JP2625789B2 - マグネトロンスパッタカソード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スパッタリング技術を利用し、薄膜を作製
するスパッタリング装置に関する。特に低温で高速製膜
が可能な特徴を持つマグネトロンスパッタ装置のスパッ
タカソードに関するものである。

従来の技術 従来のマグネトロンスパッタ装置に用いられるスパッ
タカソードは第３図に示すように、カソードホルダー１
内に所定の極性配置された永久磁石２が設置されてお
り、スパッタリングターゲット３はバッキングプレート
４にボンディングされた状態で永久磁石２の上方に設置
されている。また、スパッタリングターゲット３を冷却
するためにカソードホルダー１内に冷却水を流す冷却系
５が取り付けられている。

このスパッタカソードを用いたスパッタ装置におい
て、スパッタ装置の外部に設置された電源からスパッタ
カソードに電力が供給されると、スパッタカソードとこ
れに対向して設置された製膜用基板の間に電解Ｅが形成
される。スパッタカソード内部には永久磁石２が設置さ
れているのでスパッタリングターゲット３の上部には磁
界Ｂが形成される。放電により生じたプラズマ中の電子
はＥ×Ｂの作用によりスパッタリングターゲット３上に
おいて局所的にトラップされ（この部分をプラズマリン
グと呼んでいる）、この部分で電子密度が高くなるので
スパッタガスが電離する確率が高く、スパッタリングタ
ーゲット３に入射するイオンが多くなる。それ故、この
部分からスパッタ粒子が多く飛散し、エロージョンが形
成される。

発明が解決しようとする問題点 ここで、上記のようにスパッタが局所的に起こると、
エロージョンが局所的に発達するので次のような問題点
を有していた。（１）局所的にエロージョンが発達して
ゆくと次第に電界分布が変化し、放電特性が変化するた
めに製膜が不安定になる。（２）スパッタリングターゲ
ットの利用効率が悪く、コスト低減の障壁になってい
た。

本発明は上記問題点を解消し、低温で高速製膜が可能
な特徴を有するマグネトロンスパッタカソードを提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明のマグネトロンスパッタカソードは、上記問題
点を解決するため、スパッタリングターゲットがボンデ
ィングされたバッキングプレートとカソードホルダー内
に設置された所定の極性配置された永久磁石の間に空間
を設け、この部分に磁性体で作製された所定の厚みを持
ったスペーサを設置し、このスペーサを非磁性体で作製
した移動機構により配置位置を変更可能にし、スパッタ
リングターゲットとそれに対向した被製膜物の間に設置
したプラズマ測定用プローブからの出力信号によりアク
チュエイタを作動させ、スペーサの配置位置を変更させ
るものである。

作用 上記構成によれば、磁性体で作製されたスペーサの配
置位置を移動させることができるので、スパッタリング
ターゲット上に形成される磁界分布を変化させることが
可能である。それ故、プラズマリングの発生位置を変化
させることが可能であり、局所的なエロージョンの発生
を防ぐことができる。また、スペーサの移動は発生した
プラズマの状態を監視しながら自動的に行われるので、
常に製膜が安定して行われる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。第１
図は本発明の一実施例のマグネトロンスパッタカソード
の概略構成図である。なお、従来例と共通する部分には
同一の番号を付けてある。

カソードホルダー１内には所定の極性配置された永久
磁石２が設置され、スパッタリングターゲット３がボン
ディングされたバッキングプレート４と永久磁石２の間
には非磁性体で作製された移動機構７、７′で配置位置
が変更可能な磁性体で作製されたスペーサ６、６′が取
り付けられている。スパッタリングターゲット３に対向
して設置される被製膜物９とスパッタリングターゲット
３の間にはプラズマ測定用プローブ10が取り付けられて
おり、これからの出力信号は制御部11を介してアクチュ
エイタ８、８′を動作させる。このアクチュエイタ８、
８′はスペーサ６、６′の移動機構７、７′を動かし、
スペーサ６、６′の位置を変更させる。

以下に、本実施例における作用を述べる。本発明のマ
グネトロンスパッタカソードでは永久磁石２とバッキン
グプレート４に配置位置が変更可能な磁性体のスペーサ
６、６′が設置されており、その配置位置による違いを
第２図を用いて説明する。第２図（ａ）は、スペーサ
６、６′が周辺磁石（図中のＳ極）上にある場合であ
る。スペーサ６、６′は磁性体であるので磁気誘導さ
れ、周辺磁石の高さを中心磁石（図中のＮ極）より大き
くしたと同様の状態になる。このような場合、スパッタ
リングターゲット３上での磁界分布は傾向的に周辺磁石
に強い磁石を用いた場合と同様になり、プラズマリング
の発生位置は中心磁石寄りになる。それ故、エロージョ
ンは中心磁石の近傍の位置に発生する。次に、第２図
（ｂ）は、スペーサ６、６′が中心磁石上にある場合で
ある。この場合は上記の場合とは逆に中心磁石が相対的
に強くなり、図中に示したような磁界分布が発生する。
そのためプラズマリングの発生位置は周辺磁石寄りにな
り、エロージョンも周辺磁石の近くに発生する。第２図
に示した２例はスペーサ６、６′の移動可能な両端位置
での例であるが、実際にはこれらの２例の中間領域をス
ペーサ６、６′が移動することにより全て網羅されるの
で、エロージョン領域は飛躍的に拡大し、局所的なエロ
ージョンは発生しない。なお、スペーサ６、６′の移動
機構７、７′は非磁性体で作製されているので、磁界に
影響を及ぼさない。

次に、上記のようにスペーサ６、６′を移動させる手
段であるが、本実施例では、スパッタリングターゲット
３と被製膜物９の間に設置したプラズマ測定用プローブ
を用いて、発生しているプラズマのプラズマパラメータ
を測定し、局所的にエロージョンが発生しプラズマ状態
が変化するとスペーサ６、６′の位置を変化させるよう
に制御部11を介してアクチュエイタ８、８′に動作信号
を送るようにしてある。このようにして、スペーサ６、
６′の配置位置を次第に移動させてゆくことによりスパ
ッタリングターゲット３の全面にエロージョンが均一に
形成される。ただし、アクチュエイタ８、８′を連続的
に動作させ、スペーサ６、６′を中心磁石から周辺磁石
まで往復運動させても同一の効果が得られる。

発明の効果 本発明のマグネトロンスパッタカソードは、バッキン
グプレートと永久磁石の間に磁性体で作製されたスペー
サを設置し、このスペーサの配置位置を移動させるよう
にしている。その結果、ターゲットに発生するエロージ
ョンを均一にでき、利用効率が飛躍的に高まるので、タ
ーゲットコストを非常に低減でき、製膜物の低価格化を
実現させる、また、永久磁石から生じる磁界分布をスペ
ーサで調節できるので、永久磁石の仕様として厳密に規
定する必要性がない。それ故、同一の装置で異なる薄膜
を放電特性の違う異なる材質のスパッタリングターゲッ
トで作製する場合でも、永久磁石交換等の作業なしに行
え、スパッタ装置の汎用性が飛躍的に高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のマグネトロンスパッタカソ
ードの概略構成図、第２図（ａ）、（ｂ）は同マグネト
ロンスパッタカソードの作動原理の作用説明図、第３図
は従来例のマグネトロンスパッタカソードの概略構成図
である。 ６、６′……スペーサ、７、７′……移動機構、８、
８′……アクチュエイタ、９……被製膜物、10……プラ
ズマ測定用プローブ、11……制御部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カソードホルダー、所定の極性配置された
   永久磁石、スパッタリングターゲットがボンディングさ
   れたバッキングプレートおよび前記カソードホルダー内
   を冷却する冷却系等から構成され、前記カソードホルダ
   ーに設置された前記永久磁石と前記バッキングプレート
   の間に磁性体で作製された所定の厚みを有するスペーサ
   を配置し、非磁性体で作製された移動機構により前記ス
   ペーサを配置する位置を変更可能にし、前記スパッタリ
   ングターゲットと対向する被製膜物の間に配置されたプ
   ラズマ測定用プローブからの出力信号でアクチュエイタ
   を作動させ、前記永久磁石と前記バッキングプレートの
   間に設置した前記スペーサの配置位置を変更させるマグ
   ネトロンスパッタカソード。