の電子や二次電子がアノードに向かって流れることから、処理基板の外周領域の前方（ターゲットに向かう方向）において、電子及び二次電子の密度が高くなってプラズマ密度が高くなる。
【０００７】
この場合、例えばアルゴンなどのスパッタガスと共に、酸素などの反応ガスを導入して反応性スパッタリングを行うと、処理基板の外周領域の前方での反応が、基板中央部におけるものと比較して促進され、その結果、処理基板面内において、比抵抗値などの膜質が不均一になるという問題があった。このことは、処理基板が大きくなるとより顕著となる。
【０００８】
そこで、上記点に鑑み、本発明の課題は、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができるマグネトロンカソード電極及びマグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載のマグネトロンカソード電極は、処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を設けたマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、前記磁石組立体を構成したことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定することで、中央磁石と周辺磁石との間の磁束の釣り合いが崩れて、磁場分布が非平衡状態となり、主として中央磁石からターゲットを貫通して処理基板に向かう磁束線が多くなる（漏洩磁場が多くなる）。この場合、処理基板を通過する磁束線が処理基板の中央領域において密になってその領域での磁場強度が高くなる。
【００１１】
この状態で、例えば反応性スパッタリングを行うと、処理基板の中央領域前方でのイオン電流密度が高くなって処理基板に自己バイアスが誘起されることで、処理基板の中央領域前方での陽イオンの反応が促進される。その結果、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２記載のマグネトロンカソード電極は、処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を複数並設したマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、並設した前記磁石組立体のうち中央に位置する少なくとも１個の磁石組立体を構成したことを特徴とする。
【００１３】
上記の場合、前記中央磁石の両側面に磁性体を装着して、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を小さくすればよい。
【００１４】
この場合、前記磁性体を板状に形成し、この磁性体の板厚を変化させて処理基板の中央領域での磁場強度を制御すればよい。
【００１５】
また、前記磁性体として、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料を用いることが好ましい。
【００１６】
前記処理基板面内で、その中央の近傍において磁場強度が最大になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定することが好ましい。
【００１７】
前記処理基板面内で、その中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１２ガウス以上、好ましくは２０ガウス以上になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定するのがよい。１２ガウスより小さいと、処理基板への入射電子の有効エネルギーが小さく、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができない。
【００１８】
前記処理基板の中央領域を貫通する磁束線の垂直成分とこの処理基板とのなす角度が３０度以上となるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定するのがよい。３０度より小さいと、処理基板への入射電子の有効エネルギーが小さく、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができない。
【００１９】
前記ターゲットの全面に亘って一様な侵食領域が得られるように、前記磁石組立体をターゲットに対して平行移動させる駆動手段を設けておけば、ターゲットの全面に亘って一様な侵食領域が得られてよい。
【００２０】
尚、前記マグネトロンカソード電極を、Ｍｏ、Ｔｉなどの高融点金属ターゲットを用いてスパッタリングする際に用いれば、処理基板の中央領域でのイオン電流密度が高くなって処理基板に自己バイアスが誘起されることで、処理基板の中央領域での陽イオンの入射が高まる。その結果、処理基板面内での膜密度を向上させて、例えば比抵抗値が不均一になる等、処理基板面内において膜質が不均一になることが防止できる。
【００２１】
また、前記マグネトロンカソード電極を、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入して反応性スパッタリングする際に用いれば、理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができてよい。
【００２２】
本発明のスパッタリング方法は、ターゲットと、このターゲットの後方に中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体とを備えたマグネトロンカソード電極を用い、このターゲットのスパッタ面の前方に磁束を形成すると共に、ターゲットと処理基板との間に電界を形成し、不活性ガスを導入してプラズマを発生させてターゲットをスパッタリングする方法であって、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定して処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めてスパッタリングすることを特徴とする。
【００２３】
この場合、前記スパッタリングの際に、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入するようにできる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明のマグネトロンカソード電極は、例えば反応性スパッタリングする場合でも、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１を参照して、１は、本発明のマグネトロン方式のスパッタリング装置（以下、「スパッタ装置」という）である。スパッタ装置１は、ドライポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持されたスパッタ室１１を有する。スパッタ室１１の上部には、図示しない搬送装置によって処理基板Ｓが設置される。
【００２６】
スパッタ室１１にはまた、ガス導入手段２が設けられている。ガス導入手段２は、マスフローコントローラ２１を介設したガス管２２を介してガス源２３に連通しており、アルゴンなどのスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる酸素などの反応ガスがスパッタ室１１内に一定の流量で導入できるようになっている。この場合、反応ガスとしては、処理基板Ｓ上に成膜しようする薄膜の組成に応じて選択され、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスなどが用いられる。スパッタ室１１の下側には、マグネトロンカソード電極であるカソード組立体３が配置されている。
【００２７】
カソード組立体３は、処理基板Ｓに対向して配置された略長方形のターゲットＴを有し、このターゲットＴは、ＴｉやＭｏなど、処理基板Ｓ上に成膜しようする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製される。ターゲットＴは、スパッタリングの際にこのターゲットＴを冷却するバッキングプレート３１に接合され、バッキングプレート３１が、絶縁板３２を介してカソード組立体３のフレーム３３に取付けられている。
【００２８】
ターゲットＴの周囲には、プラズマを安定して発生させるために、ターゲットＴの周囲を囲うようにアースシールド３４が設置される。この場合、アースシールド３４は、ターゲットＴに接合されたバッキングプレート３１などターゲットＴ以外の部品との間でダークスペースを形成して、これらの部品がスパッタリングされることを防止する役割を果たす。また、処理基板Ｓの周囲には、この処理基板Ｓを囲うようにカソード組立体３と相対してアノード４が配置される。
【００２９】
カソード組立体３は、ターゲットＴの後方に位置して磁石組立体３５を装備している。磁石組立体３５は、ターゲットＴに平行に配置された支持部３５ａを有し、この支持部３５ａ上には、交互に極性を変えてかつ所定の間隔を置いて、磁気特性が同じである３個の磁石３５ｂ、３５ｃが設置されている。
【００３０】
そして、処理基板ＳをターゲットＴと対向した位置に搬送し、ガス導入手段３を介して所定のスパッタガスを導入する。ターゲットＴに、スパッタ電源Ｅを介して負の直流電圧または高周波電圧を印加すると、処理基板Ｓ及びターゲットＴに垂直な電界が形成され、ターゲットＴの前方にプラズマが発生してターゲットＴがスパッタリングされることで処理基板Ｓ上に成膜される。
【００３１】
この場合、磁石組立体３５の位置を固定にすると、プラズマ密度が局所的に高くなり、スパッタリングによるターゲットＴの侵食領域は、プラズマ密度の高い部分だけが大きくなって、ターゲットＴの利用効率が低くなる。このため、磁石組立体３５に、モータ３６ａを有する駆動手段３６を設け、ターゲットＴの水平方向に沿った２箇所の位置の間で平行かつ等速で往復動させるようにしている。
【００３２】
一般に、ターゲットＴの外形寸法は、処理基板Ｓの外形寸法より大きく設定されるため、処理基板Ｓが大きくなると、ターゲットＴの外形寸法も大きくなる。このような場合、図２及び図４に示すように、ターゲットＴの後方には、例えば９個の磁石組立体３５が所定の間隔を置いて並設される。
【００３３】
ところで、図２に示すように、従来技術のカソード組立体Ａでは、各磁石組立体Ａの中心磁石Ａ１と、その両側の周辺磁石Ａ２との間で発生する磁束がちょうど釣り合って、磁束がターゲットＴ表面で閉じたトンネル状に形成されるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石の同磁化換算したときの体積の和（例えば、同じ磁気特性の磁石を用いる場合、周辺磁石の体積：中心磁石の体積：周辺磁石の体積＝１：２：１としている）に等しくなるように設計している。
【００３４】
この場合、上記従来の磁石組立体Ａにおいて−２５ガウスから＋２５ガウスまでの磁束線Ｂをみると、漏洩磁場が少なくなく、処理基板Ｓを貫く磁束Ｂの数が少ないことが判る（図２参照）。また、図３（ａ)に示すように、処理基板Ｓの中央領域における磁束密度の絶対値は約１０ガウスであり、その中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１０ガウス以下である。さらに、図３（ｂ）に示すように、処理基板Ｓの中央領域では垂直成分が支配的になるのに対して、処理基板Ｓの外周領域（処理基板Ｓの端部から２５０ｍｍ内側までの範囲）では水平成分が支配的となっている。
【００３５】
ここで、処理基板Ｓの中央領域とは、図４に示すように、横寸法Ｌ１、縦寸法Ｌ２である長方形の処理基板では、短辺Ｘ（=Ｌ１／２）、長辺Ｙ（＝Ｌ２／２）で表される楕円形の領域Ｒにほぼ相当する。
【００３６】
そして、従来技術のカソード組立体Ａを用い、スパッタリング装置１により、スパッタガスと共に、酸素などの反応ガスをスパッタ室１１内に一定の流量で導入して反応性スパッタリングを行うと、処理基板Ｓの周囲にアノード４を配置しているため、プラズマ中の電子や二次電子がアノード４に向かって流れ、電子及び二次電子の密度が高くなる処理基板の外周領域前方（ターゲットＴに向かう側）での反応が、処理基板Ｓの中央領域Ｒにおけるものと比較して促進され、その結果、処理基板Ｓ面内での膜質が不均一になる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、図５及び図６に示すように、並設した磁石組立体３５のうち、中央に位置する３個の磁石組立体３５１、３５２、３５３を、中央磁石３５ｂの同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石３５ｃの同磁化に換算したときの体積の和より小さく（例えば、周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：１：１）設定して構成した。この場合、中央磁石３５ｂの同磁化に換算したときの体積を小さく設定するために、処理基板Ｓの中央領域Ｒに対向した中央磁石３５ｂの両側面に所定の深さを有する長手溝を形成すると共に各溝内に板状の磁性体３７を装着した。
【００３８】
また、反応性が促進される処理基板Ｓの外周領域に対向した磁石組立体３５は、従来と同様、バランスした状態のもの（各磁石組立体Ａの中心磁石Ａ１と、その両側の周辺磁石Ａ２との間で発生する磁束がちょうど釣り合って磁束がターゲットＴ表面で閉じたトンネル状に形成されるもの）を用いた。
【００３９】
磁性体３７としては、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料であればよく、例えば、ＳＵＳ４３０などの磁性を有するステンレス、磁場の減衰効果を高められる純鉄、ニッケルなどの金属、パーマロイ、スーパーマロイなどの透磁率の高いアロイを用いることができ、その厚さは、１．０〜５．０ｍｍの範囲に設定される。
【００４０】
また、処理基板Ｓの中央領域において、この処理基板Ｓを貫通する磁束線Ｂと、処理基板とのなす角度が３０度以上となり、また、処理基板Ｓの面内でその中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１２ガウス上となるように、磁性体３７の板厚を設定している。尚、角度が３０度より小さいか、または磁束密度の差が１２ガウスより小さいと、処理基板への入射電子の有効エネルギーが小さく、膜質の面内均一性を高く保持できない。
【００４１】
これにより、中央磁石３５ｂと各周辺磁石３５ｃとの間の磁束の釣り合いが崩れて、磁場分布が非平衡状態となり、主として中央磁石３５ｂからターゲットＴを貫通して処理基板Ｓに向かう磁束線Ｂが多くなり（漏洩磁場が多くなる）、処理基板Ｓを通過する磁束線Ｂが処理基板Ｓの中央領域において密になって磁場強度が高くなる（図５参照）。
【００４２】
本発明の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３では、−２５ガウスから＋２５ガウスまでの磁束線Ｂをみると、図７（ａ)及び図７（ｂ）に示すように、従来の磁石組立体Ａと同様、処理基板Ｓの中央領域では垂直成分が支配的になっているものの、外周領域では、垂直成分をほぼ有さない。また、処理基板Ｓ中央の近傍において、磁束密度が約２１ガウスで最大であり、処理基板Ｓの外周領域との差は１２ガウス以上になった。
【００４３】
本実施の形態に係る磁石組立体３５、３５１、３５２、３５２を用いることで、例えば反応性スパッタリングを行うと、処理基板Ｓの中央領域前方（ターゲットＴに向かう側）でのイオン電流密度が高くなって処理基板Ｓに自己バイアスが誘起されることで、処理基板Ｓの中央領域前方での陽イオンの反応が促進される。処理基板Ｓ全面に亘って、比抵抗値などの膜質の均一な薄膜を得ることができる。
【００４４】
尚、本実施の形態では、９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を設けたものついて説明したが、処理基板Ｓの中央領域での磁場強度を局所的に高めることができれば、これに限定されるものではなく、例えば図１に示す１個の磁石組立体３５では、中央磁石３５ａの両側面のうち少なくとも処理基板Ｓの中央領域Ｒに対向した部分を磁性体３７で覆って構成すればよい。
【実施例１】
【００４５】
本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図５及び図６に示す９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を並設したものを内蔵した。処理基板Ｓとしては、ガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用いると共に、ターゲットＴとして、Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２を１０重量％添加したものを用い、公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート３１に接合した。そして、反応性スパッタリングによりガラス基板Ｓ上にＩＴＯ膜を成膜した。
【００４６】
スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．６７Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ２１を制御してスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ流量２００ｓｃｃｍ）と反応ガスであるＨ２Ｏ（Ｈ２Ｏ流量０．５ｓｃｃｍ）をスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲットＴへの投入電力を５０ＫＷ（２〜６Ｗ／ｃｍ２の範囲で設定可）、スパッタ時間を２０秒に設定した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図８（ａ）に示す。
（比較例１）
【００４７】
比較例１として、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図２に示す従来技術の９個の（バランス状態の）磁石組立体Ａを並設したものを内蔵した。また、スパッタ条件を上記実施例１と同じとし、実施例１と同じガラス基板Ｓに反応性スパッタリングによりＩＴＯ膜を成膜した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図８（ｂ）に示す。
【００４８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して説明すれば、比較例１のものでは、ガラス基板Ｓの中央領域での比抵抗値が３５０〜３００μΩ・ｃｍであり、この中央領域からガラス基板Ｓの外周領域に向かうに従い、段階的に比抵抗値が低下し、その外周領域では、２２５〜２００μΩ・ｃｍとなった。この場合、反応性スパッタリング時のガラス基板Ｓ面内での反応性の相違により、ガラス基板Ｓの中央領域とその外周領域とでは、比抵抗値に１２５〜１００μΩ・ｃｍの差が生じ、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できていないことが判る。
【００４９】
それに対して、実施例１では、ガラス基板Ｓの４隅部を除く部分の比抵抗値は、２５０〜２２５μΩ・ｃｍであり、その４隅部もまた、２２５〜２００μΩ・ｃｍであった。この場合、比抵抗値の差は、２５μΩ・ｃｍ以下にでき、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性が保持できたことが判る。
【実施例２】
【００５０】
本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図４に示す９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を並設したものを内蔵した。処理基板Ｓとしてガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用いると共に、ターゲットＴとして、Ｍｏ（９９．９％）を用い、公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート３１に接合した。そして、スパッタリングによりガラス基板Ｓ上にＭｏ膜を成膜した。
【００５１】
スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．１Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ２１を制御してスパッタガスであるアルゴンをスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲットＴへの投入電力を１３０ＫＷ、スパッタ時間を１０秒に設定した。この条件でガラス基板Ｓ上にスパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図９（ａ）に示す。
（比較例２）
【００５２】
比較例２として、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、図２に示す従来技術の９個の（バランス状態の）磁石組立体Ａを並設したものを内蔵した。また、スパッタ条件を上記実施例２と同じとし、実施例２と同じ大きさのガラス基板ＳにスパッタリングによりＭｏ膜を成膜した。この条件でガラス基板Ｓ上にスパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図９（ｂ）に示す。
【００５３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明すれば、比較例２のものでは、ガラス基板Ｓの中央領域での比抵抗値は、１５．５〜１５μΩ・ｃｍであり、この中央領域からガラス基板の外周領域に向かうに従い、段階的に比抵抗値が低下し、その外周領域では、１２．５〜１１．５μΩ・ｃｍとなった。この場合、ガラス基板Ｓに付着したＭｏの結晶粒径や膜密度の均一性を保持できていないことで、ガラス基板の中央領域とその外周縁部とでは、比抵抗値に２．５〜３．５μΩ・ｃｍの差が生じ、処理基板面内での膜質の均一性を保持できていないことが判る。
【００５４】
それに対して、実施例２では、ガラス基板Ｓの中央領域における比抵抗値は、１４．５〜１４μΩ・ｃｍであり、その外周縁部は、１２．５〜１１．５μΩ・ｃｍであり、ガラス基板Ｓの中央領域で比抵抗値が高い箇所が消失した。この場合、比抵抗値の差は、２．５μΩ・ｃｍ以下であり、ガラス基板Ｓの中央領域において、ガラス基板Ｓに付着したＭｏの結晶粒径や膜密度が改善され、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できたことが判る。
【実施例３】
【００５５】
本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図４に示す９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を並設したものを内蔵した。処理基板Ｓとしてガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用いると共に、ターゲットＴとして、Ｔｉ（９９．９５％）を用い、公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート３１に接合した。そして、反応性スパッタリングによりガラス基板上にＴｉＮ膜を成膜した。
【００５６】
スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．１Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ２１を制御してスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ流量１００ｓｃｃｍ）と反応ガスである窒素（窒素流量４０ｓｃｃｍ）をスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲットＴへの投入電力を９０ＫＷ、スパッタ時間を１０秒に設定した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図１０（ａ）に示す。
（比較例３）
【００５７】
比較例３として、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、図２に示す従来技術の９個の磁石組立体Ａを並設したものを内蔵した。また、スパッタ条件を上記実施例３と同じとし、実施例３と同じ大きさのガラス基板Ｓに反応性スパッタリングによりＴｉＮ膜を成膜した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図１０（ｂ）に示す。
【００５８】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して説明すれば、比較例３では、ガラス基板Ｓの中央領域での比抵抗値は、１９０〜１８０μΩ・ｃｍであり、この中央領域からガラス基板Ｓの外周領域に向かうに従い、段階的に比抵抗値が低下し、その外周領域では、２２０〜２００μΩ・ｃｍとなった。この場合、ガラス基板Ｓの外周領域では、Ｔｉと窒素との反応が促進されてＴｉＮが形成されているものの、ガラス基板Ｓの中央領域では、反応が促進されず、メタル状態となり、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できないことが判る。
【００５９】
それに対して、実施例３では、ガラス基板Ｓの
中央領域における比抵抗値は、２２０〜２００μΩ・ｃｍであり、その外周縁部は、２３０〜２２０μΩ・ｃｍであった。この場合、比抵抗値の差はほぼなく、ガラス基板Ｓの中央領域においても反応が促進され、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できたことが判る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のスパッタリング装置を模式的に説明する図。
【図２】従来技術にかかる磁石組立体を複数用いた場合の磁束線の示す図。
【図３】（ａ）は、図２に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度の絶対値を示す図。（ｂ）は、図２に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度を、処理基板に対して垂直な成分と、水平な成分とに分けて示す図。
【図４】処理基板を中央領域を説明する図。
【図５】本発明にかかる磁石組立体を用いた場合の磁束線の示す図。
【図６】本発明にかかる磁石組立体の配置を説明する図。
【図７】（ａ）は、図４に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度の絶対値を示す図。（ｂ）は、図４に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度を、処理基板に対して垂直な成分と、水平な成分とに分けて示す図。
【図８】（ａ）は、本発明によりＩＴＯ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。（ｂ）は、従来技術によりＩＴＯ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。
【図９】（ａ）は、本発明によりＭｏ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。（ｂ）は、従来技術によりＭｏ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。
【図１０】（ａ）は、本発明によりＴｉＮ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。（ｂ）は、従来技術によりＴｉＮ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。
【符号の説明】
【００６１】
１ マグネトロンスパッタリング装置
３ カソード組立体
３５ 磁石組立体
３５ｂ 中心磁石
３５ｃ 周辺磁石
３７ 磁性対
Ｔ ターゲット
Ｓ 処理基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリング方式で処理基板上に所定の薄膜を成膜するスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極、特に、反応性スパッタリング装置や高融点金属ターゲット用のスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極及びこのマグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタリング方式では、ターゲットの後方（スパッタ面と背向する側）に、３個の磁石を交互に極性を変えて設けた磁石組立体を少なくとも１個配置し、この磁石組立体によってターゲットの前方（スパッタ面側）にトンネル状の磁束を形成して、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲットの前方での電子密度を高め、これらの電子と、真空チャンバ内に導入される希ガスのガス分子との衝突確率を高めてプラズマ密度を高くできる。このため、成膜速度を向上できる等の利点があり、処理基板上に所定の薄膜を形成するのによく利用されている。
【０００３】
従来のマグネトロンスパッタリング装置のマグネトロンカソード電極では、磁石組立体の中心磁石とその両側の周辺磁石との間で発生する磁束がちょうど釣り合い、ターゲットの前方で閉じたトンネル状の磁束を形成するために、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計している。
【０００４】
上記マグネトロンカソード電極を有するスパッタリング装置によって成膜する場合、主として、放電により発生したプラズマ中における電子のドリフト現象に関連して放電自体が偏る場合があるため、処理基板の面内における膜厚分布が悪くなり易いという問題がある。
【０００５】
このことから、磁石組立体の所定の箇所に、この磁石組立体により発生するトンネル状の磁束を調節し、ターゲットの前方に発生するプラズマを均一にするように、磁性体を設けることが考えられている（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開平９−２０９７９号公報（例えば、特許請求の範囲の記載）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のものでは、磁性体を設けてプラズマを均一にすることで処理基板面内での膜厚分布の均一化が図れるものの、一般に、処理基板の周囲には、この処理基板を囲うようにカソード電極と相対してアノードが配置されるため、プラズマ中の電子や二次電子がアノードに向かって流れることから、処理基板の外周領域の前方（ターゲットに向かう方向）において、電子及び二次電子の密度が高くなってプラズマ密度が高くなる。
【０００７】
この場合、例えばアルゴンなどのスパッタガスと共に、酸素などの反応ガスを導入して反応性スパッタリングを行うと、処理基板の外周領域の前方での反応が、基板中央部におけるものと比較して促進され、その結果、処理基板面内において、比抵抗値などの膜質が不均一になるという問題があった。このことは、処理基板が大きくなるとより顕著となる。
【０００８】
そこで、上記点に鑑み、本発明の課題は、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができるマグネトロンカソード電極及びマグネトロンカソード電極を用いたスパッタリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載のマグネトロンカソード電極は、処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を設けたマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、前記磁石組立体を構成したことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定することで、中央磁石と周辺磁石との間の磁束の釣り合いが崩れて、磁場分布が非平衡状態となり、主として中央磁石からターゲットを貫通して処理基板に向かう磁束線が多くなる（漏洩磁場が多くなる）。この場合、処理基板を通過する磁束線が処理基板の中央領域において密になってその領域での磁場強度が高くなる。
【００１１】
この状態で、例えば反応性スパッタリングを行うと、処理基板の中央領域前方でのイオン電流密度が高くなって処理基板に自己バイアスが誘起されることで、処理基板の中央領域前方での陽イオンの反応が促進される。その結果、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２記載のマグネトロンカソード電極は、処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を複数並設したマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、並設した前記磁石組立体のうち中央に位置する少なくとも１個の磁石組立体を構成したことを特徴とする。
【００１３】
上記の場合、前記中央磁石の両側面に磁性体を装着して、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を小さくすればよい。
【００１４】
この場合、前記磁性体を板状に形成し、この磁性体の板厚を変化させて処理基板の中央領域での磁場強度を制御すればよい。
【００１５】
また、前記磁性体として、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料を用いることが好ましい。
【００１６】
前記処理基板面内で、その中央の近傍において磁場強度が最大になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定することが好ましい。
【００１７】
前記処理基板面内で、その中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１２ガウス以上、好ましくは２０ガウス以上になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定するのがよい。１２ガウスより小さいと、処理基板への入射電子の有効エネルギーが小さく、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができない。
【００１８】
前記処理基板の中央領域を貫通する磁束線の垂直成分とこの処理基板とのなす角度が３０度以上となるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定するのがよい。３０度より小さいと、処理基板への入射電子の有効エネルギーが小さく、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができない。
【００１９】
前記ターゲットの全面に亘って一様な侵食領域が得られるように、前記磁石組立体をターゲットに対して平行移動させる駆動手段を設けておけば、ターゲットの全面に亘って一様な侵食領域が得られてよい。
【００２０】
尚、前記マグネトロンカソード電極を、Ｍｏ、Ｔｉなどの高融点金属ターゲットを用いてスパッタリングする際に用いれば、処理基板の中央領域でのイオン電流密度が高くなって処理基板に自己バイアスが誘起されることで、処理基板の中央領域での陽イオンの入射が高まる。その結果、処理基板面内での膜密度を向上させて、例えば比抵抗値が不均一になる等、処理基板面内において膜質が不均一になることが防止できる。
【００２１】
また、前記マグネトロンカソード電極を、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入して反応性スパッタリングする際に用いれば、理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができてよい。
【００２２】
本発明のスパッタリング方法は、ターゲットと、このターゲットの後方に中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体とを備えたマグネトロンカソード電極を用い、このターゲットのスパッタ面の前方に磁束を形成すると共に、ターゲットと処理基板との間に電界を形成し、不活性ガスを導入してプラズマを発生させてターゲットをスパッタリングする方法であって、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定して処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めてスパッタリングすることを特徴とする。
【００２３】
この場合、前記スパッタリングの際に、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入するようにできる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明のマグネトロンカソード電極は、例えば反応性スパッタリングする場合でも、処理基板全面に亘って比抵抗値などの膜質が均一な薄膜を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１を参照して、１は、本発明のマグネトロン方式のスパッタリング装置（以下、「スパッタ装置」という）である。スパッタ装置１は、ドライポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持されたスパッタ室１１を有する。スパッタ室１１の上部には、図示しない搬送装置によって処理基板Ｓが設置される。
【００２６】
スパッタ室１１にはまた、ガス導入手段２が設けられている。ガス導入手段２は、マスフローコントローラ２１を介設したガス管２２を介してガス源２３に連通しており、アルゴンなどのスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる酸素などの反応ガスがスパッタ室１１内に一定の流量で導入できるようになっている。この場合、反応ガスとしては、処理基板Ｓ上に成膜しようする薄膜の組成に応じて選択され、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスなどが用いられる。スパッタ室１１の下側には、マグネトロンカソード電極であるカソード組立体３が配置されている。
【００２７】
カソード組立体３は、処理基板Ｓに対向して配置された略長方形のターゲットＴを有し、このターゲットＴは、ＴｉやＭｏなど、処理基板Ｓ上に成膜しようする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製される。ターゲットＴは、スパッタリングの際にこのターゲットＴを冷却するバッキングプレート３１に接合され、バッキングプレート３１が、絶縁板３２を介してカソード組立体３のフレーム３３に取付けられている。
【００２８】
ターゲットＴの周囲には、プラズマを安定して発生させるために、ターゲットＴの周囲を囲うようにアースシールド３４が設置される。この場合、アースシールド３４は、ターゲットＴに接合されたバッキングプレート３１などターゲットＴ以外の部品との間でダークスペースを形成して、これらの部品がスパッタリングされることを防止する役割を果たす。また、処理基板Ｓの周囲には、この処理基板Ｓを囲うようにカソード組立体３と相対してアノード４が配置される。
【００２９】
カソード組立体３は、ターゲットＴの後方に位置して磁石組立体３５を装備している。磁石組立体３５は、ターゲットＴに平行に配置された支持部３５ａを有し、この支持部３５ａ上には、交互に極性を変えてかつ所定の間隔を置いて、磁気特性が同じである３個の磁石３５ｂ、３５ｃが設置されている。
【００３０】
そして、処理基板ＳをターゲットＴと対向した位置に搬送し、ガス導入手段３を介して所定のスパッタガスを導入する。ターゲットＴに、スパッタ電源Ｅを介して負の直流電圧または高周波電圧を印加すると、処理基板Ｓ及びターゲットＴに垂直な電界が形成され、ターゲットＴの前方にプラズマが発生してターゲットＴがスパッタリングされることで処理基板Ｓ上に成膜される。
【００３１】
この場合、磁石組立体３５の位置を固定にすると、プラズマ密度が局所的に高くなり、スパッタリングによるターゲットＴの侵食領域は、プラズマ密度の高い部分だけが大きくなって、ターゲットＴの利用効率が低くなる。このため、磁石組立体３５に、モータ３６ａを有する駆動手段３６を設け、ターゲットＴの水平方向に沿った２箇所の位置の間で平行かつ等速で往復動させるようにしている。
【００３２】
一般に、ターゲットＴの外形寸法は、処理基板Ｓの外形寸法より大きく設定されるため、処理基板Ｓが大きくなると、ターゲットＴの外形寸法も大きくなる。このような場合、図２及び図４に示すように、ターゲットＴの後方には、例えば９個の磁石組立体３５が所定の間隔を置いて並設される。
【００３３】
ところで、図２に示すように、従来技術のカソード組立体Ａでは、各磁石組立体Ａの中心磁石Ａ１と、その両側の周辺磁石Ａ２との間で発生する磁束がちょうど釣り合って、磁束がターゲットＴ表面で閉じたトンネル状に形成されるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石の同磁化換算したときの体積の和（例えば、同じ磁気特性の磁石を用いる場合、周辺磁石の体積：中心磁石の体積：周辺磁石の体積＝１：２：１としている）に等しくなるように設計している。
【００３４】
この場合、上記従来の磁石組立体Ａにおいて−２５ガウスから＋２５ガウスまでの磁束線Ｂをみると、漏洩磁場が少なくなく、処理基板Ｓを貫く磁束Ｂの数が少ないことが判る（図２参照）。また、図３（ａ)に示すように、処理基板Ｓの中央領域における磁束密度の絶対値は約１０ガウスであり、その中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１０ガウス以下である。さらに、図３（ｂ）に示すように、処理基板Ｓの中央領域では垂直成分が支配的になるのに対して、処理基板Ｓの外周領域（処理基板Ｓの端部から２５０ｍｍ内側までの範囲）では水平成分が支配的となっている。
【００３５】
ここで、処理基板Ｓの中央領域とは、図４に示すように、横寸法Ｌ１、縦寸法Ｌ２である長方形の処理基板では、短辺Ｘ（=Ｌ１／２）、長辺Ｙ（＝Ｌ２／２）で表される楕円形の領域Ｒにほぼ相当する。
【００３６】
そして、従来技術のカソード組立体Ａを用い、スパッタリング装置１により、スパッタガスと共に、酸素などの反応ガスをスパッタ室１１内に一定の流量で導入して反応性スパッタリングを行うと、処理基板Ｓの周囲にアノード４を配置しているため、プラズマ中の電子や二次電子がアノード４に向かって流れ、電子及び二次電子の密度が高くなる処理基板の外周領域前方（ターゲットＴに向かう側）での反応が、処理基板Ｓの中央領域Ｒにおけるものと比較して促進され、その結果、処理基板Ｓ面内での膜質が不均一になる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、図５及び図６に示すように、並設した磁石組立体３５のうち、中央に位置する３個の磁石組立体３５１、３５２、３５３を、中央磁石３５ｂの同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石３５ｃの同磁化に換算したときの体積の和より小さく（例えば、周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：１：１）設定して構成した。この場合、中央磁石３５ｂの同磁化に換算したときの体積を小さく設定するために、処理基板Ｓの中央領域Ｒに対向した中央磁石３５ｂの両側面に所定の深さを有する長手溝を形成すると共に各溝内に板状の磁性体３７を装着した。
【００３８】
また、反応性が促進される処理基板Ｓの外周領域に対向した磁石組立体３５は、従来と同様、バランスした状態のもの（各磁石組立体Ａの中心磁石Ａ１と、その両側の周辺磁石Ａ２との間で発生する磁束がちょうど釣り合って磁束がターゲットＴ表面で閉じたトンネル状に形成されるもの）を用いた。
【００３９】
磁性体３７としては、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料であればよく、例えば、ＳＵＳ４３０などの磁性を有するステンレス、磁場の減衰効果を高められる純鉄、ニッケルなどの金属、パーマロイ、スーパーマロイなどの透磁率の高いアロイを用いることができ、その厚さは、１．０〜５．０ｍｍの範囲に設定される。
【００４０】
また、処理基板Ｓの中央領域において、この処理基板Ｓを貫通する磁束線Ｂと、処理基板とのなす角度が３０度以上となり、また、処理基板Ｓの面内でその中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１２ガウス上となるように、磁性体３７の板厚を設定している。尚、角度が３０度より小さいか、または磁束密度の差が１２ガウスより小さいと、処理基板への入射電子の有効エネルギーが小さく、膜質の面内均一性を高く保持できない。
【００４１】
これにより、中央磁石３５ｂと各周辺磁石３５ｃとの間の磁束の釣り合いが崩れて、磁場分布が非平衡状態となり、主として中央磁石３５ｂからターゲットＴを貫通して処理基板Ｓに向かう磁束線Ｂが多くなり（漏洩磁場が多くなる）、処理基板Ｓを通過する磁束線Ｂが処理基板Ｓの中央領域において密になって磁場強度が高くなる（図５参照）。
【００４２】
本発明の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３では、−２５ガウスから＋２５ガウスまでの磁束線Ｂをみると、図７（ａ)及び図７（ｂ）に示すように、従来の磁石組立体Ａと同様、処理基板Ｓの中央領域では垂直成分が支配的になっているものの、外周領域では、垂直成分をほぼ有さない。また、処理基板Ｓ中央の近傍において、磁束密度が約２１ガウスで最大であり、処理基板Ｓの外周領域との差は１２ガウス以上になった。
【００４３】
本実施の形態に係る磁石組立体３５、３５１、３５２、３５２を用いることで、例えば反応性スパッタリングを行うと、処理基板Ｓの中央領域前方（ターゲットＴに向かう側）でのイオン電流密度が高くなって処理基板Ｓに自己バイアスが誘起されることで、処理基板Ｓの中央領域前方での陽イオンの反応が促進される。処理基板Ｓ全面に亘って、比抵抗値などの膜質の均一な薄膜を得ることができる。
【００４４】
尚、本実施の形態では、９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を設けたものついて説明したが、処理基板Ｓの中央領域での磁場強度を局所的に高めることができれば、これに限定されるものではなく、例えば図１に示す１個の磁石組立体３５では、中央磁石３５ａの両側面のうち少なくとも処理基板Ｓの中央領域Ｒに対向した部分を磁性体３７で覆って構成すればよい。
【実施例１】
【００４５】
本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図５及び図６に示す９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を並設したものを内蔵した。処理基板Ｓとしては、ガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用いると共に、ターゲットＴとして、Ｉｎ２Ｏ３にＳｎＯ２を１０重量％添加したものを用い、公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート３１に接合した。そして、反応性スパッタリングによりガラス基板Ｓ上にＩＴＯ膜を成膜した。
【００４６】
スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．６７Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ２１を制御してスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ流量２００ｓｃｃｍ）と反応ガスであるＨ２Ｏ（Ｈ２Ｏ流量０．５ｓｃｃｍ）をスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲットＴへの投入電力を５０ＫＷ（２〜６Ｗ／ｃｍ２の範囲で設定可）、スパッタ時間を２０秒に設定した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図８（ａ）に示す。
（比較例１）
【００４７】
比較例１として、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図２に示す従来技術の９個の（バランス状態の）磁石組立体Ａを並設したものを内蔵した。また、スパッタ条件を上記実施例１と同じとし、実施例１と同じガラス基板Ｓに反応性スパッタリングによりＩＴＯ膜を成膜した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図８（ｂ）に示す。
【００４８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して説明すれば、比較例１のものでは、ガラス基板Ｓの中央領域での比抵抗値が３５０〜３００μΩ・ｃｍであり、この中央領域からガラス基板Ｓの外周領域に向かうに従い、段階的に比抵抗値が低下し、その外周領域では、２２５〜２００μΩ・ｃｍとなった。この場合、反応性スパッタリング時のガラス基板Ｓ面内での反応性の相違により、ガラス基板Ｓの中央領域とその外周領域とでは、比抵抗値に１２５〜１００μΩ・ｃｍの差が生じ、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できていないことが判る。
【００４９】
それに対して、実施例１では、ガラス基板Ｓの４隅部を除く部分の比抵抗値は、２５０〜２２５μΩ・ｃｍであり、その４隅部もまた、２２５〜２００μΩ・ｃｍであった。この場合、比抵抗値の差は、２５μΩ・ｃｍ以下にでき、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性が保持できたことが判る。
【実施例２】
【００５０】
本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図４に示す９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を並設したものを内蔵した。処理基板Ｓとしてガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用いると共に、ターゲットＴとして、Ｍｏ（９９．９％）を用い、公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート３１に接合した。そして、スパッタリングによりガラス基板Ｓ上にＭｏ膜を成膜した。
【００５１】
スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．１Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ２１を制御してスパッタガスであるアルゴンをスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲットＴへの投入電力を１３０ＫＷ、スパッタ時間を１０秒に設定した。この条件でガラス基板Ｓ上にスパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図９（ａ）に示す。
（比較例２）
【００５２】
比較例２として、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、図２に示す従来技術の９個の（バランス状態の）磁石組立体Ａを並設したものを内蔵した。また、スパッタ条件を上記実施例２と同じとし、実施例２と同じ大きさのガラス基板ＳにスパッタリングによりＭｏ膜を成膜した。この条件でガラス基板Ｓ上にスパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図９（ｂ）に示す。
【００５３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明すれば、比較例２のものでは、ガラス基板Ｓの中央領域での比抵抗値は、１５．５〜１５μΩ・ｃｍであり、この中央領域からガラス基板の外周領域に向かうに従い、段階的に比抵抗値が低下し、その外周領域では、１２．５〜１１．５μΩ・ｃｍとなった。この場合、ガラス基板Ｓに付着したＭｏの結晶粒径や膜密度の均一性を保持できていないことで、ガラス基板の中央領域とその外周縁部とでは、比抵抗値に２．５〜３．５μΩ・ｃｍの差が生じ、処理基板面内での膜質の均一性を保持できていないことが判る。
【００５４】
それに対して、実施例２では、ガラス基板Ｓの中央領域における比抵抗値は、１４．５〜１４μΩ・ｃｍであり、その外周縁部は、１２．５〜１１．５μΩ・ｃｍであり、ガラス基板Ｓの中央領域で比抵抗値が高い箇所が消失した。この場合、比抵抗値の差は、２．５μΩ・ｃｍ以下であり、ガラス基板Ｓの中央領域において、ガラス基板Ｓに付着したＭｏの結晶粒径や膜密度が改善され、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できたことが判る。
【実施例３】
【００５５】
本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、カソード組立体３には、図４に示す９個の磁石組立体３５、３５１、３５２、３５３を並設したものを内蔵した。処理基板Ｓとしてガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用いると共に、ターゲットＴとして、Ｔｉ（９９．９５％）を用い、公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート３１に接合した。そして、反応性スパッタリングによりガラス基板上にＴｉＮ膜を成膜した。
【００５６】
スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．１Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ２１を制御してスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ流量１００ｓｃｃｍ）と反応ガスである窒素（窒素流量４０ｓｃｃｍ）をスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲットＴへの投入電力を９０ＫＷ、スパッタ時間を１０秒に設定した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図１０（ａ）に示す。
（比較例３）
【００５７】
比較例３として、図１に示すスパッタ装置１を用いたが、図２に示す従来技術の９個の磁石組立体Ａを並設したものを内蔵した。また、スパッタ条件を上記実施例３と同じとし、実施例３と同じ大きさのガラス基板Ｓに反応性スパッタリングによりＴｉＮ膜を成膜した。この条件でガラス基板Ｓ上に反応性スパッタリングしたときのガラス基板Ｓ面内での比抵抗値の分布を図１０（ｂ）に示す。
【００５８】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して説明すれば、比較例３では、ガラス基板Ｓの中央領域での比抵抗値は、１９０〜１８０μΩ・ｃｍであり、この中央領域からガラス基板Ｓの外周領域に向かうに従い、段階的に比抵抗値が低下し、その外周領域では、２２０〜２００μΩ・ｃｍとなった。この場合、ガラス基板Ｓの外周領域では、Ｔｉと窒素との反応が促進されてＴｉＮが形成されているものの、ガラス基板Ｓの中央領域では、反応が促進されず、メタル状態となり、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できないことが判る。
【００５９】
それに対して、実施例３では、ガラス基板Ｓの
中央領域における比抵抗値は、２２０〜２００μΩ・ｃｍであり、その外周縁部は、２３０〜２２０μΩ・ｃｍであった。この場合、比抵抗値の差はほぼなく、ガラス基板Ｓの中央領域においても反応が促進され、ガラス基板Ｓ面内での膜質の均一性を保持できたことが判る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のスパッタリング装置を模式的に説明する図。
【図２】従来技術にかかる磁石組立体を複数用いた場合の磁束線の示す図。
【図３】（ａ）は、図２に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度の絶対値を示す図。（ｂ）は、図２に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度を、処理基板に対して垂直な成分と、水平な成分とに分けて示す図。
【図４】処理基板を中央領域を説明する図。
【図５】本発明にかかる磁石組立体を用いた場合の磁束線の示す図。
【図６】本発明にかかる磁石組立体の配置を説明する図。
【図７】（ａ）は、図４に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度の絶対値を示す図。（ｂ）は、図４に示す磁石組立体における処理基板上での磁束密度を、処理基板に対して垂直な成分と、水平な成分とに分けて示す図。
【図８】（ａ）は、本発明によりＩＴＯ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。（ｂ）は、従来技術によりＩＴＯ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。
【図９】（ａ）は、本発明によりＭｏ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。（ｂ）は、従来技術によりＭｏ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。
【図１０】（ａ）は、本発明によりＴｉＮ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。（ｂ）は、従来技術によりＴｉＮ膜を成膜したときの比抵抗値の分布を説明する図。
【符号の説明】
【００６１】
１ マグネトロンスパッタリング装置
３ カソード組立体
３５ 磁石組立体
３５ｂ 中心磁石
３５ｃ 周辺磁石
３７ 磁性対
Ｔ ターゲット
Ｓ 処理基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を設けたマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、前記磁石組立体を構成したことを特徴とするマグネトロンカソード電極。
【請求項２】
処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を複数並設したマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、並設した前記磁石組立体のうち中央に位置する少なくとも１個の磁石組立体を構成したことを特徴とするマグネトロンカソード電極。
【請求項３】
前記中央磁石の両側面に磁性体を装着して、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項４】
前記磁性体を板状に形成し、この磁性体の板厚を変化させて処理基板の中央領域での磁場強度を制御することを特徴とする請求項３記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項５】
前記磁性体として、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料を用いることを特徴とする請求項３または請求項４記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項６】
前記処理基板面内でその中央の近傍において磁場強度が最大になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項７】
前記処理基板面内でその中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１２ガウス以上、好ましくは２０ガウス以上になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項８】
前記処理基板の中央領域を貫通する磁束線の垂直成分とこの処理基板とのなす角度が３０度以上となるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項９】
前記ターゲットの全面に亘って一様な侵食領域が得られるように、前記磁石組立体をターゲットに対して平行移動させる駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項１０】
前記マグネトロンカソード電極は、Ｍｏ、Ｔｉなどの高融点金属ターゲットを用いてスパッタリングする際に用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項１１】
前記マグネトロンカソード電極は、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入して反応性スパッタリングする際に用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項１２】
ターゲットと、このターゲットの後方に中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体とを備えたマグネトロンカソード電極を用い、このターゲットのスパッタ面の前方に磁束を形成すると共に、ターゲットと処理基板との間に電界を形成し、不活性ガスを導入してプラズマを発生させてターゲットをスパッタリングする方法であって、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定して処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めてスパッタリングすることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項１３】
前記スパッタリングの際に、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入することを特徴とする請求項１２記載のスパッタリング方法。
【請求項１】
処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を設けたマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、前記磁石組立体を構成したことを特徴とするマグネトロンカソード電極。
【請求項２】
処理基板に対向して設けたターゲットの後方に、中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体を複数並設したマグネトロンカソード電極において、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定し、処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めるように、並設した前記磁石組立体のうち中央に位置する少なくとも１個の磁石組立体を構成したことを特徴とするマグネトロンカソード電極。
【請求項３】
前記中央磁石の両側面に磁性体を装着して、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項４】
前記磁性体を板状に形成し、この磁性体の板厚を変化させて処理基板の中央領域での磁場強度を制御することを特徴とする請求項３記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項５】
前記磁性体として、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料を用いることを特徴とする請求項３または請求項４記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項６】
前記処理基板面内でその中央の近傍において磁場強度が最大になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項７】
前記処理基板面内でその中央領域とその外周領域との間における磁束密度の差が１２ガウス以上、好ましくは２０ガウス以上になるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項８】
前記処理基板の中央領域を貫通する磁束線の垂直成分とこの処理基板とのなす角度が３０度以上となるように、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項９】
前記ターゲットの全面に亘って一様な侵食領域が得られるように、前記磁石組立体をターゲットに対して平行移動させる駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項１０】
前記マグネトロンカソード電極は、Ｍｏ、Ｔｉなどの高融点金属ターゲットを用いてスパッタリングする際に用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項１１】
前記マグネトロンカソード電極は、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入して反応性スパッタリングする際に用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項１２】
ターゲットと、このターゲットの後方に中央磁石とその両側の周辺磁石とから構成される磁石組立体とを備えたマグネトロンカソード電極を用い、このターゲットのスパッタ面の前方に磁束を形成すると共に、ターゲットと処理基板との間に電界を形成し、不活性ガスを導入してプラズマを発生させてターゲットをスパッタリングする方法であって、前記中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と比較して小さく設定して処理基板の中央領域での磁場強度を局所的に高めてスパッタリングすることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項１３】
前記スパッタリングの際に、不活性ガスと共に、酸素、窒素、炭素、水素、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスを反応ガスとして導入することを特徴とする請求項１２記載のスパッタリング方法。
【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２００６−２２３７２（Ｐ２００６−２２３７２Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２００９４７（Ｐ２００４−２００９４７）
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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